用Python绘制数学图形

Question

我之前问过一个问题，想找一个可以用Python画圆和箭头的工具，有人建议我试试PyQt4。

不过，我的问题是，我找了很多函数，想用来画这些图形，但一直没找到。

所以我想问一下，有没有人知道怎么在PyQt4里画圆、箭头和其他数学符号？请给我指个方向。

顺便说一下，如果你们知道Python里有什么工具可以实现这些功能，请帮帮我。

我需要在我的程序里画非确定性有限自动机（NFA），所以这对我很重要。

http://en.wikipedia.org/wiki/File:NFAexample.svg

非常感谢！

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另外，我想补充一下，我不仅仅对PyQt4感兴趣。如果你知道其他可以用Python画数学图形的工具，请帮帮我 :)

Answer 1

你可以看看 NetworkX。这个工具可能正好符合你的需求！因为你想画非确定性有限自动机（NFA）。在这个 画廊 中，你可以看到一些可以实现的功能。

Answer 2

使用graphviz，你可以制作像这样的图表：

你可以用这样的代码来实现：

#!/usr/bin/env python
# coding: utf-8

import os
import subprocess
import shlex

# dot code based on http://www.graphviz.org/Gallery/directed/fsm.html
dot='''    
digraph finite_state_machine {
        bgcolor="#ffffff"
        rankdir=LR;
        size="8,5"
        node [shape = doublecircle]; S₁ S₃;
        node [shape = circle]; S₀ S₂ S₄;
        node [shape = circle]; S₄; 
        S₀ -> S₁ [ label = ε, weight=-1 ];
        S₀ -> S₃ [ label = ε, weight=-1 ];
        S₁ -> S₂:nw [ label = 0 ];
        S₂ -> S₁:se [ label = 0 ];
        S₁ -> S₁ [ label = 1 ];
        S₂ -> S₂ [ label = 1 ];
        S₃ -> S₄:nw [ label = 1 ];
        S₄ -> S₃:se [ label = 1 ];
        S₃ -> S₃ [ label = 0 ];
        S₄ -> S₄ [ label = 0 ]; 
}
'''
os.chdir('/tmp')
with open('output_dot.svg','w') as outfile:
    subprocess.Popen(shlex.split('dot -Tsvg'),
                     stdin=subprocess.PIPE,stdout=outfile).communicate(dot)

通常，我们是在命令行中调用graphviz的dot程序。它和Python没有直接关系。

不过，如果你想通过编程来制作图表，可以用Python来构建dot代码，把它当作一个大字符串，然后用subprocess.Popen来处理这个字符串，传给dot。dot可以输出多种格式，包括SVG或PNG。或者，你也可以研究一下pygraphviz，它提供了一个更“Python风格”的接口来使用graphviz库。

另外要注意，graphviz支持UTF-8编码的字符，所以你可以在图表中加入下标和其他数学符号，只需在UTF-8字符集中找到合适的符号即可。

graphviz的一个优点是，你不需要繁琐地指定图表的布局——你只需说明哪些节点是相互连接的。节点的位置基本上是由graphviz自动决定的。

但这个优点也有点缺陷——很难将图表中的元素放置得完全如你所愿。例如，注意到S1和S2并没有水平对齐。我也不知道怎么让从S0指向S1的箭头更优美地弯曲，或者让S1和S2之间的箭头完全对称，或者怎么让从S2指向S1的边标签出现在箭头下方等等……可能有办法做到这些，但我不知道怎么做。

想了解更多graphviz能做的事情，可以查看graphviz画廊。

Answer 3

看看这个API的部分：http://www.riverbankcomputing.co.uk/static/Docs/PyQt4/html/qgraphicsitem.html

我觉得这个类和它的子类可以满足你的需求。对于一些东西，比如箭头，你可能需要用现有的元素，比如线条，来构建它们，或者自己定义一个qgraphicsitem的子类，来实现你想要的功能。