quiver函数绘图详解【一】
quiver(*args, **kw)
用途
绘制 2D 矢量场
调用方式如下：
quiver(U, V, **kw) quiver(U, V, C, **kw) quiver(X, Y, U, V, **kw) quiver(X, Y, U, V, C, **kw)
参数说明：
- • X 和 Y 是箭头的 x 和 y 坐标(默认是箭头的尾部)
- • U 和 V 是箭头矢量的 x 和 y 分量
- • C 是映射箭头和颜色的颜色数组
- • 所有参数可能是 1D或2D数组及序列。如果 X 和 Y 缺省，将视为规则网格。如果 U 和 V是 2D 数组，但 X 和 Y 是 1D 数组，并且 len(X) 和 len(Y) 与 U 的列和行相同，则使用 numpy.meshgrid 生成 2D 网格。
- • U，V，C 可能是 masked 数组，但是目前不支持 X 和 Y 。
关键字参数：
- • units：箭头单位，[ ‘width’ | ‘height’ | ‘dots’ | ‘inches’ | ‘x’ | ‘y’ | ‘xy’ ]
(1)‘width’ or ‘height’: axes 的宽或高
(2)‘dots’ or ‘inches’: pixels 或 inches, 依赖于 figure dpi
(3)‘x’, ‘y’, or ‘xy’: X, Y, 或 sqrt(X^2+Y^2) 数据单位
注意：箭头比例的不同取决于 units。units 为 'x' 或 'y' 时， 箭头会变大；对于其它单位，箭头大小不会发生变化。units 为 ’width‘ 或 'height' 时，当调整窗口大小时，箭头的大小会随 axes 宽和高的变化而变化，而当 units 为 'dots' 或 'inches' 时，改变窗口大小并不会改变箭头的大小。
- • angles: [ ‘uv’ | ‘xy’ | array ]
默认为 ’uv‘，箭头 axes 宽高比为1。如果 U == V，那么沿着水平轴逆时针旋转 45 度是箭头的方向（箭头指向右侧）。如果是 'xy'，箭头的点由 (x，y) 指向 (x + u, y + v)。使用此设置可以绘制梯度场。也可以将随机角度作为数组进行传递（同样沿水平轴逆时针旋转）。
注意：angles = 'xy' 时，反转数据轴的时候同样会反转arrow。
- • scale: 每单位长度的数据单位，[ None | float ]
比如：每个绘图宽度单位为 m/s。scale 值越小，arrow 越长。当为 None 时，自适应算法会根据 平均矢量长度 和 矢量数 计算一个值。箭头的长度单位可以通过 scale_units 参数设置。
- • scale_units: None, 或 units 参数选项
例如：如果 scale_units = 'inches'，scale = 2，(u, v) = (1, 0)，那么矢量将是 0.5 inches。如果 scale_inches = 'width'，那么矢量将是 axes 宽的一半。
如果 scale_inches = ’x‘，那么矢量长度将是 x-axis 单位的一半。要在 xy 平面绘制矢量图，u 和 v 单位要和 x 和 y 一致。使用如下设置 “angles=’xy’, scale_units=’xy’, scale=1”。
- • width: 杆的宽度。
默认值取决于 units 参数的设置及矢量数。典型的起始值为 绘图宽度的 0.005 倍。
- • headwidth: scalar，箭头宽度，为 杆宽的倍数。
默认值为 3.
- • headlength: scalar，箭头长度， 为 杆宽的倍数。
默认值为 5。
- • headaxislength: scalar，在杆的交点处箭头的长。
默认值为 4.5。
- • minshaft: scalar，小于箭头 scale 的长度，以箭头长度为单位。
不要设置此值小于1，否则那些小箭头会变得很奇怪。默认值为1。增大此值会使箭头变细。一般情况下不需要更改此值。
- • minlength: scalar，如果箭头的长度小于此值，将绘制以此值为半径的点。
默认值为 1
- • pivot: [ ‘tail’ | ‘mid’ | ‘middle’ | ‘tip’ ]
旋转轴
- • color: [ color | color sequence ]
如果 C 给定了，则 color 参数将不会生效。
注意：quiver默认是稍微后突一些的箭头。 如果要使箭头是三角形，设置参数 headlength == headaxislength; 如果要让箭头更尖，减小 headwidth 或是 增加 headlength 和 headaxislength 参数； 为了让箭头相对于杆更小，可减小所有的 head 类参数。
示例
说的再多都没有图形看的直观。
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
X, Y = np.meshgrid(np.arange(0, 2 * np.pi, .2), np.arange(0, 2 * np.pi, .2))
U = np.cos(X)
V = np.sin(Y)
plt.figure()
plt.title('Arrows scale with plot xy')
Q = plt.quiver(X, Y, U, V, units='xy')
plt.show()
可以看出上图矢量箭头比较密集，下面可以仅选取数组的一部分来绘制
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
X, Y = np.meshgrid(np.arange(0, 2 * np.pi, .2), np.arange(0, 2 * np.pi, .2))
U = np.cos(X)
V = np.sin(Y)
plt.figure()
plt.title('Arrows scale with plot xy')
Q = plt.quiver(X[::5,::5], Y[::5,::5], U[::5,::5], V[::5,::5], units='xy')
plt.show()
可以看出箭头的密度变小了，如果放大看的话，箭头并不是三角形的，下面设置为三角形看看
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
X, Y = np.meshgrid(np.arange(0, 2 * np.pi, .2), np.arange(0, 2 * np.pi, .2))
U = np.cos(X)
V = np.sin(Y)
plt.figure()
plt.title('Arrows scale with plot xy')
Q = plt.quiver(X[::5,::5], Y[::5,::5], U[::5,::5], V[::5,::5], units='xy', headlength = 5, headaxislength = 5)
plt.show()
由放大后的图可以看出箭头已经变为三角形了
再试试其它参数看看
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
X, Y = np.meshgrid(np.arange(0, 2 * np.pi, .2), np.arange(0, 2 * np.pi, .2))
U = np.cos(X)
V = np.sin(Y)
plt.figure()
plt.title('Arrows scale with plot xy')
Q = plt.quiver(X[::5,::5], Y[::5,::5], U[::5,::5], V[::5,::5], units='xy', headlength = 5, headaxislength = 5, headwidth = 5)
plt.show()
和之前相比， headwidth 参数设置为 5，默认值为3，也就是说箭头宽度为杆宽的5倍。与上图相比，箭头变大了。
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
X, Y = np.meshgrid(np.arange(0, 2 * np.pi, .2), np.arange(0, 2 * np.pi, .2))
U = np.cos(X)
V = np.sin(Y)
plt.figure()
plt.title('Arrows scale with plot xy')
Q = plt.quiver(X[::5,::5], Y[::5,::5], U[::5,::5], V[::5,::5], units='xy', headlength = 5, headaxislength = 5, headwidth = 5, width = 0.01)
plt.show()
这是杆宽变小后的图。之前的杆宽设置的都是程序自行设定的，基本上都符合要求，所以一般情况下，width 参数是不需要设置的。
如果想让箭头变尖一些呢
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
X, Y = np.meshgrid(np.arange(0, 2 * np.pi, .2), np.arange(0, 2 * np.pi, .2))
U = np.cos(X)
V = np.sin(Y)
plt.figure()
plt.title('Arrows scale with plot xy')
Q = plt.quiver(X[::5,::5], Y[::5,::5], U[::5,::5], V[::5,::5], units='xy', headlength = 5, headaxislength = 3, headwidth = 5)
plt.show()
减小 headaxislength
也可以这样做来达到上面的效果
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
X, Y = np.meshgrid(np.arange(0, 2 * np.pi, .2), np.arange(0, 2 * np.pi, .2))
U = np.cos(X)
V = np.sin(Y)
plt.figure()
plt.title('Arrows scale with plot xy')
Q = plt.quiver(X[::5,::5], Y[::5,::5], U[::5,::5], V[::5,::5], units='xy', headlength = 7, headaxislength = 5, headwidth = 5)
plt.show()
仔细对比上面两张图，可以发现，增大 headlength 虽然也能让箭头变成明显的后突类型，但是箭头的长度增加了。
如果减小 headlength 呢
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
X, Y = np.meshgrid(np.arange(0, 2 * np.pi, .2), np.arange(0, 2 * np.pi, .2))
U = np.cos(X)
V = np.sin(Y)
plt.figure()
plt.title('Arrows scale with plot xy')
Q = plt.quiver(X[::5,::5], Y[::5,::5], U[::5,::5], V[::5,::5], units='xy', headlength = 3, headaxislength = 5, headwidth = 5)
plt.show()
谁会需要这种形状的矢量箭头呢==
增大 headaxislength 同样可以得到上图的矢量箭头==