昨天寫(xiě)了一篇subplot的練習(xí)放到微信公眾賬號(hào)中，想用一個(gè)莫比烏斯環(huán)的圖片作為封面圖片，就去維基百科上扒了一個(gè)。但是分辨率很低，就想自己繪出一個(gè)來(lái)。沒(méi)想到越陷越深，就一起把3D繪圖給學(xué)習(xí)了一遍。

源代碼(請(qǐng)點(diǎn)擊前面文字)

函數(shù)已經(jīng)給出，剩下的就是取值，繪圖。要繪3D圖，X，Y，Z都得是矩陣。平常的做法就是遍歷，給矩陣中的每一個(gè)元素賦值，如果取樣點(diǎn)為100，那么計(jì)算X的賦值次數(shù)就是100*100，每次賦值還要計(jì)算兩次cos()。

這就要請(qǐng)出今天的明星－numpy。

numpy是python中的高效數(shù)值運(yùn)算模塊。其中包含了各種數(shù)學(xué)運(yùn)算，以及array數(shù)據(jù)類(lèi)型，這些都是用C寫(xiě)的，如果只是進(jìn)行少量數(shù)值的運(yùn)算，numpy的性能是低于math的，但是大批量的數(shù)值運(yùn)算，numpy的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來(lái)了。

首先介紹的是array數(shù)據(jù)類(lèi)型，很像list，但是可以不用迭代，直接運(yùn)算。

>>> from numpy import *>>> a = array([1,2,3,4])>>> a * 3array([ 3,??6,??9, 12])

這樣就可以直接把取樣點(diǎn)直接投到函數(shù)中得到X的值。

取樣也很方便，比如在這個(gè)例子中，我們可以這么取v和u：

v = linspace(-1.0, 1.0, num=500, endpoint=True) u = linspace(0, 2*pi, num=500, endpoint=True)

參數(shù)分別是(start，stop，number of sample， 是否包含終止數(shù)值)

但是array沒(méi)有append或者add方法，而且，我試了很久，也沒(méi)有辦法把數(shù)據(jù)一行一行的添加到一個(gè)array中，于是我找了list當(dāng)作中間人。

把運(yùn)算復(fù)雜度低的v迭代，每次計(jì)算出全部的u。

for value_v in v:answer.append((1. + value_v / 2. * cos(u/2.)) * cos(u))

要提前把v和u取成array類(lèi)型，要提前定義answer是list。更高效的是直接在list中迭代，我們可以為X，Y，Z分別建立函數(shù)，返回?cái)?shù)值array。

def func_x(v, u):? ? answer = [((1. + value_v / 2. * cos(u/2.)) * cos(u)) for value_v in v]? ? return array(answer)

其他坐標(biāo)軸依此類(lèi)推。

案例

我們已經(jīng)準(zhǔn)備好了所需要材料，就等著下鍋了。3Dplot我用的是mpl_toolkits.mplot中的Axes3D模塊，這是matplotlib中的一部分。繪圖也很簡(jiǎn)單，我用的是其中的surface方法。

fig = plt.figure()ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')surf = ax.plot_surface(X, Y, Z)

先新建一個(gè)figure(為了設(shè)置dpi)，然后以添加子圖的形式添加進(jìn)去就行。這樣就已經(jīng)成型了，提高下dpi

fig = plt.figure(dpi=150)復(fù)制代碼

增加點(diǎn)色彩變化

surf = ax.plot_surface(X, Y, Z, cmap=cm.coolwarm)

需要從matplotlib中倒入cm，cm模塊很有趣，有著很多的色彩變化，可以參考官方文檔。我嘗試了多種，最后選擇是YlOrBr，是yellow or brand，效果圖最后會(huì)貼出來(lái)。

去掉那些黑色曲線

surf = ax.plot_surface(X, Y, Z, cmap=cm.coolwarm, linewidth=0)復(fù)制代碼

然后還玩了一把透明度alpha，最后發(fā)現(xiàn)透明度低一點(diǎn)的好(alpha越小，透明度越高)

surf = ax.plot_surface(X, Y, Z, cmap=cm.coolwarm, linewidth=0, alpha=0.9)復(fù)制代碼

現(xiàn)在的圖z軸太高，造成立體感不明顯，于是我們拉長(zhǎng)z軸，讓圖扁平一點(diǎn)。

ax.set_zlim(-2., 2.)復(fù)制代碼

然后去掉坐標(biāo)軸

plt.axis('off')復(fù)制代碼

如果用show()方法顯示圖表，然后保存，背景不是透明的，我們可以用figure.save()取保存

fig.savefig('mobiusband.png', transparent=True)復(fù)制代碼

發(fā)現(xiàn)圖不夠清晰，增加dpi

fig.savefig('mobiusband.png', transparent=True, dpi=600)復(fù)制代碼

然后就得到了最終的圖了

摘自：櫛風(fēng)沐雨

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的python莫比乌斯环_【干货】用python绘出神奇的莫比乌斯环~的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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