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matplotlib – 円、長方形、多角形を描画する方法

matplotlib – 円、長方形、多角形を描画する方法

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。

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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)
引数
名前 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()

patches.Arrow (矢印)

class matplotlib.patches.Arrow(x, y, dx, dy, width=1.0, **kwargs)
引数
名前 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()

patches.Circle (円)

class matplotlib.patches.Circle(xy, radius=5, **kwargs)
引数
名前 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()
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patches.CirclePolygon (多角形で近似した円)

class matplotlib.patches.CirclePolygon(xy, radius=5, resolution=20, **kwargs)
引数
名前 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()

patches.Ellipse (楕円)

class matplotlib.patches.Ellipse(xy, width, height, angle=0, **kwargs)
引数
名前 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()

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)
引数
名前 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()

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)
引数
名前 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。

FancyBboxPatchRectangle 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()

boxstyle には次の値が指定できます。

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patches.Rectangle (長方形)

class matplotlib.patches.Rectangle(xy, width, height, angle=0.0, **kwargs)
引数
回転角度を度で指定します。(反時計回り)
名前 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()

patches.Polygon (ポリゴン)

class matplotlib.patches.Polygon(xy, closed=True, **kwargs)
引数
名前 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()

patches.RegularPolygon (正多角形)

class matplotlib.patches.RegularPolygon(xy, numVertices, radius=5, orientation=0, **kwargs)
引数
名前 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()

patches.Wedge (くさび)

wedge = mpatches.Wedge(center, r, theta1, theta2, width=None, **kwargs)[source]
引数
名前 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()