如何避免 matplotlib plt.quiver() 中的箭头堆叠？

Jupyter Notebook/plt.quiver：避免箭头堆叠的终极指南

问题：箭头堆叠的困扰

当你使用 Python 的 matplotlib 包中的 plt.quiver() 函数绘制箭头场时，你可能会遇到一个恼人的问题：当你在一个位置重复调用 plt.quiver() 时，箭头会叠加在一起，形成混乱的图案。

原因：matplotlib 的默认行为

默认情况下，matplotlib 将新绘制的箭头叠加在现有的箭头之上。当你要在同一区域绘制多个箭头场时，就会出现箭头堆叠的问题。

解决方案：清除现有的箭头

为了解决箭头堆叠的问题，你需要在每次调用 plt.quiver() 之前清除现有的箭头。你可以通过以下代码轻松实现：

# 清除现有箭头
plt.clf()

# 绘制新箭头
plt.quiver(...)

示例代码

让我们用一个示例代码来演示如何避免箭头堆叠：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

def plot_map(arr_2D):
    Farben = colors.Normalize(vmin=-np.pi, vmax=np.pi)
    plt.imshow(arr_2D, cmap='hsv', norm=Farben)

def plot_arrows(arr_2D):
    X = np.arange(2)
    Y = np.arange(2)
    U = np.cos(arr_2D[X][Y])
    V = np.sin(arr_2D[X][Y])

    # 清除现有箭头
    plt.clf()

    # 绘制新箭头
    plt.quiver(X,Y,U,V, units = 'x', headaxislength = 2, headlength = 1, pivot = 'mid', scale = 1.1)

# 示例数组 1
arr_1 = np.array([[-np.pi, -np.pi/2], [-np.pi, 0]])
plot_map(arr_1)
plot_arrows(arr_1)

# 示例数组 2
arr_2 = np.array([[-np.pi/2, -np.pi/2], [-np.pi, 0]])
plot_map(arr_2)
plot_arrows(arr_2)

在上面的代码中，我们使用了 plt.clf() 来清除现有箭头，从而避免了箭头堆叠。

常见问题解答

Q：为什么我仍然遇到箭头堆叠？

A：确保你在每次调用 plt.quiver() 之前都使用了 plt.clf()。另外，检查你的代码中是否有任何意外的 plt.show() 调用，因为这可能会阻止 plt.clf() 发挥作用。

Q：清除现有箭头会影响其他绘图对象吗？

A：不会。plt.clf() 只会清除当前轴中的箭头，而不会影响其他绘图对象，如图像或文本。

Q：是否有其他方法来避免箭头堆叠？

A：除了使用 plt.clf() 之外，你还可以通过将 hold=False 参数传递给 plt.quiver() 来避免箭头堆叠。但是，这可能会导致某些绘图问题，因此建议使用 plt.clf()。

Q：如何从头开始绘制箭头场？

A：要从头开始绘制箭头场，请使用以下步骤：

1. 创建一个包含箭头场数据的 NumPy 数组。
2. 使用 plt.quiver() 函数绘制箭头场。
3. （可选）使用 plt.clf() 来清除现有箭头。
4. （可选）添加额外的绘图元素，如颜色条或标题。

Q：我可以在 Jupyter Notebook 中使用此解决方案吗？

A：是的，你可以在 Jupyter Notebook 中使用此解决方案。请确保你导入必要的库并使用 matplotlib 的 inline 后端。