python x データ分析 | グラフ描画について情報整理（Matplotlib）～その３：matplotlib.animation～

みなさん、こんにちは！

今回は「動くグラフ：matplotlib.animation」の使い方を紹介します。

※このコードはJupyter NotebookやIPythonなどの環境でのみ機能します。

matplotlib.animation

動くグラフのサンプルを確認したい場合は、公式サイトをご覧ください。

matplotlib.org

Animation — Matplotlib 3.7.1 documentation

https://matplotlib.org/stable/gallery/animation/index.html

sin波のアニメーションを作成しよう

この例では、100個のフレームが作成され、各フレームでsin波がアニメーションされます。

framesリストには各フレームのArtistオブジェクト（ここではline）が含まれており、それをArtistAnimation()に渡してアニメーションを作成します。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

fig, ax = plt.subplots()

x = np.arange(0, 2 * np.pi, 0.01)
frames = []

for i in range(100):
    line, = ax.plot(x, np.sin(x + i / 50),color='blue')
    frames.append([line])

ani = animation.ArtistAnimation(fig, frames, interval=20)

HTML(ani.to_jshtml())

コード解説

以下にコードの解説を行います。

１）必要なモジュールのインポートを行います。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

２）plt.subplots()を使用して、図（figure）と軸（axis）を作成します。

figは図のオブジェクトであり、axは軸のオブジェクトです。

fig, ax = plt.subplots()

３）x軸の値を0から2πまで0.01刻みで生成します。

初期状態のsin波を描画します。

空のリストframesを作成し、各フレームの線オブジェクトを格納するために使用します。

x = np.arange(0, 2*np.pi, 0.01)
frames = []

４）100回のループを実行し、各ループでsin波のデータを生成してグラフにプロットします。

ax.plot()関数を使用してlineオブジェクトを作成し、その線オブジェクトをリストframesに追加します。

for i in range(100):
    line, = ax.plot(x, np.sin(x + i / 50),color='blue')
    frames.append([line])

５）ArtistAnimation()を使用して、フレームのリストframesを使ってアニメーションオブジェクトaniを作成します。

interval=20は、各フレームの表示間隔を指定しています。単位はmsec（ミリ秒）です。

つまり20msec毎にframeが更新されます。

ani = animation.ArtistAnimation(fig, frames, interval=20)

６）ani.to_jshtml()を使用してアニメーションをHTML形式に変換し、HTML()で囲んでJupyter Notebook上で表示します。

ただし、このコードはJupyter NotebookやIPythonなどの環境でのみ機能します。

HTML(ani.to_jshtml())

以下のような表示がされればOKです。

Once と Loop と Reflect

「once」と「loop」と「reflect」は、アニメーションの再生方法を指定するパラメータです。それぞれの違いを説明します。

once（一度だけ）

アニメーションを最初から最後まで再生し、最後のフレームで終了します。最後のフレームが表示された後、アニメーションは停止します。

loop（ループ）

アニメーションを最初から最後まで再生し、最後のフレームで終了する代わりに最初のフレームに戻って再生を繰り返します。アニメーションはループし続けます。

reflect（反転）

アニメーションを最初から最後まで再生し、最後のフレームで終了する代わりに逆方向にアニメーションを再生します。最後のフレームに到達した後、アニメーションは逆方向に戻りながら再生を繰り返します。

ではまた！