pythonにおけるリアルタイムなグラフ描画

Question

前提・実現したいこと

白背景上に黒点を生成し、黒点がそれぞれの速度を持って動いているようにみえるプログラムにおいて
動いた黒点が任意の座標を通過した回数を折れ線グラフでリアルタイムに描画したい

発生している問題・エラーメッセージ

前半部分の白背景上に黒点を生成し、動いているようなプログラムを作成したのですが
後半部分のグラフを描画する方法が分かりません。
いい方法がありましたら教えて頂けると幸いです。

該当のソースコード

import numpy as np
import cv2
import random

x = 1000
y = 1000

def random1():

    index = random.randrange(0, 999)  # 点のx軸座標を生成
    speed = random.randrange(-3,3)     # 個々の点の速度(≠0)を生成
    while speed == 0:
        speed = random.randrange(-3, 3)

    return index,speed

if __name__=='__main__':
    array = np.full((x,y,3),255,dtype="uint8")  #1000x1000 背景白画像の配列

    b = []　#個々の黒点のx軸座標を格納
    speedlist = [] #個々の黒点が動く速度を格納
    for i in range(1000):
       #ランダムな座標に黒点を1000個生成(大きさ3x3)
        index,speed = random1()
        for j in range(-1,2):
            if 0 <= index + j < 1000:
                for k in range(-1, 2):
                    if 0 <= i + k < 1000:
                        array[i + k, index + j] = 0

        b.append(index)
        speedlist.append(speed)

　　#生成した黒点を白く塗りつぶし、その隣を黒く塗り個々の速度で動いたようにみせる
    for i in range(1000):
        for j in range(1000):
            for k in range(-1, 2):
                if 0 <= j + k < 1000:
                    for l in range(-1, 2):
                        if 0 <= b[j] + l < 1000:
                            array[j + k , b[j] + l] = 255
            b[j] += speedlist[j]
　　　　#画面外に黒点が消えた場合、新たに点を作成
            if b[j] <= -2 or b[j] >= 1001 :
                index,speed = random1()

                b[j] = index
                speedlist[j] = speed

            for l in range(-1,2):
                if 0 <= b[j] + l < 999:
                    for m in range(-1,2):
                        if 0 <= j + m < 999:
                            array[ j + m, b[j] + l ]= 0


        cv2.imshow("people",array)
        cv2.waitKey(100)

試したこと

検索するとmatplotlibでリアルタイムにグラフが描画できるようなのですが、
経過時間をx軸、通過回数をy軸にする方法が分からず・・・・・・

Answer 1

ランダムウォークのようなことをしたいのでしょうか？
アニメーショングラフの作成は animation.ArtistAnimation でできます。
使い方はこちらの回答 を参考にしてください。

サンプルコード

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from matplotlib.animation import ArtistAnimation
from matplotlib.patches import Rectangle

size = 30  # セルのサイズ
num_points = 20  # 点の数

# 初期点の数
points = np.random.randint(0, size, (num_points, 2))

fig, [axes1, axes2] = plt.subplots(1, 2, figsize=(8, 4))

# グリッド
axes1.grid(which='minor', color='b', linestyle='-', linewidth=1)
# x、y 軸の目盛りのラベル
axes1.set_xticks(np.arange(0, size, 1))
axes1.set_yticks(np.arange(0, size, 1))
axes1.set_xticklabels(np.arange(size))
axes1.set_yticklabels(np.arange(size))
# x、y 軸の目盛りの位置
axes1.set_xticks(np.arange(-.5, size, 1), minor=True)
axes1.set_yticks(np.arange(-.5, size, 1), minor=True)

frames = []  # 各フレームを構成する Artist 一覧
data = []  # カウント用

for i in range(20):
    # 移動する。
    points += np.random.randint(-1, 1, (num_points, 2))
    # 範囲外に出たら、RPG 風に反対側に行く。
    points = np.where(points == size, 0, points)
    points = np.where(points == -1, size - 1, points)
    # 点を黒く塗り潰す。
    img = np.full((size, size, 3), 255)
    img[tuple(zip(*points))] = 0
    # 特定の範囲にある点の数を数える
    count = (np.all((10 <= points) & (points <= 20), axis=1)).sum()
    data.append(count)
    
    # 画像を描画する。
    artists1 = axes1.imshow(img, origin='lower')
    # 折れ線を描画する。
    artists2 = axes2.plot(data)
    # 長方形を描画する。
    artists3 = axes1.add_patch(
        Rectangle((9.5, 9.5), 10, 10, linewidth=3, edgecolor='r', facecolor='none'))

    frame = [artists1] + [artists3] + artists2
    frames.append(frame)

# アニメーションを作成する。
anim = ArtistAnimation(fig, frames, interval=500)
# gif 画像として保存する。
anim.save('animation.gif', writer='imagemagick')
# Figure を表示する。
fig.show()