【问题标题】:Animated visualisation of an algorithm算法的动画可视化
【发布时间】:2020-03-31 19:30:21
【问题描述】:

我想知道是否有一种方法可以创建漂亮的可视化(在 Python 中),比如涉及图形的算法。

如果有一种方法可以在 Python 中做到这一点,这将有助于将算法代码的每个执行逻辑步骤转换为简洁的实时插图。

在 Wikipedia 上阅读 TSP 时,我发现了这一点:

【问题讨论】:

    标签: python matplotlib networkx


    【解决方案1】:

    我一直使用从 matplotlib 创建的单个图来做这件事。

    一个示例程序是:

    1. 创建多个绘图并将它们保存为图像文件
    2. 遍历每个保存的图像文件并使用opencv 读取它们
    3. 使用opencv 将所有图像文件编译成一个视频文件。

    这是一些简化的示例代码

    import cv2
    import os
    import matplotlib.pyplot as plt
    
    # create a single plot
    plt.plot([1,2,3], [3, 7, 11])
    # save plot as an image
    plt.savefig(plot_directory\plot_name.jpg, format='jpg', dpi=250)
    plt.show()
    
    
    def create_video(image_folder, video_name, fps=8, reverse=False):
        """Create video out of images saved in a folder."""
        images = [img for img in os.listdir(image_folder) if img.endswith('.jpg')]
        if reverse: images = images[::-1]
        frame = cv2.imread(os.path.join(image_folder, images[0]))
        height, width, layers = frame.shape
        video = cv2.VideoWriter(video_name, -1, fps, (width,height))
        for image in images:
            video.write(cv2.imread(os.path.join(image_folder, image)))
        cv2.destroyAllWindows()
        video.release()
    
    # use opencv to read all images in a directory and compile them into a video
    create_video('plot_directory', 'my_video_name.avi')
    

    create_video 函数中,我添加了反转帧顺序和设置每秒帧数 (fps) 的选项。 This video on Youtube 正是使用这种方法创建的。

    要应用于您的示例代码,请尝试将所有绘图函数放入您的 for 循环中。这应该会生成您在边缘上迭代的每本书的情节。然后每次生成图时,您可以将该图保存到文件中。像这样的:

    import random
    from itertools import combinations
    from math import sqrt
    import itertools
    from _collections import OrderedDict
    import networkx as nx
    import numpy as np
    from matplotlib import pyplot as plt
    
    random.seed(42)
    n_points = 10
    
    
    def dist(p1, p2):
        return sqrt((p1[0] - p2[0]) ** 2 + (p1[1] - p2[1]) ** 2)
    
    
    points = [(random.random(), random.random()) for _ in range(n_points)]
    named_points = {i: j for i, j in zip(itertools.count(), points)}
    
    weighted_edges = dict()
    tree_id = [None] * n_points
    min_tree = []
    
    for v1, v2 in combinations(named_points.values(), 2):
        d = dist(v1, v2)
        weighted_edges.update({d: ((list(named_points.keys())[list(named_points.values()).index(v1)]),
                                   (list(named_points.keys())[list(named_points.values()).index(v2)]))
                               }
                              )
    
    for i in range(n_points):
        tree_id[i] = i
    
    sorted_edges = OrderedDict(sorted(weighted_edges.items(), key=lambda t: t[0]))
    list_edges = sorted_edges.values()
    
    
    for edge in list_edges:
        if tree_id[edge[0]] != tree_id[edge[1]]:
            min_tree.append(edge)
    
            old_id = tree_id[edge[0]]
            new_id = tree_id[edge[1]]
    
            for j in range(n_points):
                if tree_id[j] == old_id:
                    tree_id[j] = new_id
    
            print(min_tree)
    
    
            G = nx.Graph()
            G.add_nodes_from(range(n_points))
            G.add_edges_from(list_edges)
    
            green_edges = min_tree
    
    
    
            G = nx.Graph()
            G.add_nodes_from(range(n_points))
            G.add_edges_from(list_edges)
            edge_colors = ['black' if not edge in green_edges else 'red' for edge in G.edges()]
            pos = nx.spiral_layout(G)
    
            G2 = nx.Graph()
            G2.add_nodes_from(range(n_points))
            G2.add_edges_from(min_tree)
            pos2 = nx.spiral_layout(G2)
    
    
            plt.figure(1)
            nx.draw(G, pos, node_size=700, edge_color=edge_colors, edge_cmap=plt.cm.Reds, with_labels = True)
    
            plt.figure(2)
            nx.draw(G2, pos2, node_size=700, edge_color='green', edge_cmap=plt.cm.Reds, with_labels = True)
    
            plt.show()
    
    

    【讨论】:

    • 它看起来和我想要的完全一样,但是如何创建许多图,我需要为我的算法的每一步创建一个图,这就是现在的问题..
    • 你可能应该决定你想要多少步,然后循环更新你的算法。在循环中的每一步,您都可以创建一个新图并保存它。
    • 我已经添加了一个示例代码,如果你能在这种情况下提出一些建议,我将不胜感激,我明白你的意思,但是这样做对我来说并不简单,因为当它选择边缘,一切都在内部以某种方式完成
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