Python中的 Matplotlib.patches.PathPatch

在Matplotlib中，patches模块提供了多种形状（如矩形，圆形，多边形等）和路径（如直线，曲线等）。其中，PathPatch类可以用于绘制基于路径描述的形状。

基本用法

要使用PathPatch类，需要先创建一个Path对象，该对象基于路径语句描述要绘制的形状。下面是一个示例，展示如何绘制一个正方形：

import matplotlib.path as mpath
import matplotlib.patches as mpatches
import matplotlib.pyplot as plt

# 创建一个路径对象
path_data = [
    (mpath.Path.MOVETO, (1.0, 1.0)),
    (mpath.Path.LINETO, (1.0, 2.0)),
    (mpath.Path.LINETO, (2.0, 2.0)),
    (mpath.Path.LINETO, (2.0, 1.0)),
    (mpath.Path.CLOSEPOLY, (1.0, 1.0)),
]
path = mpath.Path(*zip(*path_data))

# 创建PathPatch对象
patch = mpatches.PathPatch(path, facecolor='red', alpha=0.5)

# 绘制图形
fig, ax = plt.subplots()
ax.add_patch(patch)
ax.set_xlim(0,3)
ax.set_ylim(0,3)
plt.show()

运行以上代码，可以看到绘制了一个红色的正方形。

属性设置

PathPatch对象也可以设置其他属性，如边界颜色，边界线宽，填充样式等：

patch = mpatches.PathPatch(path, 
                           facecolor='red', 
                           edgecolor='blue', 
                           linewidth=2, 
                           linestyle='--', 
                           hatch='xxx',
                           alpha=0.5)

其中，facecolor表示填充颜色，edgecolor表示边界颜色，linewidth表示边界线宽，linestyle表示边界线型，hatch表示填充样式，alpha表示填充透明度。

组合多个形状

可以将多个PathPatch对象组成一个更复杂的形状。下面是一个示例，展示如何绘制一个带有眼睛和嘴巴的笑脸：

import numpy as np

# 绘制脸部
path_face = mpath.Path.unit_circle()
path_face.vertices *= 2
path_face.vertices -= np.array([1, 1])
patch_face = mpatches.PathPatch(path_face, facecolor='yellow')

# 绘制左眼
path_eye_left = mpath.Path.unit_circle()
path_eye_left.vertices *= 0.3
path_eye_left.vertices += np.array([0.45, 0.6])
patch_eye_left = mpatches.PathPatch(path_eye_left, facecolor='black')

# 绘制右眼
path_eye_right = mpath.Path.unit_circle()
path_eye_right.vertices *= 0.3
path_eye_right.vertices += np.array([1.55, 0.6])
patch_eye_right = mpatches.PathPatch(path_eye_right, facecolor='black')

# 绘制嘴巴
path_mouth = mpath.Path([
    (mpath.Path.MOVETO, [0.8, 0.2]),
    (mpath.Path.CURVE4, [0.8, -0.2]),
    (mpath.Path.CURVE4, [1.2, -0.2]),
    (mpath.Path.CURVE4, [1.2, 0.2]),
    (mpath.Path.CURVE4, [0.8, 0.2]),
])
patch_mouth = mpatches.PathPatch(path_mouth, facecolor='red')

# 组合多个形状
fig, ax = plt.subplots()
ax.add_patch(patch_face)
ax.add_patch(patch_eye_left)
ax.add_patch(patch_eye_right)
ax.add_patch(patch_mouth)
ax.set_xlim(0,3)
ax.set_ylim(0,3)
plt.show()

运行以上代码，可以看到绘制了一个笑脸。

总结

PathPatch类是Matplotlib中的一个重要类，可以用于绘制基于路径描述的形状。除了矩形，圆形等基本形状外，还可以通过路径语句自由描述形状。此外，PathPatch类还支持设置多种属性，如填充颜色，边界颜色，边界线宽，填充样式等。通过组合多个PathPatch对象，还可以绘制出更复杂的形状。