Python基础之利用Matplotlib和Tkinter在应用程序中内嵌图表

在日常应用程序开发中，图表(折线图，柱状图等)以其直观显示，清晰明了的优势，使得应用范围越来越广泛，本文以一个简单的小例子，简述如何将Tkinter和Matplotlib相互关联起来，在应用程序中嵌入图表，仅供学习分享使用，如有不足之处，还请指正。

涉及知识点

Tkinter 是Python内置的桌面程序开发组件库，包含日常使用的基础组件（如：Label,Button,Entry等），利用Tkinter可以方便的开发可视化程序。
Matplotlib 是一个开源的数据可视化类库，利用matplotlib可以绘制各种类型的图表（如：折线图，柱状图，散点图等）。
Numpy 是一个开源的数学相关的类库，广泛应用于数学计算等领域。本例主要使用Numpy提供的数学函数和随机数生成数据源。

操作步骤

如果要将matplotlib生成图表和Tkinter生成的GUI程序关联起来，需要以下3个步骤：

创建Matplotlib的figure(画布)对象，并在figure上进行绘图。
创建FigureCanvasTkAgg(画布容器)对象，参数为第1步生成的figure对象和容器存放的父对象，并调用创建对象的draw函数。
调用FigureCanvasTkAgg对应组件的Pack方法，将对象显示在页面上。

示例效果图

将Matplotlib生成的曲线图，嵌入到普通的windows程序中，如下图所示：

核心代码

创建图表代码

def create_matplotlib(self):"""创建绘图对象"""# 设置中文显示字体mpl.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # 中文显示mpl.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 负号显示# 创建绘图对象f figsize的单位是英寸 像素 = 英寸*分辨率self.figure = plt.figure(num=2, figsize=(7, 4), dpi=80, facecolor="gold", edgecolor='green', frameon=True)# 创建一副子图fig1 = plt.subplot(1, 1, 1)  # 三个参数，依次是：行，列，当前索引# 创建数据源：x轴是等间距的一组数x = np.arange(-2 * np.pi, 2 * np.pi, 0.1)y1 = np.sin(x)y2 = np.cos(x)line1 = fig1.plot(x, y1, color='red', linewidth=2, label='y=sin(x)', linestyle='--')  # 画第一条线line2 = fig1.plot(x, y2, color='green', label='y=cos(x)')plt.setp(line2, linewidth=1, linestyle='-', alpha=0.7)  # 华第二条线 color='',fig1.set_title("数学曲线图", loc='center', pad=20, fontsize='xx-large', color='red')  # 设置标题# line1.set_label("正弦曲线")  # 确定图例# 定义legend 重新定义了一次labelfig1.legend(['正弦', '余弦'], loc='lower right', facecolor='orange', frameon=True, shadow=True, framealpha=0.7)# ,fontsize='xx-large'fig1.set_xlabel('(x)横坐标')  # 确定坐标轴标题fig1.set_ylabel("(y)纵坐标")fig1.set_yticks([-1, -1 / 2, 0, 1 / 2, 1])  # 设置坐标轴刻度fig1.grid(which='major', axis='x', color='gray', linestyle='-', linewidth=0.5, alpha=0.2)  # 设置网格

创建图表容器，并显示代码

def createWidget(self, figure):"""创建组件"""self.label = Label(self, text='这是一个Tkinter和Matplotlib相结合的小例子')self.label.pack()# 创建画布self.canvas = FigureCanvasTkAgg(figure, self)self.canvas.draw()self.canvas.get_tk_widget().pack(side=TOP, fill=BOTH, expand=1)# 把matplotlib绘制图形的导航工具栏显示到tkinter窗口上# toolbar = NavigationToolbar2Tk(self.canvas, self)# toolbar.update()# self.canvas._tkcanvas.pack(side=TOP, fill=BOTH, expand=1)# self.button = Button(master=self, text="退出", command=quit)# # 按钮放在下边# self.button.pack(side=BOTTOM)

整体代码及调用逻辑，如下所示：

from tkinter import *
import numpy as np
import matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.pylab import mpl
from matplotlib.backends.backend_tkagg import FigureCanvasTkAgg, NavigationToolbar2Tkclass Application(Frame):"""一个经典的GUI写法"""def __init__(self, master=None):'''初始化方法'''super().__init__(master)  # 调用父类的初始化方法self.master = masterself.pack(side=TOP, fill=BOTH, expand=1)  # 此处填充父窗体self.create_matplotlib()self.createWidget(self.figure)def createWidget(self, figure):"""创建组件"""self.label = Label(self, text='这是一个Tkinter和Matplotlib相结合的小例子')self.label.pack()# 创建画布self.canvas = FigureCanvasTkAgg(figure, self)self.canvas.draw()self.canvas.get_tk_widget().pack(side=TOP, fill=BOTH, expand=1)# 把matplotlib绘制图形的导航工具栏显示到tkinter窗口上# toolbar = NavigationToolbar2Tk(self.canvas, self)# toolbar.update()# self.canvas._tkcanvas.pack(side=TOP, fill=BOTH, expand=1)# self.button = Button(master=self, text="退出", command=quit)# # 按钮放在下边# self.button.pack(side=BOTTOM)def create_matplotlib(self):"""创建绘图对象"""# 设置中文显示字体mpl.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # 中文显示mpl.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 负号显示# 创建绘图对象f figsize的单位是英寸 像素 = 英寸*分辨率self.figure = plt.figure(num=2, figsize=(7, 4), dpi=80, facecolor="gold", edgecolor='green', frameon=True)# 创建一副子图fig1 = plt.subplot(1, 1, 1)  # 三个参数，依次是：行，列，当前索引# 创建数据源：x轴是等间距的一组数x = np.arange(-2 * np.pi, 2 * np.pi, 0.1)y1 = np.sin(x)y2 = np.cos(x)line1 = fig1.plot(x, y1, color='red', linewidth=2, label='y=sin(x)', linestyle='--')  # 画第一条线line2 = fig1.plot(x, y2, color='green', label='y=cos(x)')plt.setp(line2, linewidth=1, linestyle='-', alpha=0.7)  # 华第二条线 color='',fig1.set_title("数学曲线图", loc='center', pad=20, fontsize='xx-large', color='red')  # 设置标题# line1.set_label("正弦曲线")  # 确定图例# 定义legend 重新定义了一次labelfig1.legend(['正弦', '余弦'], loc='lower right', facecolor='orange', frameon=True, shadow=True, framealpha=0.7)# ,fontsize='xx-large'fig1.set_xlabel('(x)横坐标')  # 确定坐标轴标题fig1.set_ylabel("(y)纵坐标")fig1.set_yticks([-1, -1 / 2, 0, 1 / 2, 1])  # 设置坐标轴刻度fig1.grid(which='major', axis='x', color='gray', linestyle='-', linewidth=0.5, alpha=0.2)  # 设置网格def destroy(self):"""重写destroy方法"""super().destroy()quit()def quit():"""点击退出按钮时调用这个函数"""root.quit()  # 结束主循环root.destroy()  # 销毁窗口if __name__ == '__main__':root = Tk()root.title('数学曲线窗口')root.geometry('560x400+200+200')app = Application(master=root)root.mainloop()

多图示例

如何利用Matplotlib在一张图里面，包含多张子图，如下所示：

多图核心代码

其他代码和上例保持一致，只是在创建图表时略有差异。主要是利用plt.subplot(2, 2, 1)方法对图片进行切分。如下所示：

def create_matplotlib(self):"""创建绘图对象"""# 设置中文显示字体mpl.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # 中文显示mpl.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 负号显示# 创建绘图对象f figsize的单位是英寸 像素 = 英寸*分辨率self.figure = plt.figure(num=2, figsize=(7, 4), dpi=80, facecolor="gold", edgecolor='green', frameon=True)self.figure.text(0.45, 0.94, '这是四幅图') # 设置显示的文本# 一张图上显示4张小图x = np.linspace(-6, 6, 100)y = np.sin(x)  # 正弦曲线y2 = np.cos(x)  # 余弦曲线y3 = np.tan(x)  # tan函数y4 = np.square(x)  # 平方函数fig1 = plt.subplot(2, 2, 1)  # 先进行分块,最后一个参数是序号self.setplot(fig1, x, y, 'y=sin(x)', 'red')fig2 = plt.subplot(2, 2, 2)self.setplot(fig2, x, y2, 'y=cos(x)', 'green')fig3 = plt.subplot(2, 2, 3)self.setplot(fig3, x, y3, 'y=tan(x)', 'black')fig4 = plt.subplot(2, 2, 4)self.setplot(fig4, x, y4, 'y=square(x)', 'gold')def setplot(self, fig, x, y, text, color='r'):"""绘制子图"""line = fig.plot(x, y, color=color, label=text)fig.set_xlabel('(x)横坐标')  # 确定坐标轴标题fig.set_ylabel("(y)纵坐标")fig.grid(which='major', axis='x', color='gray', linestyle='-', linewidth=0.5, alpha=0.2)  # 设置网格fig.legend(loc='lower right', facecolor='orange', frameon=True, shadow=True, framealpha=0.7)

柱状图示例

如何利用Matplotlib绘制柱状图，如下所示：

柱状图核心代码

其他代码和上例保持一致，只是在创建图表时略有差异。主要是通过bar 函数创建柱状图，如下所示：

def create_matplotlib(self):"""创建绘图对象"""# 设置中文显示字体mpl.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # 中文显示mpl.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 负号显示# 创建绘图对象f figsize的单位是英寸 像素 = 英寸*分辨率self.figure = plt.figure(num=2, figsize=(7, 4), dpi=80, facecolor="gold", edgecolor='green', frameon=True)self.figure.text(0.45, 0.94, '这是柱状图图') # 设置显示的文本x = np.arange(12)y = np.random.uniform(0.5, 1.0, 12) * (1 - x / float(12))loc = zip(x, y)  # 将x, y 两两配对plt.ylim(0, 1.2)  # 设置y轴的范围plt.bar(x, y, facecolor='green', edgecolor='black')  # 绘制柱状图(填充颜色绿色，边框黑色)for x, y in loc:plt.text(x + 0.1, y + 0.01, '%.2f' % y, ha='center', va='bottom')  # 保留小数点2位

备注

Matplotlib的图表形式还有很多，本例只是抛砖引玉，简述两种图表的生成方式，其他的图表则不做赘述。

如需源码链接，可点击链接下载。一首小词，舒缓一下心情。

浣溪沙·堤上游人逐画船

宋代：欧阳修

堤上游人逐画船，拍堤春水四垂天。绿杨楼外出秋千。
白发戴花君莫笑，六幺催拍盏频传。人生何处似樽前！