有可能获得曲线下的颜色渐变吗?

2025-03-21 09:06:00
admin
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摘要:问题描述:我偶然在这个页面上看到了一个漂亮的图表,如下所示:有可能在 matplotlib 中获得这样的颜色渐变吗?解决方案 1:之前已经针对类似问题给出了一些答案(例如https://stackoverflow.com/a/22081678/325565),但他们推荐了一种次优方法。先前的大多数答案都建议在...

问题描述:

我偶然在这个页面上看到了一个漂亮的图表,如下所示:

在此处输入图片描述

有可能在 matplotlib 中获得这样的颜色渐变吗?


解决方案 1:

之前已经针对类似问题给出了一些答案(例如https://stackoverflow.com/a/22081678/325565),但他们推荐了一种次优方法。

先前的大多数答案都建议在pcolormesh填充上绘制白色多边形。由于两个原因,这并不理想:

  1. 坐标区的背景不能是透明的,因为上面有一个填充的多边形

  2. pcolormesh绘制速度相当慢,并且插值不平滑。

这需要多做一些工作,但有一种方法可以绘制得更快,并提供更好的视觉效果:设置用绘制的图像的剪切路径imshow

举个例子:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.colors as mcolors
from matplotlib.patches import Polygon
np.random.seed(1977)

def main():
    for _ in range(5):
        gradient_fill(*generate_data(100))
    plt.show()

def generate_data(num):
    x = np.linspace(0, 100, num)
    y = np.random.normal(0, 1, num).cumsum()
    return x, y

def gradient_fill(x, y, fill_color=None, ax=None, **kwargs):
    """
    Plot a line with a linear alpha gradient filled beneath it.

    Parameters
    ----------
    x, y : array-like
        The data values of the line.
    fill_color : a matplotlib color specifier (string, tuple) or None
        The color for the fill. If None, the color of the line will be used.
    ax : a matplotlib Axes instance
        The axes to plot on. If None, the current pyplot axes will be used.
    Additional arguments are passed on to matplotlib's ``plot`` function.

    Returns
    -------
    line : a Line2D instance
        The line plotted.
    im : an AxesImage instance
        The transparent gradient clipped to just the area beneath the curve.
    """
    if ax is None:
        ax = plt.gca()

    line, = ax.plot(x, y, **kwargs)
    if fill_color is None:
        fill_color = line.get_color()

    zorder = line.get_zorder()
    alpha = line.get_alpha()
    alpha = 1.0 if alpha is None else alpha

    z = np.empty((100, 1, 4), dtype=float)
    rgb = mcolors.colorConverter.to_rgb(fill_color)
    z[:,:,:3] = rgb
    z[:,:,-1] = np.linspace(0, alpha, 100)[:,None]

    xmin, xmax, ymin, ymax = x.min(), x.max(), y.min(), y.max()
    im = ax.imshow(z, aspect='auto', extent=[xmin, xmax, ymin, ymax],
                   origin='lower', zorder=zorder)

    xy = np.column_stack([x, y])
    xy = np.vstack([[xmin, ymin], xy, [xmax, ymin], [xmin, ymin]])
    clip_path = Polygon(xy, facecolor='none', edgecolor='none', closed=True)
    ax.add_patch(clip_path)
    im.set_clip_path(clip_path)

    ax.autoscale(True)
    return line, im

main()

在此处输入图片描述

解决方案 2:

请注意,Joe Kington应获得大部分荣誉;我唯一的贡献是zfunc
他的方法为许多渐变/模糊/阴影效果打开了大门。例如,要使线条的底面均匀模糊,您可以使用 PIL 构建一个 alpha 层,该层在线附近为 1,在底部边缘附近为 0。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.colors as mcolors
import matplotlib.patches as patches
from PIL import Image
from PIL import ImageDraw
from PIL import ImageFilter

np.random.seed(1977)
def demo_blur_underside():
    for _ in range(5):
        # gradient_fill(*generate_data(100), zfunc=None) # original
        gradient_fill(*generate_data(100), zfunc=zfunc)
    plt.show()

def generate_data(num):
    x = np.linspace(0, 100, num)
    y = np.random.normal(0, 1, num).cumsum()
    return x, y

def zfunc(x, y, fill_color='k', alpha=1.0):
    scale = 10
    x = (x*scale).astype(int)
    y = (y*scale).astype(int)
    xmin, xmax, ymin, ymax = x.min(), x.max(), y.min(), y.max()

    w, h = xmax-xmin, ymax-ymin
    z = np.empty((h, w, 4), dtype=float)
    rgb = mcolors.colorConverter.to_rgb(fill_color)
    z[:,:,:3] = rgb

    # Build a z-alpha array which is 1 near the line and 0 at the bottom.
    img = Image.new('L', (w, h), 0)  
    draw = ImageDraw.Draw(img)
    xy = np.column_stack([x, y])
    xy -= xmin, ymin
    # Draw a blurred line using PIL
    draw.line(list(map(tuple, xy)), fill=255, width=15)
    img = img.filter(ImageFilter.GaussianBlur(radius=100))
    # Convert the PIL image to an array
    zalpha = np.asarray(img).astype(float) 
    zalpha *= alpha/zalpha.max()
    # make the alphas melt to zero at the bottom
    n = zalpha.shape[0] // 4
    zalpha[:n] *= np.linspace(0, 1, n)[:, None]
    z[:,:,-1] = zalpha
    return z

def gradient_fill(x, y, fill_color=None, ax=None, zfunc=None, **kwargs):
    if ax is None:
        ax = plt.gca()

    line, = ax.plot(x, y, **kwargs)
    if fill_color is None:
        fill_color = line.get_color()

    zorder = line.get_zorder()
    alpha = line.get_alpha()
    alpha = 1.0 if alpha is None else alpha

    if zfunc is None:
        h, w = 100, 1
        z = np.empty((h, w, 4), dtype=float)
        rgb = mcolors.colorConverter.to_rgb(fill_color)
        z[:,:,:3] = rgb
        z[:,:,-1] = np.linspace(0, alpha, h)[:,None]
    else:
        z = zfunc(x, y, fill_color=fill_color, alpha=alpha)
    xmin, xmax, ymin, ymax = x.min(), x.max(), y.min(), y.max()
    im = ax.imshow(z, aspect='auto', extent=[xmin, xmax, ymin, ymax],
                   origin='lower', zorder=zorder)

    xy = np.column_stack([x, y])
    xy = np.vstack([[xmin, ymin], xy, [xmax, ymin], [xmin, ymin]])
    clip_path = patches.Polygon(xy, facecolor='none', edgecolor='none', closed=True)
    ax.add_patch(clip_path)
    im.set_clip_path(clip_path)
    ax.autoscale(True)
    return line, im

demo_blur_underside()

产量

在此处输入图片描述

解决方案 3:

我尝试过一些方法:

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

fig = plt.figure()

xData = range(100)
yData = range(100)
plt.plot(xData, yData)

NbData = len(xData)
MaxBL = [[MaxBL] * NbData for MaxBL in range(100)]
Max = [np.asarray(MaxBL[x]) for x in range(100)]

for x in range (50, 100):
  plt.fill_between(xData, Max[x], yData, where=yData >Max[x], facecolor='red', alpha=0.02)

for x in range (0, 50):
  plt.fill_between(xData, yData, Max[x], where=yData <Max[x], facecolor='green', alpha=0.02)

plt.fill_between([], [], [], facecolor='red', label="x > 50")
plt.fill_between([], [], [], facecolor='green', label="x < 50")

plt.legend(loc=4, fontsize=12)
plt.show()
fig.savefig('graph.png')

..结果:

结果

feel_between当然,通过改变函数的范围,梯度可以下降到 0 。

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