matplotlib极坐标方法详解

一、极坐标

在平面内取一个定点O，叫极点，引一条射线Ox，叫做极轴，再选定一个长度单位和角度的正方向（通常取逆时针方向）。对于平面内任何一点M，用ρ表示线段OM的长度（有时也用r表示），θ表示从Ox到OM的角度，ρ叫做点M的极径，θ叫做点M的极角，有序数对 (ρ,θ)就叫点M的极坐标，这样建立的坐标系叫做极坐标系。通常情况下，M的极径坐标单位为1（长度单位），极角坐标单位为rad（或°）

二、matplotlib绘制极坐标图

1.创建极坐标图

matplotlib的pyplot子库提供了绘制极坐标图的方法，在调用subplot()创建子图时通过设置projection='polar',便可创建一个极坐标子图，然后调用plot()在极坐标子图中绘图。

下面就创建一个极坐标子图和一个直角坐标子图进行对比。

import matplotlib.pyplot as plt
ax1 = plt.subplot(121, projection='polar')
ax2 = plt.subplot(122)
ax1.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
plt.show()

2.极坐标图设置

dir()命令可以得到一个对象的所有方法属性，通过比较ax1与ax2的方法属性便可知道极坐标有哪些设置方法。

>>> print(sorted(set(dir(ax1))-set(dir(ax2))))
['InvertedPolarTransform', 'PolarAffine', 'PolarTransform', 'RadialLocator', 'ThetaFormatter', '_default_rlabel_position', '_default_theta_direction', '_default_theta_offset', '_direction', '_r_label_position', '_theta_label1_position', '_theta_label2_position', '_theta_offset', '_xaxis_text1_transform', '_xaxis_text2_transform', '_yaxis_text_transform', 'get_rlabel_position', 'get_rmax', 'get_rmin', 'get_theta_direction', 'get_theta_offset', 'resolution', 'set_rgrids', 'set_rlabel_position', 'set_rlim', 'set_rmax', 'set_rmin', 'set_rscale', 'set_rticks', 'set_theta_direction', 'set_theta_offset', 'set_theta_zero_location', 'set_thetagrids', 'transProjection', 'transProjectionAffine', 'transPureProjection']

2.1 极坐标正方向

set_theta_direction方法用于设置极坐标的正方向

• 当set_theta_direction的参数值为1,'counterclockwise'或者是'anticlockwise'的时候，正方向为逆时针；
• 当set_theta_direction的参数值为-1或者是'clockwise'的时候，正方向为顺时针；
• 默认情况下正方向为逆时针

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection='polar')
ax2= plt.subplot(122, projection='polar')
ax2.set_theta_direction(-1)
ax1.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
plt.show()

2.2 极坐标0°位置

set_theta_zero_location方法用于设置极坐标0°位置

• 0°可设置在八个位置，分别为N, NW, W, SW, S, SE, E, NE
• 当set_theta_zero_location的参数值为'N','NW','W','SW','S','SE','E','NE'时，0°分别对应的位置为方位N, NW, W, SW, S, SE, E, NE；
• 默认情况下0°位于E方位

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection='polar')
ax2= plt.subplot(122, projection='polar')
ax2.set_theta_zero_location('N')
ax1.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
plt.show()

2.3极坐标角度网格线显示

set_thetagrids方法用于设置极坐标角度网格线显示

• 参数为所要显示网格线的角度值列表
• 默认显示0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°的网格线

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection='polar')
ax2= plt.subplot(122, projection='polar')
ax2.set_thetagrids(np.arange(0.0, 360.0, 30.0))
ax1.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
plt.show()

2.4极坐标角度偏离

set_theta_offset方法用于设置角度偏离

• 参数值为弧度值数值

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection='polar')
ax2= plt.subplot(122, projection='polar')
ax2.set_theta_offset(np.pi)
ax1.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
plt.show()

2.5极坐标极径网格线显示

set_rgrids方法用于设置极径网格线显示

• 参数值为所要显示网格线的极径值列表，最小值不能小于等于0

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection='polar')
ax2= plt.subplot(122, projection='polar')
ax2.set_rgrids(np.arange(0.2,1.0,0.4))
ax1.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
plt.show()

2.6极坐标极径标签位置

set_rlabel_position方法用于设置极径标签显示位置

• 参数为标签所要显示在的角度

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection='polar')
ax2= plt.subplot(122, projection='polar')
ax2.set_rlabel_position('90')
ax1.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
plt.show()

2.7极坐标极径范围

set_rlim方法用于设置显示的极径范围

• 参数为极径最小值，最大值

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection='polar')
ax2= plt.subplot(122, projection='polar')
ax2.set_rlim(0.6,1.2)
ax1.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
plt.show()

2.8极坐标极径最大值

set_rmax方法用于设置显示的极径最大值

• 该方法要在绘制完图像后使用才有效

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection='polar')
ax2= plt.subplot(122, projection='polar')
ax1.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
ax2.set_rmax(0.6)
plt.show()

2.9极坐标极径最小值

set_rmin方法用于设置显示的极径最小值

• 该方法要在绘制完图像后使用才有效

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection='polar')
ax2= plt.subplot(122, projection='polar')
ax1.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
ax2.set_rmin(0.6)
plt.show()

2.10 极径对数坐标

set_rscale方法用于设置极径对数坐标

• 参数值为'linear','log','symlog'
• 默认值为'linear'
• 该方法要在绘制完图像后使用才有效

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection='polar')
ax2= plt.subplot(122, projection='polar')
ax1.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
ax2.set_rlim(math.pow(10,-1),math.pow(10,0))
ax1.set_rscale('linear')
ax2.set_rscale('symlog')
plt.show()

2.11 极坐标极径网格线显示范围

set_rticks方法用于设置极径网格线的显示范围

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)
ax1= plt.subplot(121, projection='polar')
ax2= plt.subplot(122, projection='polar')
ax2.set_rticks(np.arange(0.1, 0.9, 0.2))
ax1.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
ax2.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)
plt.show()

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