Matplotlib交互的IPython Notebook小部件

Question

我想用ipython notebook里的小工具来给内嵌的matplotlib图表增加一些互动性。

一般来说，图表可能会比较复杂，我只想更新图表中的某个特定部分。我知道小工具有一个内置的限制功能，可以防止过多请求涌入内核，但如果图表更新需要30秒，我可不想等那么久才更新一条线。

通过阅读示例笔记本，我创建了一个基本的例子，在mpl坐标轴上添加了一个十字光标（由两个滑块控制）。

问题是，图形显示了两次。以下是代码（单元格1）：

fig, ax = plt.subplots() 
ax.plot([3,1,2,4,0,5,3,2,0,2,4])

... 图形显示了 ...，单元格2（编辑：感谢Thomas K的改进）：

vline = ax.axvline(1)
hline = ax.axhline(0.5)

def set_cursor(x, y):
    vline.set_xdata((x, x))
    hline.set_ydata((y, y))
    display(fig)

最后（单元格3）：

interact(set_cursor, x=(1, 9, 0.01), y=(0, 5, 0.01))

再次显示了带有小工具的图形。

所以问题是：

1. 我怎么才能阻止第一次图形显示？
2. 这样做对吗？还是有更好的方法？

编辑

我找到一个ipython配置选项，按照这个笔记本的说法，可以阻止图形显示。

%config InlineBackend.close_figures = False

虽然示例笔记本可以工作，但我不知道如何单独使用这个选项（不使用链接示例中的上下文管理类）来隐藏图形显示。

编辑2

我找到了一些关于InlineBackend.close_figures可配置项的文档。

编辑3

受到@shadanan回答的启发，我想澄清一下我的目的，是在现有图形上添加一个光标，而不是在每次光标移动时都重新绘制图表。将三个单元合并成一个单元：

fig, ax = plt.subplots()
ax.plot([3,1,2,4,0,5,3,2,0,2,4])

vline = ax.axvline(1)
hline = ax.axhline(0.5)

def set_cursor(x, y):
    vline.set_xdata((x, x))
    hline.set_ydata((y, y))
    display(fig)

interact(set_cursor, x=(1, 9, 0.01), y=(0, 5, 0.01))

理论上“应该”可以工作，但实际上并不行。第一次执行单元时显示了两个图形。经过小工具交互后只显示一个图形。这就是需要像@shadanan回答中那样的解决方法的“奇怪行为”。ipython的开发者能对此做个评论吗？这是个bug吗？

Answer 1

你可以通过一种非常简单的方法来实现这个，使用新一点的 notebook 后端。

%matplotlib notebook
import matplotlib.pyplot as plt
from IPython.html.widgets import interactive

fig, ax = plt.subplots()
ax.plot(range(5))


vline = ax.axvline(1, color='k')
hline = ax.axhline(0.5, color='k')

def set_cursor(x, y):
    vline.set_xdata((x, x))
    hline.set_ydata((y, y))
    ax.figure.canvas.draw_idle()

然后在一个单独的单元格中：

interactive(set_cursor, x=ax.get_xlim(), y=ax.get_ylim())

每次你移动光标时，这个方法仍然会重新绘制整个图形，因为 notebook 目前不支持“blitting”技术（这个功能正在开发中，详细信息可以查看 https://github.com/matplotlib/matplotlib/pull/4290）。

Answer 2

我有一个临时的解决办法，只能显示一个图形。问题在于代码中有两个地方会生成图形，而我们其实只想要第二个，但不能简单地去掉第一个。这个解决办法是第一次执行时用第一个，之后的执行就用第二个。下面的代码通过一个初始化的标志来在两者之间切换：

%matplotlib inline
import matplotlib.pyplot as plt
from IPython.html.widgets import interact, interactive, fixed
from IPython.html import widgets
from IPython.display import clear_output, display, HTML

class InteractiveCursor(object):
    initialized = False
    fig = None
    ax = None
    vline = None
    hline = None

    def initialize(self):
        self.fig, self.ax = plt.subplots()
        self.ax.plot([3,1,2,4,0,5,3,2,0,2,4])
        self.vline = self.ax.axvline(1)
        self.hline = self.ax.axhline(0.5)

    def set_cursor(self, x, y):
        if not self.initialized:
            self.initialize()

        self.vline.set_xdata((x, x))
        self.hline.set_ydata((y, y))

        if self.initialized:
            display(self.fig)
        self.initialized = True

ic = InteractiveCursor()
def set_cursor(x, y):
    ic.set_cursor(x, y)

interact(set_cursor, x=(1, 9, 0.01), y=(0, 5, 0.01));

我认为这应该算是一个bug。我用面向对象的接口试过，结果也是同样的问题。

Answer 3

这个解决方案其实非常简单。为了避免显示第一个图形，我们只需要在调用 interact 之前加上一个 close() 的命令。

回想一下问题中的例子，像这样的单元格将正确显示一个交互式图形（而不是两个）：

fig, ax = plt.subplots()
ax.plot([3,1,2,4,0,5,3,2,0,2,4])
plt.close(fig)

vline = ax.axvline(1)
hline = ax.axhline(0.5)

def set_cursor(x, y):
    vline.set_xdata((x, x))
    hline.set_ydata((y, y))
    display(fig)

interact(set_cursor, x=(1, 9, 0.01), y=(0, 5, 0.01))

一个更简洁的方法是定义一个叫 add_cursor 的函数（可以在单独的单元格或脚本中）：

def add_cursor(fig, ax):
    plt.close(fig)

    vline = ax.axvline(1, color='k')
    hline = ax.axhline(0.5, color='k')

    def set_cursor(x, y):
        vline.set_xdata((x, x))
        hline.set_ydata((y, y))
        display(fig)

    interact(set_cursor, x=ax.get_xlim(), y=ax.get_ylim())

然后每当我们想添加一个交互式光标时，就调用它：

fig, ax = plt.subplots()
ax.plot([3,1,2,4,0,5,3,2,0,2,4])
add_cursor(fig, ax)