【Matplotlib】注釈と矢印

注釈と矢印

グラフのある特定の位置を明示するために、Axes.annotate() を使って注釈 (annotation)と矢印 (arrow) を表示することができます。まずは簡単な例を示します。

# MATPLOTLIB_ANNOTATE

# In[1]

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# FigureとAxesを描画
fig, ax = plt.subplots(figsize=(5, 5))
ax.grid()
ax.set_xlim(0, 10)
ax.set_ylim(0, 10)

# 指定した位置に注釈(annotation)を入れる
ax.annotate("point A", xy=(4, 4), size=15, color="red")

plt.show()

このように、Axes.annotate() は注釈テキストを表示するためのメソッドなので、size や color などに渡した値はテキストに対して適用されます。矢印は arrowprops というオプション引数に dict() を渡すと表示されます (dict() の中身は空白でも構いません) 。xy は指し示したい点の座標を表す引数なので、特に何も指定しなければ、矢印は先端部分だけが表示されます。

# In[2]

fig, ax = plt.subplots(figsize=(5, 5))
ax.grid()
ax.set_xlim(0, 10)
ax.set_ylim(0, 10)

# 指定した位置に注釈を入れる
ax.annotate("point A", xy=(4, 4), size=15,
            color="red", arrowprops=dict())

plt.show()

そこで、オプション引数 xytext に座標を指定して、注釈位置と矢印の始点をずらします。

# In[3]

fig, ax = plt.subplots(figsize=(5, 5))
ax.grid()
ax.set_xlim(0, 10)
ax.set_ylim(0, 10)

# 指定した位置に注釈と矢印を入れる
ax.annotate("point A", xy=(4, 4), size=15, xytext=(6, 6),
            color="red", arrowprops=dict())

plt.show()

矢印のプロパティ

矢印のプロパティは arrowprops に渡す dict() の中で指定します。

# In[4]

fig, ax = plt.subplots(figsize=(5, 5))
ax.grid()
ax.set_xlim(0, 10)
ax.set_ylim(0, 10)

# 矢印のプロパティを設定
arrow_dict = dict(arrowstyle="->", color="black",
                  connectionstyle="angle, angleA=0, angleB=90")

# 指定した位置に注釈と矢印を入れる
ax.annotate("point A", xy=(4, 4), size=15, xytext=(6, 6),
            color="red", arrowprops=arrow_dict)

plt.show()

arrowstyle で矢印のスタイルを指定します。

# In[5]

fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 8))
ax.grid()
ax.set_xlim(0, 20)
ax.set_ylim(0, 25)

# arrow_styleのリスト
style_list = ["->", "-[", "|-|", "-|>", "<-", "<->",
              "<|-", "<|-|>", "fancy", "simple", "wedge"]

n = len(style_list)

# すべてのarrow_styleで矢印を描画
for k in range(n):
    arrow_dict = dict(arrowstyle=style_list[k], color="red")
    ax.annotate("  " + style_list[k], xy=(2 + k, 2 * k + 1),
                size=15, xytext=(6 + k, 2*k + 2),
                color="black", arrowprops=arrow_dict)

plt.show()

arrowprops に arrowstyle が指定されていなければ、以下の引数が有効になります。

引数	設定
width	矢印の太さ
headwidth	矢印の先端の三角形の底辺の長さ
headlength	矢印の先端の三角形の高さ
shrink	矢印を縮小する割合

矢印の始点と終点の経路は connectionstyle で制御します。

名前	属性
angle	angleA = 90, angleB = 0 ,rad = 0.0
angle3	angleA = 90, angleB = 0
arc	angleA = 0, angleB = 0, armA = None, armB = None, rad = 0.0
arc3	rad = 0.0
bar	armA = 0.0, armB = 0.0, fraction = 0.3, angle = None

connectionstyle の名前の後に属性を指定します。
属性を省略するとデフォルト値で経路が設定されます。
以下のコードを実行すると、すべての connectionstyle をデフォルト値で描きます。

# In[6]

fig, axs = plt.subplots(3, 2, figsize=(8, 8))

# 3行目2列目のAxesを非表示
axs[2,1].axis('off')

# connecitonstyleのリスト
cstyle_list = ["angle", "angle3", "arc", "arc3", "bar"]

n = len(cstyle_list)

# すべてのconnectionstyleを指定して矢印を描画
for ax, k in zip(axs.ravel(), range(n)):
    ax.grid()
    ax.set_xlim(0, 10)
    ax.set_ylim(0, 10)
    arrow_dict = dict(arrowstyle="->",
                      connectionstyle=cstyle_list[k], color="red")
    ax.annotate("  " + cstyle_list[k],
                xy=(2, 2), size=14, xytext=(6, 6),
                color="black", arrowprops=arrow_dict)

plt.show()

headwidth

テキストボックスのプロパティ

Axes.annotate() の引数 bbox に dict() を渡して、テキストボックスの形状を設定することができます。詳細については bbox を参照してください。

# In[7]

fig, ax = plt.subplots(figsize=(5, 5))
ax.grid()
ax.set_xlim(0, 10)
ax.set_ylim(0, 10)

# 矢印のプロパティを設定
arrow_dict = dict(arrowstyle="->", color="saddlebrown")

# テキストボックスのプロパティ
# fc:facecolor, ec:edgecolor
text_dict = dict(boxstyle="round",
                 fc="silver", ec="mediumblue")

# 指定した位置に注釈と矢印を入れる
ax.annotate("point A", size=14, color = "black",
            xy=(2, 2), xytext=(6, 6),
            bbox=text_dict, arrowprops=arrow_dict)

#plt.show()
plt.show()

Axes.annotateの実践例

最後にAxes.annotate()メソッドの実践例を載せておきます。

# In[8]

# アノテーション(注釈)表記の実践例

# 円周率の略記
p = np.pi

# 0～2piまで0.1刻みの数値の配列を定義
x = np.arange(0, 2 * p, 0.1)

# グラフに描く関数
y = np.sin(x)

# FigureとAxesを作成
fig = plt.figure(figsize=(8, 6))
ax = fig.add_subplot(111)

# Axesのタイトル、グリッド、軸ラベル、軸範囲、目盛、目盛ラベルを設定
ax.set_title("$y=\sin x$", fontsize=16)
ax.grid()
ax.set_xlabel("x", fontsize=14)
ax.set_ylabel("y", fontsize=14)
ax.set_xlim(0.0, 2 * p)
ax.set_ylim(-2.0, 2.0)
ax.set_xticks([0, p/2, p, 3*p/2, 2*p])
ax.set_xticklabels(["0", "$\pi/2$", "$\pi$", "$3\pi/2$", "$2\pi$"],
                   fontsize=12)

# テキストボックスのプロパティを設定
text_dict = dict(boxstyle = "round", fc = "palegreen")

# 矢印のプロパティを設定
arrow_dict = dict(facecolor="red", edgecolor="red")

# 矢印とテキストを設定
ax.annotate("local maximun",
            xy=(p/2, 1), xytext=(2.5, 1.6),
            bbox=text_dict, 
            arrowprops=arrow_dict, size = 14)

ax.annotate("local minimun",
            bbox=text_dict,
            xy=(3*p/2, -1), xytext=(2.8, -1.4),
            arrowprops=arrow_dict, size=14)

# Axesにグラフをプロット
ax.plot(x, y, color="blue")

plt.show()