sublime加入input函数_“绘图，让科学生动起来”：Python-matplotlib绘图（示波器及动态函数模拟专题）...

傷城~ 2023-01-04 15:54 136阅读 0赞

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**作者简介：85后一名分析化学工作者及科学爱好者，深爱着北京的老北京人，爱好运动，科学，旅行，**本文作者的个人微信公众号《科学是什么东东》，欢迎关注！

**在这一专题中，我们将更贴近实际应用：函数的动态图形化，我们可以将其应用在示波器中，在软件上就可以模拟示波器的电压随时间变化的波形图（效果如下）：**

![0268057c664574b3b28782fb70866736.gif][]

**y=sinx的示波器模拟**

**我们需要着手设计程序，可实现的功能为：**

**允许用户输入x，y轴的正负半轴的长度值，x，y，z轴和主标题的标签名称（英文）。**

**同时我们需要构建需要图形化的函数，为了使其变为动画，我们将使用matplotlib中的animation功能（动画）**

**最终效果：生成动态视图，显示x，y轴名称及主标题。**

**在图形显示窗口，我们可以通过鼠标操作改变视角，缩放图形，也可保存视图。**

**主程序代码如下：**

**主要步骤解析为\#后面的部分**

**\#分别导入numpy函数模块，matplotlib库模块，animation动画模块以及time模块**

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

import matplotlib.animation as animation

import time

**\#以下为输入部分，主要输入部分为x，y正负半轴长度**

**主函数y=n1\*sin(n2\*(x-n3\*i)^n4)中各个系数的值**

print("Welcome to use animation graphic fitting generator, the formula model is y=n1\*sin(n2\*(x-n3\*i)^n4).n")

print("n1,n2 are coefficient. n3 is X-axis transformation coefficient,the range is 0 ~ 1, the larger of the coefficient, the faster of animation will be.")

print("n4 is the power number.n")

a1=input("please enter x negative axis length value(absolute value):n")

a1=float(a1)

a2=input("please enter x postive axis length value:n")

a2=float(a2)

print("The x axis actual display range is from - "+str(a1)+" to "+str(a2)+":n")

a3=input("please enter y negative axis length value(absolute value):n")

a3=float(a3)

a4=input("please enter y postive axis length value:n")

a4=float(a4)

print("The y axis actual display range is from - "+str(a3)+" to "+str(a4)+":n")

a5=input("please enter n1 value:n")

a5=float(a5)

a6=input("please enter n2 value:n")

a6=float(a6)

a7=input("please enter n3 value:n")

a7=float(a7)

a8=input("please enter n4 value:n")

a8=float(a8)

print("The n1,n2,n3,n4 values are "+str(a5)+" , "+str(a6)+" , "+str(a7)+" , "+str(a8)+".n")

**\#构建图形，x，y轴的坐标范围以刚输入的值为准**

**其中lw是图形的线宽，color代表颜色**

fig = plt.figure()

ax = plt.axes(xlim=(-a1, a2), ylim=(-a3, a4))

line, = ax.plot(\[\], \[\], lw=4,color='red')

**\#这里定义2个函数，分别获取数据，以及定义x，y的显示，在输入y时，我们将需要拟合的函数加入，其中：**

**a5,a6分别为系数，a7为x轴的位移，是按照x-a7\*i计算的，因此a7设定越大，函数在x轴的位移越快，一般建议设定1以下**

**a8为次方数**

**注意冒号后一定要首行缩进**

def init():

line.set\_data(\[\], \[\])

return line,

def animate(i):

x = np.linspace(-a1, a2, 1000)

y= a5\*(np.sin(a6\* ((x - a7 \* i)\*\*a8)))

line.set\_data(x, y)

return line,

**\#这里大家应该比较熟悉了，允许输入x，y轴标题及主标题，以及定义字号大小**

x1=input("please enter x label name:n")

x2=input("please enter y label name:n")

x3=input("please enter title label name:n")

ax.set\_xlabel(x1,fontsize=20)

ax.set\_ylabel(x2,fontsize=20)

ax.set\_title(x3,fontsize=25)

**\#最后一步，生成动画视图，定义帧数，间隔等**

anim = animation.FuncAnimation(fig, animate, init\_func=init, frames=200, interval=20, blit=True)

plt.show()

***同理，对于函数主体，我们也可以加入重复绘图的命令：***

***在导入各种库的命令之后，加入（这里不需要首行缩进）***

***while True:***

***结尾处加入（注意全部需要首行缩进，break在if语句后进行首行缩进）***

***keep\_testing=input("continuepainting?")***

***if keep\_testing=='n':***

***break***

***中间的全部命令也要首行缩进***

***这样就可以在图形关闭后，系统会自动提示是否再次画图，按n后结束程序***

**动态函数，不光可以应用在示波器模拟中，也可以在数学或教学领域中得到很好的拓展和应用：**

**我们来比较几种函数的动态图形：**

![9c9b161d264f13d8447ecec106a63520.gif][]

**y=sin(2x)**

![64c55813016614c9a563a083b0c3eb7f.gif][]

**y=2sinx**

![c37168b4e3eda1cb999f94408bef3915.gif][]

**y=3sin(2x)**

![dfabd1ef08db4cdcc1be7551c9429ebb.gif][]

**y=sin(x^2)**

讲到这里，本期的内容就告一段落了，脚本编辑是开放式设计，可以进行很多改造，让程序段更完善。

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