極座標 matplotlib

極座標

極座標は、平面上の一点を中心に、その点からの距離と角度で位置を表現する座標系のことを指します。

例えば、ある場所から見た時に、その場所がどれだけ離れていて、どの方向にあるかを考えてみましょう。
その場所の「距離」は、ある場所からその場所までの「直線」の長さを指し、「角度」はその場所がどの方向にあるかを表します。

この「距離」と「角度」を使って、ある場所の位置を表現するのが極座標です。
例えば、ある場所があなたの自宅から10メートル離れており、その場所があなたの自宅の右側にあるとします。
この場合、その場所の極座標は「(10メートル, 右)」と表現できます。

このように、極座標は「距離」と「角度」を使って、場所の位置を表現する座標系です。
これは、地図やコンパスなど、位置を表現するための座標系としてよく使われます。

サンプルコード

Pythonとmatplotlibを使用して複雑なグラフを作成する例として、4つの象限を持つ極座標のグラフを考えてみましょう。

この例では、Pythonのnumpyライブラリを使用してランダムなデータを生成し、そのデータを使用してグラフを描きます。

まず、必要なライブラリをインポートします。

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import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

次に、ランダムなデータを生成します。

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theta = np.linspace(0, 2*np.pi, 100)
r = np.random.uniform(0, 1, 100)

次に、4つの象限を持つ極座標のグラフを作成します。

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fig, axes = plt.subplots(2, 2, subplot_kw=dict(polar=True), figsize=(16, 8))

# 第1象限
axes[0, 0].plot(theta, r)

# 第2象限
axes[0, 1].plot(theta, r)
axes[0, 1].set_theta_offset(np.pi)

# 第3象限
axes[1, 0].plot(theta, r)
axes[1, 0].set_theta_direction(-1)

# 第4象限
axes[1, 1].plot(theta, r)
axes[1, 1].set_theta_offset(np.pi)
axes[1, 1].set_theta_direction(-1)

plt.show()

このコードは、4つの象限を持つ極座標のグラフを描きます。

subplot_kw=dict(polar=True)を指定することで、各サブプロットが極座標を持つグラフになります。

set_theta_offsetメソッドとset_theta_directionメソッドを使用して、各象限の位置と方向を設定します。

なお、このコードは適当なデータを使用していますので、実際のデータを使用する場合には、そのデータを適切に準備する必要があります。

ソースコード解説

コードの概要

このコードは、numpyとmatplotlibを使用して、4つの極座標グラフを作成しています。
それぞれのグラフは極座標上の異なる象限を示しており、乱数を使って円周上に点を配置しています。

ライブラリのインポート

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import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
  • numpyは数値計算を行うためのライブラリです。
  • matplotlib.pyplotはグラフを描画するためのライブラリです。

データの準備

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theta = np.linspace(0, 2*np.pi, 100)
r = np.random.uniform(0, 1, 100)
  • thetaは0から2πまでの値を等間隔で100点取得しています。
  • rは0から1までの乱数を100点取得しています。

グラフの作成

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fig, axes = plt.subplots(2, 2, subplot_kw=dict(polar=True), figsize=(16, 8))
  • plt.subplots()で2x2の4つの極座標グラフを作成し、figに図全体、axesにそれぞれのサブプロットが割り当てられます。

第1象限のグラフ

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axes[0, 0].plot(theta, r)
  • axes[0, 0]はsubplotの位置を指定しています。
    第1象限のグラフを作成しています。

第2象限のグラフ

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axes[0, 1].plot(theta, r)
axes[0, 1].set_theta_offset(np.pi)
  • axes[0, 1]は第2象限の位置を指定しています。
    set_theta_offset(np.pi)でグラフの方向を反転しています。

第3象限のグラフ

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axes[1, 0].plot(theta, r)
axes[1, 0].set_theta_direction(-1)
  • axes[1, 0]は第3象限の位置を指定しています。
    set_theta_direction(-1)でグラフの方向を反転しています。

第4象限のグラフ

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axes[1, 1].plot(theta, r)
axes[1, 1].set_theta_offset(np.pi)
axes[1, 1].set_theta_direction(-1)
  • axes[1, 1]は第4象限の位置を指定しています。
    set_theta_offset(np.pi)とset_theta_direction(-1)でグラフの方向を反転しています。

グラフの表示

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plt.show()
  • 作成したグラフを表示しています。
    それぞれのサブプロットが極座標上の異なる象限を示しています。