Pythonでクラスを利用した場合の複数のグラフを重ねる方法

前提

ある実験データを用いた計算結果を極座標変換して等高線を表示したいと考えています。しかしまだ初学者であるため、まず係数などをでっちあげたものを極座標表示できるように練習しようと考えています。

実現したいこと

クラスを設定して表示した極座標グラフを複数重ねて等高線表示したい

発生している問題・エラーメッセージ

クラスで行った場合の複数グラフの重ね方がわからない

該当のソースコード

python
1class Complex:
2    import math, matplotlib.pyplot as plt, numpy as np
3    def comp( self, r, d ):
4        return self.rnd( r * self.math.cos( self.math.radians(d) ) ), self.rnd( r * self.math.sin( self.math.radians(d) ) )
5    
6    def rnd( self, n, keta=-3 ):
7        return ( n // 10**keta ) * 10**keta
8
9    def plot( self, f ): # f = f(d) = r
10        xs, ys = [], []
11        for i in range( 361 ):
12            try:
13                x, y = self.comp( f( self.math.radians(i) ), i )
14                xs.append( x )
15                ys.append( y )
16            except:
17                pass
18        self.plt.figure( figsize=( 5, 5 ) )
19        self.grid_plot( max(xs), max(ys) )
20        self.plt.plot( xs, ys )
21        return None
22    
23    def grid_plot( self, x_m, y_m ):
24        z = self.math.sqrt( x_m**2 + y_m**2 )
25        z_count = 0
26        dr = 10**(int( self.math.log( z, 10 )))
27        while True:
28            if( z_count > z ):
29                break
30            xs, ys = [], []
31            for i in range( 361 ):
32                x, y = self.comp( z_count, i )
33                xs.append( x )
34                ys.append( y )
35            self.plt.plot( xs, ys, c='#dddddd' )
36            z_count += dr
37        ds = [ 30, 45, 60, 120, 135, 150 ]
38        for d in ds:
39            x, y = self.comp( z, d )
40            self.plt.plot( [ -1*x, x ], [ -1*y, y ], c='#dddddd' )
41        self.plt.plot( [ 0, 0 ], [ -1*z, z ], c='#ff9999' )
42        self.plt.plot( [ -1*z, z ], [ 0, 0 ], c='#ff9999' )
43        return None
44
45comp = Complex()
46comp.plot(lambda d:3*(1+comp.math.cos(d)+comp.math.sin(d)+comp.math.cos(2*d)+comp.math.sin(2*d)))
47comp.plot(lambda d:6*(1+comp.math.cos(d)+comp.math.sin(d)+comp.math.cos(2*d)+comp.math.sin(2*d)))
48
49    # 修正案1 start ---------------------------
50    def plot1( self, *args):
51        xs, ys = [], []
52        for i in range( 361 ):
53            try:
54                x, y = self.comp( *args( self.math.radians(i) ), i )
55                xs.append( x )
56                ys.append( y )
57            except:
58                pass
59
60            
61        self.plt.figure( figsize=( 5, 5 ) )
62        self.grid_plot( max(xs), max(ys) )
63        
64        
65        
66        # 複数描写するには追加でplotをすればよい
67        self.plt.plot( xs, ys )
68
69        # ★確認の為追加、不要なら削除
70        self.plt.show()
71
72
73        return None
74    # 修正案1 end ---------------------------

試したこと

クラスを利用したのが初めてなので正直ちんぷんかんではあります。
一旦て計算で出した式が3r(1+cosθ+sinθ+cos2θ+sin2θ)であったのでrの値を複数変えて重ねることによって等高線表示できないか考えました。しかし実行したところ(今回だと最後の二つ)、二つグラフが出てくる結果になったためクラスの内容を変える必要があると考えています。

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

修正案1の追加

行動規範の内容に同意します

回答1件

期待値はこんなグラフでしょうか？

python
1class Complex:
2    import math, matplotlib.pyplot as plt, numpy as np
3    def comp( self, r, d ):
4        return self.rnd( r * self.math.cos( self.math.radians(d) ) ), self.rnd( r * self.math.sin( self.math.radians(d) ) )
5    
6    def rnd( self, n, keta=-3 ):
7        return ( n // 10**keta ) * 10**keta
8
9    def plot( self, f, dualFig=False): # f = f(d) = r
10        xs, ys = [], []
11        for i in range( 361 ):
12            try:
13                x, y = self.comp( f( self.math.radians(i) ), i )
14                xs.append( x )
15                ys.append( y )
16            except:
17                pass
18        self.plt.figure( figsize=( 5, 5 ) )
19        self.grid_plot( max(xs), max(ys) )
20        self.plt.plot( xs, ys )
21        # ★確認の為追加、不要なら削除
22        self.plt.show()
23
24        return None
25
26    # ★追加 start ---------------------------
27    def dualPlot( self, f1 ,f2):
28        xs, ys = [], []
29        for i in range( 361 ):
30            try:
31                x, y = self.comp( f1( self.math.radians(i) ), i )
32                xs.append( x )
33                ys.append( y )
34            except:
35                pass
36
37        xs1, ys1 = [], []
38        for i in range( 361 ):
39            try:
40                x, y = self.comp( f2( self.math.radians(i) ), i )
41                xs1.append( x )
42                ys1.append( y )
43            except:
44                pass
45        self.plt.figure( figsize=( 5, 5 ) )
46        self.grid_plot( max(xs1), max(ys1) )
47        # 複数描写するには追加でplotをすればよい
48        self.plt.plot( xs1, ys1 )
49        self.plt.plot( xs, ys )
50
51        # ★確認の為追加、不要なら削除
52        self.plt.show()
53
54
55        return None
56    # ★追加 end ---------------------------
57    
58    def grid_plot( self, x_m, y_m ):
59        z = self.math.sqrt( x_m**2 + y_m**2 )
60        z_count = 0
61        dr = 10**(int( self.math.log( z, 10 )))
62        while True:
63            if( z_count > z ):
64                break
65            xs, ys = [], []
66            for i in range( 361 ):
67                x, y = self.comp( z_count, i )
68                xs.append( x )
69                ys.append( y )
70            self.plt.plot( xs, ys, c='#dddddd' )
71            z_count += dr
72        ds = [ 30, 45, 60, 120, 135, 150 ]
73        for d in ds:
74            x, y = self.comp( z, d )
75            self.plt.plot( [ -1*x, x ], [ -1*y, y ], c='#dddddd' )
76        self.plt.plot( [ 0, 0 ], [ -1*z, z ], c='#ff9999' )
77        self.plt.plot( [ -1*z, z ], [ 0, 0 ], c='#ff9999' )
78        return None
79
80
81comp = Complex()
82# comp.plot(lambda d:3*(1+comp.math.cos(d)+comp.math.sin(d)+comp.math.cos(2*d)+comp.math.sin(2*d)))
83# comp.plot(lambda d:6*(1+comp.math.cos(d)+comp.math.sin(d)+comp.math.cos(2*d)+comp.math.sin(2*d)))
84
85# ★追加
86comp.dualPlot(lambda d:3*(1+comp.math.cos(d)+comp.math.sin(d)+comp.math.cos(2*d)+comp.math.sin(2*d)),lambda d:6*(1+comp.math.cos(d)+comp.math.sin(d)+comp.math.cos(2*d)+comp.math.sin(2*d)))

星箇所が追加したコードです。
dualPlotのクラスを追加しています。
とりあえず重ねるだけの関数をクラスに追加しています。
グラフを重ねたいなら下記の公式ドキュメントが参考になります。
https://matplotlib.org/stable/api/_as_gen/matplotlib.pyplot.plot.html#matplotlib-pyplot-plot

一人で作業している分にはこれでも問題ないですが、ちゃんと書くなら計算するクラスとグラフを書くクラスは分けたほうがわかりやすいかと思います。
あと今回追加したコードは、冗長なのでplot関数で描写せずに計算のみにして、複数プロットに対応した関数を追加するとより良いと思います。

投稿2022/11/30 08:41

tomoya0620

総合スコア34

NMKN

2022/12/01 01:41 編集

ご回答ありがとうございます。二つの場合の期待値はこうなります。ここで私が行いたいことはrの値を変更して多くのグラフを重ねる(等高線のようにする)ことなのですが、おそらくこのままだと3つ以上だとプロットできないと思います。もし力技でするならdualPlotに新しくxs2,xs3と追加すればできそうですが、そのほかにスマートな方法はご存知でしょうか？正直自分ではまだ初学者なため思いつきません... dualPlotの部分を見ると単純に増やすだけだはうまくいきそうにないですね...(12/1 10:41 編集)

tomoya0620

2022/12/01 02:27

おそらくこのままだと3つ以上だとプロットできないと思います。 →おっしゃる通り、dualPlotでは二つまでです。なので、「複数プロットに対応した関数を追加するとより良いと思います。」もし力技でするならdualPlotに新しくxs2,xs3と追加すればできそうですが、そのほかにスマートな方法はご存知でしょうか？ →おっしゃる通り、xs2,xs3と引数を追加していくのは冗長なので、可変の引数にしましょう。ここが参考になります。 https://note.nkmk.me/python-args-kwargs-usage/ dualPlotの部分を見ると単純に増やすだけだはうまくいきそうにないですね →その通りです。下記の箇所を別の関数に切りだし、ループ処理で回してあげましょう。関数の返却値はxs, ysが良いと思います。 xs, ys = [], [] for i in range( 361 ): try: x, y = self.comp( f1( self.math.radians(i) ), i ) xs.append( x ) ys.append( y ) except: pass xs1, ys1 = [], [] 返却値をもとにグラフを重ねて表示すればよいと思います。

NMKN

2022/12/02 08:24 編集

ご返信ありがとうございます。重ねて質問になり申し訳ないのですが、可変の引数にするのが応用が効いてスマートではないかと考えました。そこで質問なのですが(おそらくちんぷんかんぷんなことを言っていると思います)、引数としては *argsを使うと考えました。そこで今ここで行いたいのは様々なrを用意した計算式に入れてプロットし等高線を作ることです。しかし、dualPlotであると結局二つしかプロットできないためplot1など新しく定義する必要があると考えていますが、考え方は合っていますでしょうか？そしてもし新たに定義するとするならば、修正案1のようなコードのようにそのまま引数を使っても問題ないのでしょうか？(修正案1は該当のソースコード後半に載せています) また基本的事項の質問で大変申し訳ないのですが「下記の箇所を別の関数に切りだし、ループ処理で回してあげましょう」　この部分を具体的にどうのように行えば良いかわからないです。何をループさせれば良いのかというところかわかりません。初学者なため、非常にわかりにくい返信となっているかもしれませんが、ご教授いただければ幸いです。可変引数追加であれば都度r(ここでいうrは三角関数の(d)の係数のことです)を追加する必要があると思います。様々なrと申し上げましたが要は無限の等間隔のrを用いて等高線の幅の疎密を見たいわけなので、rをどのように可変するべきかというところも併せてご教授いただければ幸いです。(12/2 17:19編集) ごめんなさいrは三角関数の係数です... r(様々なr,,,,,ここを変えれば等高線ができる)を変えるにはr用のfor文を用意するのが妥当ですかね,,,,(12/2 17:24編集)

行動規範の内容に同意します