[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。

# PYTHON_MATPLOTLIB_ANNOTATE_01

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。

# PYTHON_MATPLOTLIB_ANNOTATE_02

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。

# PYTHON_MATPLOTLIB_ANNOTATE_03

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。

# PYTHON_MATPLOTLIB_ANNOTATE_04

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)

# 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。

# PYTHON_MATPLOTLIB_ANNOTATE_05

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# FigureとAxesを描画
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。

　矢印の始点と終点の経路は connectionstyle で制御します。

　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。

# PYTHON_MATPLOTLIB_ANNOTATE_06

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# FigureとAxesを描画
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()

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。

# PYTHON_MATPLOTLIB_ANNOTATE_07

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)

# 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()

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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。

# PYTHON_MATPLOTLIB_ANNOTATE_08

# アノテーション(注釈)表記の実践例

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 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()