python用plotly实现绘制局部放大图

目录

• 最终效果展示
• 实现思路
• 导入库
• 随机生成一些数据
• 封装绘图代码
• 开始绘制
• 总结

最终效果展示

实现思路

在绘图区域插入一个嵌入图，嵌入图与原图的绘画保持一致，通过限制嵌入图的x轴和y轴的显示范围，达到缩放的效果，并在原图上绘画一个矩形框，以凸显缩放的区域，最后通过两条直线凸显缩放关系。

导入库

import plotly.io as pio
import plotly.graph_objects as go
import pandas as pd
import numpy as np

# 设置plotly默认主题，白色主题
pio.templates.default = 'plotly_white'

随机生成一些数据

# x坐标
x = np.arange(1, 1001)

# 生成y轴数据，并添加随机波动
y1 = np.log(x)
indexs = np.random.randint(0, 1000, 800)
for index in indexs:
    y1[index] += np.random.rand() - 0.5
y1 = y1 + 0.2

y2 = np.log(x)
indexs = np.random.randint(0, 1000, 800)
for index in indexs:
    y2[index] += np.random.rand() - 0.5

y3 = np.log(x)
indexs = np.random.randint(0, 1000, 800)
for index in indexs:
    y3[index] += np.random.rand() - 0.5
y3 = y3 - 0.2

封装绘图代码

class localzoomplot:
    def __init__(self, x, y, colors, x_range, scale=0.):
        """
        :param x: x轴坐标，列表类型
        :param y: y轴坐标，二维列表类型，例如 [y1, y2, y3]
        :param colors: 每个曲线的颜色，必须与 len(y) 相等
        :param x_range: 需要缩放区域的x轴范围
        :param scale: 详见 getrangeminmaxvalue 函数
        """
        self.x = x
        self.y = y
        self.colors = colors
        self.x_range = x_range
        self.y_range = self.getrangeminmaxvalue(x_range, scale)
    
    def getrangeminmaxvalue(self, x_range, scale=0.):
        """
        获取指定x轴范围内，所有y数据的最大值和最小值

        :param x_range: 期望局部放大的x轴范围
        :param scale: 将最大值和最小值向两侧延伸一定距离
        """
        min_value = np.min([np.min(arr[x_range[0]:x_range[1]]) for arr in self.y])
        max_value = np.max([np.max(arr[x_range[0]:x_range[1]]) for arr in self.y])
        # 按一定比例缩放
        min_value = min_value - (max_value - min_value) * scale
        max_value = max_value + (max_value - min_value) * scale
        # 返回缩放后的结果
        return min_value, max_value
    
    def originplot(self, fig, **kwargs):
        """
        根据 y 数据绘制初始折线图

        :param fig: go.figure实例
        """
        fig.add_traces([
            go.scatter(x=self.x, y=arr, opacity=0.7, marker_color=self.colors[i], **kwargs)
            for i, arr in enumerate(self.y)
        ]) 
        return fig

    def insetplot(self, fig, inset_axes):
        """
        在原始图像上插入嵌入图

        :param fig: go.figure对象实例
        :param inset_axes: 嵌入图的位置和大小 [左下角的x轴位置, 左下角的y轴位置, 宽度, 高度]
          所有坐标都是绝对坐标(0~1之间)
        """
        # 使用创建子图中的嵌入图参数，创建一个嵌入图
        fig = fig.set_subplots(insets=[dict(
            type='xy',
            l=inset_axes[0], b=inset_axes[1],
            w=inset_axes[2], h=inset_axes[3],
        )])
	    # 嵌入图与原始图的绘画一致，需要指定 xaxis 和 yaxis 参数确保是在嵌入图上绘画的
        fig = self.originplot(fig, xaxis='x2', yaxis='y2', showlegend=false)
        # 将嵌入图的坐标轴范围限定在指定范围
        fig.update_layout(
            xaxis2=dict(range=self.x_range),
            yaxis2=dict(range=self.y_range)
        )
        return fig
    
    def rectoriginarea(self, fig):
        """
        将放大的区域框起来

        :param fig: go.figure实例
        """
        fig.add_trace(go.scatter(
        	# 从左上角开始，顺时针连线
            x=np.array(self.x_range)[[0, 1, 1, 0, 0]],
            y=np.array(self.y_range)[[1, 1, 0, 0, 1]],
            mode='lines', 
            line={'color': '#737473', 'dash': 'dash', 'width': 3},
            showlegend=false
        ))
        return fig

    def addconnectline(self, fig, area_point_num, point):
        """
        从放大区域指定点连线

        :param fig: go.figure实例
        :param area_point_num: 放大区域的锚点，例如：(0, 0)表示放大区域的左下角坐标，(0, 1)表示左上角坐标，
          (1, 0)表示右下角坐标，(1, 1)表示右上角坐标，只能取这四种情况
        :param point: 要进行连线的另一个点，通常位于嵌入图附近，根据美观程度自行指定
        """
        fig.add_shape(type='line', 
            x0=self.x_range[area_point_num[0]], 
            y0=self.y_range[area_point_num[1]],
            x1=point[0], y1=point[1],
            line={'color': '#737473', 'dash': 'dash', 'width': 1},
        )
        return fig

开始绘制

plot = localzoomplot(x, [y1, y2, y3], ['#f0bc94', '#7fe2b3', '#cba0e6'], (100, 150), 0.)
fig = go.figure()

fig = plot.originplot(fig)
fig = plot.insetplot(fig, (0.4, 0.2, 0.4, 0.3))
fig = plot.rectoriginarea(fig)
fig = plot.addconnectline(fig, (0, 0), (420, -0.7))
fig = plot.addconnectline(fig, (1, 1), (900, 2.7))

# 额外对图片进行设置
fig.update_layout(
    width=800, height=600,
    xaxis=dict(
        rangemode='tozero',
        showgrid=false,
        zeroline=false,
    ),
    xaxis2=dict(
        showgrid=false,
        zeroline=false
    ),
)

fig.show()

总结

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