使用 matplotlib 制作函数切线运动的 Python 动画

 

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效果

 

 

from sympy import *
from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import animation
import numpy as np

# 我们的数据是一个0~2π内的正弦曲线
x = symbols('x')
y = (x - 1) * (x - 2) * (x - 3)

fig, ax = plt.subplots()
xx = np.linspace(0, 4, 500)
# 函数图像
fun, = plt.plot(xx, [y.evalf(subs={x: i}) for i in xx])


def getLine(i=0):
    a, b = xx[i], y.evalf(subs={x: xx[i]})
    k = diff(y, x).evalf(subs={x: a})
    xdom = np.linspace(a - 1, a + 1)
    ydom = k * (xdom - a) + b
    return (xdom, ydom)


# 切线
xdom, ydom = getLine()
line, = plt.plot(xdom, ydom)
# 切点
point, = plt.plot(0, np.sin(0), 'ro')


# 接着，构造自定义动画函数animate，
# 用来更新每一帧上各个x对应的y坐标值，参数表示第i帧
def animate(i=0):
    point.set_xdata(xx[i])
    point.set_ydata(y.evalf(subs={x: xx[i]}))
    xdom, ydom = getLine(i)
    line.set_xdata(xdom)
    line.set_ydata(ydom)


# 接下来，我们调用FuncAnimation函数生成动画。
# 参数说明： #fig 进行动画绘制的figure
# func 自定义动画函数，
# 即传入刚定义的函数animate #frames 动画长度，
# 一次循环包含的帧数 #init_func 自定义开始帧，
# 即传入刚定义的函数init #interval 更新频率，
# 以ms计 #blit 选择更新所有点，还是仅更新产生变化的点。
# 应选择True，但mac用户请选择False，否则无法显示动画
ani = animation.FuncAnimation(fig=fig,
                              func=animate,
                              frames=len(xx),
                              interval=20,
                              repeat=False,
                              blit=False)
plt.show()

 

 

如果在动画函数中绘制的话，是叠加效果

from sympy import *
from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import animation
import numpy as np

# 我们的数据是一个0~2π内的正弦曲线
x = symbols('x')
y = (x - 1) * (x - 2) * (x - 3)

fig, ax = plt.subplots()
xx = np.linspace(0, 4, 500)
# 函数图像
fun, = plt.plot(xx, [y.evalf(subs={x: i}) for i in xx])


def getLine(i=0):
    a, b = xx[i], y.evalf(subs={x: xx[i]})
    k = diff(y, x).evalf(subs={x: a})
    xdom = np.linspace(a - 1, a + 1)
    ydom = k * (xdom - a) + b
    return (xdom, ydom)


def animate(i=0):
    xdom, ydom = getLine(i)
    plt.plot(xdom, ydom)
    plt.plot(xx[i], y.evalf(subs={x: xx[i]}), 'ro')

ani = animation.FuncAnimation(fig=fig,
                              func=animate,
                              frames=len(xx),
                              interval=20,
                              repeat=False,
                              blit=False)
plt.show()