Python數據可視化第 9 講：matplotlib極座標圖繪製函數polar

1. 極座標

在平面內取一個定點O，叫極點，引一條射線Ox，叫做極軸，再選定一個長度單位和角度的正方向（通常取逆時針方向）。對於平面內任何一點M，用ρ表示線段OM的長度（有時也用r表示），θ表示從Ox到OM的角度，ρ叫做點M的極徑，θ叫做點M的極角，有序數對 (ρ,θ)就叫點M的極座標，這樣建立的座標系叫做極座標系。通常情況下，M的極徑座標單位爲1（長度單位），極角座標單位爲rad（或°）

2. polar 函數介紹

polar 函數用於繪製極座標圖。polar 函數的調用格式如下：

polar(theta, r, **kwargs)

參數說明：

• theta：標量或標量序列，數據點的極徑，必須參數。
• r：標量或標量序列，數據點的極角，可選參數。如果不設置，則爲長度爲 len(theta) 默認序列替代 。
• kwargs：Line2D 屬性，可選參數，kwargs 用於指定線標籤(用於自動圖例)、線寬、標記面顏色等特性。

2. polar 函數繪圖示例

2.2 繪製一個簡單的極座標圖

繪製一個簡單的極座標圖，完整代碼如下：

import matplotlib.pyplot as plt

# step1：準備畫圖的數據
xs = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]

# step2：手動創建一個figure對象，相當於一個空白的畫布
fig = plt.figure()
# step3：在畫布上添加1個子塊，標定繪圖位置
ax = fig.add_subplot(1, 1, 1, projection='polar')
# step4: 繪製極座標圖
plt.polar(xs, 'ro')
ax.set_title('A simple polar example')
# 展示
plt.show()

上面代碼的運行結果：

2.2 繪製一個極座標圖並標註點座標

繪製一個極座標圖並標註點座標，與第一個例子不同，爲了分別給每個點標記座標，需要循環在極座標圖上繪製數據點。完整代碼如下：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# step1：準備畫圖的數據
xs = np.arange(7)
ys = xs ** 2

# step2：手動創建一個figure對象，相當於一個空白的畫布
fig = plt.figure()
# step3：在畫布上添加1個子塊，標定繪圖位置
ax = fig.add_subplot(1, 1, 1, projection='polar')
# step4：爲了分別給每個點標記座標，需要循環在極座標圖上繪製數據點
for x, y in zip(xs, ys):
    # 繪製極座標圖
    plt.polar(x, y, 'ro')
    # 增加文本說明，即每個點的極座標
    plt.text(x, y, '%d, %d' % (int(x), int(y)),
             horizontalalignment='center',
             verticalalignment='bottom')

ax.set_title('A simple polar example')
# 展示
plt.show()

上面代碼的運行結果：

3. plot 函數繪製極座標圖

matplotlib 的 pyplot 子庫提供了繪製極座標圖的方法，在調用 subplot() 創建子圖時通過設置 projection=‘polar’ 便可創建一個極座標子圖，然後調用 plot() 在極座標子圖中繪圖。下面就創建一個極座標子圖和一個直角座標子圖進行對比。

import matplotlib.pyplot as plt

# step1：準備畫圖的數據
theta = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]

# step2：手動創建一個figure對象，相當於一個空白的畫布
fig = plt.figure()
# step3：在畫布上添加2個子塊，標定繪圖位置
ax1 = fig.add_subplot(1, 2, 1, projection='polar')  # 指定繪製極座標圖
ax2 = fig.add_subplot(1, 2, 2)
# step4: 繪圖
ax1.plot(theta, theta, '--')
ax2.plot(theta, theta, '--')

# 展示
plt.show()

上面代碼的運行結果：