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Python编程使用matplotlib绘制动态圆锥曲线示例

作者:微小冷  发布时间:2021-08-30 03:38:18 

标签:matplotlib,动态,圆锥曲线

作为让高中生心脏骤停的四个字,对于高考之后的人来说可谓刻骨铭心,所以定义不再赘述,直接撸图,其标准方程分别为

Python编程使用matplotlib绘制动态圆锥曲线示例

在Python中,绘制动图需要用到matplotlib中的animation包,其调用方法以及接下来要用到的参数为


ani = animation.FuncAnimation(fig, func, frames, interval)

其中fig为绘图窗口,func为绘图函数,其返回值为图像,frames为迭代参数,如果为整型的话,其迭代参数则为range(frames)

椭圆

为了绘图方便,椭圆的参数方程为

Python编程使用matplotlib绘制动态圆锥曲线示例

Python编程使用matplotlib绘制动态圆锥曲线示例

代码为:


# 这三个包在后面的程序中不再复述
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
a,b,c = 5,3,4
fig = plt.figure(figsize=(12,9))
ax = fig.add_subplot(autoscale_on=False,
   xlim=(-a,a),ylim=(-b,b))
ax.grid()
line, = ax.plot([],[],'o-',lw=2)
trace, = ax.plot([],[],'-', lw=1)
theta_text = ax.text(0.02,0.85,'',transform=ax.transAxes)
textTemplate = '''theta = %.1f°\n
lenL = %.1f, lenR = %.1f\n
lenL+lenR = %.1f'''
xs,ys = [], []
def animate(i):
   if(i==0):
       xs.clear()
       ys.clear()
   theta = i*0.04
   x = a*np.cos(theta)
   y = b*np.sin(theta)
   xs.append(x)
   ys.append(y)
   line.set_data([-c,x,c], [0,y,0])
   trace.set_data(xs,ys)
   lenL = np.sqrt((x+c)**2+y**2)
   lenR = np.sqrt((x-c)**2+y**2)
   theta_text.set_text(textTemplate %
       (180*theta/np.pi, lenL, lenR, lenL+lenR))
   return line, trace, theta_text
ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, 157,
   interval=5, blit=True)
ani.save("ellipse.gif")
plt.show()

双曲线

双曲线的参数方程为

Python编程使用matplotlib绘制动态圆锥曲线示例

设 a = 4 , b = 3 , c = 5 则代码如下


a,b,c = 4,3,5
fig = plt.figure(figsize=(12,9))
ax = fig.add_subplot(autoscale_on=False,
   xlim=(-c,16),ylim=(-12,12))
ax.grid()
line, = ax.plot([],[],'o-',lw=2)
trace, = ax.plot([],[],'-', lw=1)
theta_text = ax.text(0.01,0.85,'',
   transform=ax.transAxes)
textTemplate = '''t = %.1f\n
lenL = %.1f, lenR = %.1f\n
lenL-lenR = %.1f'''
xs,ys = [],[]
def animate(t):
   if(t==-3):
       xs.clear()
       ys.clear()
   x = a*np.cosh(t)
   y = b*np.sinh(t)
   xs.append(x)
   ys.append(y)
   line.set_data([-c,x,c], [0,y,0])
   trace.set_data(xs,ys)
   lenL = np.sqrt((x+c)**2+y**2)
   lenR = np.sqrt((x-c)**2+y**2)
   theta_text.set_text(textTemplate %
       (t, lenL, lenL, lenL-lenR))
   return line, trace, theta_text
frames = np.arange(-3,3,0.05)
ani = animation.FuncAnimation(fig, animate,
   frames, interval=5, blit=True)
ani.save("hyperbola.gif")

plt.show()

Python编程使用matplotlib绘制动态圆锥曲线示例

抛物线

Python编程使用matplotlib绘制动态圆锥曲线示例


import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
a,b,c = 4,3,5
p = 1
fig = plt.figure(figsize=(12,9))
ax = fig.add_subplot(autoscale_on=False,
   xlim=(-0.6,4.5),ylim=(-3,3))
ax.grid()
ax.plot([-p/2,-p/2],[-5,5],'-',lw=2)
line, = ax.plot([],[],'o-',lw=2)
trace, = ax.plot([],[],'-', lw=1)
theta_text = ax.text(0.05,0.85,'',
   transform=ax.transAxes)
textTemplate = '''y = %.1f\n
lenL = %.1f, lenF = %.1f\n
lenL-lenF = %.1f'''
xs,ys = [],[]
def animate(y):
   if(y==-3):
       xs.clear()
       ys.clear()
   x = y**2/p/2
   xs.append(x)
   ys.append(y)
   line.set_data([-p,x,p/2], [y,y,0])
   trace.set_data(xs,ys)
   lenL = x+p/2
   lenF = np.sqrt((x-p/2)**2+y**2)
   theta_text.set_text(textTemplate %
       (y, lenL, lenF, lenL-lenF))
   return line, trace, theta_text
frames = np.arange(-3,3,0.1)
ani = animation.FuncAnimation(fig, animate,
   frames, interval=5, blit=True)
ani.save("parabola.gif")
plt.show()

Python编程使用matplotlib绘制动态圆锥曲线示例

极坐标方程

圆锥曲线在极坐标系下有相同的表达式,即

Python编程使用matplotlib绘制动态圆锥曲线示例

matplotlib中,极坐标图像需要通过projection='polar'来标识,其代码为


p = 2
fig = plt.figure(figsize=(12,9))
ax = fig.add_subplot(autoscale_on=False, projection='polar')
ax.set_rlim(0,8)
trace, = ax.plot([],[],'-', lw=1)
theta_text = ax.text(0.05,0.95,'',transform=ax.transAxes)
textTemplate = 'e = %.1f\n'
theta = np.arange(-3.1,3.2,0.1)
def animate(e):
   rho = p/(1-e*np.cos(theta))
   trace.set_data(theta,rho)
   theta_text.set_text(textTemplate % e)
   return trace, theta_text
frames = np.arange(-2,2,0.1)
ani = animation.FuncAnimation(fig, animate,
   frames, interval=100, blit=True)
ani.save("polar.gif")
plt.show()

Python编程使用matplotlib绘制动态圆锥曲线示例

以上就是Python使用matplotlib绘制动态的圆锥曲线示例的详细内容,更多关于matplotlib绘制动态圆锥曲线的资料请关注脚本之家其它相关文章!

来源:https://blog.csdn.net/m0_37816922/article/details/120637882?spm=1001.2014.3001.5501

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