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matplotlib – 円、長方形、多角形を描画する方法

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  4. matplotlib – 円、長方形、多角形を描画する方法
目次
  1. 概要
  2. 図形の種類
  3. patches.Arc (弧)
  4. patches.Arrow (矢印)
  5. patches.Circle (円)
  6. patches.CirclePolygon (多角形で近似した円)
  7. patches.Ellipse (楕円)
  8. patches.FancyArrow (カスタマイズ可能な矢印)
  9. patches.FancyBboxPatch (カスタマイズ可能な長方形)
  10. patches.Rectangle (長方形)
  11. patches.Polygon (ポリゴン)
  12. patches.RegularPolygon (正多角形)
  13. patches.Wedge (くさび)

概要

matplotlib で円、長方形、多角形などの図形を描画する方法について解説します。

図形の種類

matplotlib.patches では次の種類の図形が提供されています。

patches.Arc (弧)

class matplotlib.patches.Arc(xy, width, height, angle=0.0, theta1=0.0, theta2=360.0, **kwargs)
Python
引数
名前 型 デフォルト値
xy (float, float)
楕円の中心。
width float
横軸の長さ。
height float
縦軸の長さ。
angle float 0.0
楕円の回転角度を度で指定します。(反時計回り)。
theta1, theta2 float, default: 0, 360
円弧の開始角度と終了角度を度で指定します。これらの値は angle に対する相対的なもので、例えば angle = 45 で theta1 = 90 の場合、 絶対的な開始角度は 135 となります。デフォルトでは、tehta1 = 0, theta2 = 360、すなわち完全な楕円です。円弧は反時計回りに描かれます。360 以上、または 0 より小さい角度は、入力値 mod 360 を用いて、[0, 360] の範囲内の等価な角度で表現されます。
In [1]: 
from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.Arc(xy=(1, 1), width=2, height=1, angle=45, theta1=0, theta2=270)

fig, ax = plt.subplots()
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()
Python

patches.Arrow (矢印)

class matplotlib.patches.Arrow(x, y, dx, dy, width=1.0, **kwargs)
Python
引数
名前 型 デフォルト値
x float
矢印の尾のx座標。
y float
矢印の尾のy座標。
dx float
x 方向の矢印の長さ。
dy float
y 方向の矢印の長さ。
width float, default: 1 1.0
矢印の幅のスケールファクタ。デフォルト値は1で、尾の幅は0.2、頭の幅は0.6です。

patches.Arrow

In [2]: 
from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.Arrow(x=0.5, y=0.5, dx=0.2, dy=0.2, width=0.1)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()
Python

patches.Circle (円)

class matplotlib.patches.Circle(xy, radius=5, **kwargs)
Python
引数
名前 型 デフォルト値
xy (float, float)
円の中心。
radius float
円の半径。
In [3]: 
from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.Circle(xy=(1, 1), radius=2)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()
Python

patches.CirclePolygon (多角形で近似した円)

class matplotlib.patches.CirclePolygon(xy, radius=5, resolution=20, **kwargs)
Python
引数
名前 型 デフォルト値
xy (float, float)
円の中心。
radius float
円の半径。
resolution int
何角形で近似するか。
In [4]: 
from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.CirclePolygon(xy=(1, 1), radius=2, resolution=10)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()
Python

patches.Ellipse (楕円)

class matplotlib.patches.Ellipse(xy, width, height, angle=0, **kwargs)
Python
引数
名前 型 デフォルト値
xy (float, float)
楕円の中心。
width float
横軸の長さ。
height float
縦軸の長さ。
angle float 0.0
楕円の回転角度を度で指定します。(反時計回り)
In [5]: 
from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.Ellipse(xy=(1, 1), width=2, height=1, angle=45)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()
Python

patches.FancyArrow (カスタマイズ可能な矢印)

class matplotlib.patches.FancyArrow(x, y, dx, dy, width=0.001, length_includes_head=False, head_width=None, head_length=None, shape='full', overhang=0, head_starts_at_zero=False, **kwargs)
Python
引数
名前 型 デフォルト値
x float
矢印の尾のx座標。
y float
矢印の尾のy座標。
dx float
x 方向の矢印の長さ。
dy float
y 方向の矢印の長さ。
width float 0.001
矢印の尾の幅
length_includes_head bool False
長さを計算する際に頭を含めるかどうか。
head_width float or None 3 * width
矢印の頭の幅。
head_length float or None 1.5 * head_width
矢印の頭の長さ。
shape “full” {“full”, “left”, “right”}
左半分、右半分、または完全な矢印を描画します。
overhang float 0
矢印が後方に掃引される割合（0の場合は三角形を意味します）。負の値または1より大きい値を指定することができます。
head_starts_at_zero bool False
True にすると、ヘッドは座標 0 で終了するのではなく、座標 0 で描画を開始します。

patches.Arrow と同様ですが、矢印の見た目をより細かく設定できるようになっています。

patches.FancyArrow

In [6]: 
from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.FancyArrow(x=1, y=1, dx=3, dy=3, width=1, head_width=4, head_length=3, overhang=0.2)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()
Python

patches.FancyBboxPatch (カスタマイズ可能な長方形)

class matplotlib.patches.FancyBboxPatch(xy, width, height, boxstyle='round', bbox_transmuter=None, mutation_scale=1.0, mutation_aspect=None, **kwargs)
Python
引数
名前 型 デフォルト値
xy float, float
矩形の左下の点の座標。
width float
矩形の幅。
height float
矩形の高さ。
boxstyle str or matplotlib.patches.BoxStyle ‘round’
FancyBboxPatch のスタイル。これは BoxStyle のインスタンスか、スタイル名とオプションでカンマ区切りの属性 (例: “Round, pad=0.2”) の文字列のいずれかです。この文字列は BoxStyle オブジェクトを構築するために BoxStyle に渡されます。
mutation_scale float, default: 1 1.0
ボックススタイルの属性に適用されるスケーリング係数。
mutation_aspect float None
矩形の高さは変更前にこの値で絞られ、変更したボックスはその逆数で引き伸ばされます。例えば、これにより、水平方向と垂直方向で異なるパディングが可能になります。

FancyBboxPatch は Rectangle と似ていますが、長方形の角を丸めたりすることができます。

In [7]: 
from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.FancyBboxPatch(
    xy=(1, 2), width=2, height=3, boxstyle="round4", mutation_scale=2
)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()
Python

boxstyle には次の値が指定できます。

patches.Rectangle (長方形)

class matplotlib.patches.Rectangle(xy, width, height, angle=0.0, **kwargs)
Python
引数
回転角度を度で指定します。(反時計回り)
名前 型 デフォルト値
xy float, float
矩形の左下の点の座標。
width float
矩形の幅。
height float
矩形の高さ。
angle float 0
In [8]: 
from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.Rectangle(xy=(1, 2), width=2, height=3, angle=45)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()
Python

patches.Polygon (ポリゴン)

class matplotlib.patches.Polygon(xy, closed=True, **kwargs)
Python
引数
名前 型 デフォルト値
xy (n, 2) array
ポリゴンを構成する点。
closed bool True
ポリゴンが閉じているかどうか。
In [9]: 
from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

points = [[0.55, 0], [1, 0.83], [0.27, 1], [0.0, 0.9], [0.55, 0]]

patch = patches.Polygon(xy=points, closed=True)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()
Python

patches.RegularPolygon (正多角形)

class matplotlib.patches.RegularPolygon(xy, numVertices, radius=5, orientation=0, **kwargs)
Python
引数
名前 型 デフォルト値
xy (float, float)
中心点。
numVertices int
頂点数。
radius float 5
中心と各頂点との距離。
orientation float 0
ポリゴンの回転角度をラジアンで指定する。
In [10]: 
from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.RegularPolygon(
    xy=(0.5, 0.5), numVertices=5, radius=0.3, orientation=np.pi / 4
)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()
Python

patches.Wedge (くさび)

wedge = mpatches.Wedge(center, r, theta1, theta2, width=None, **kwargs)[source]
Python
引数
名前 型 デフォルト値
center (float, float)
くさびの中心点。
r float
くさびの半径。
theta1, theta2 float, default: 0, 360
円弧の開始角度と終了角度を度で指定します。360 以上、または 0 より小さい角度は、入力値 mod 360 を用いて、[0, 360] の範囲内の等価な角度で表現されます。
width float None
width を指定した場合、r – width から r まで部分的なくさびが描かれます。
In [11]: 
from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.Wedge(center=(1, 1), r=2, theta1=0, theta2=270, width=1)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()
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  1. 概要
  2. 図形の種類
  3. patches.Arc (弧)
  4. patches.Arrow (矢印)
  5. patches.Circle (円)
  6. patches.CirclePolygon (多角形で近似した円)
  7. patches.Ellipse (楕円)
  8. patches.FancyArrow (カスタマイズ可能な矢印)
  9. patches.FancyBboxPatch (カスタマイズ可能な長方形)
  10. patches.Rectangle (長方形)
  11. patches.Polygon (ポリゴン)
  12. patches.RegularPolygon (正多角形)
  13. patches.Wedge (くさび)