python 3D

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Python 3：3次元グラフの書き方（matplotlib, pyplot, mplot3d, MPL）

PythonscipynumpymatplotlibPython3

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3次元のグラフの書き方

ニューラルネットワークの学習で現れる，偏微分（勾配）の理解のため3次元グラフを描いてみる．（参考：数値微分）

Pythonで，NumPyとmatplotlibを使って3次元グラフを描く

準備

• 3次元なのでmpl_toolkits.mplot3dなどをインポート

ex1-1.py

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

• 引数の2乗和を計算する関数を例として考える

ex1-2.py

def func1(x, y):
    return x**2 + y**2

• 描写データの作成
  • 3次元で描写するには2次元メッシュが必要
  • 2次元配列をarangeを用いて作る
  • x, y をそれぞれ1次元領域で分割する

ex1-3.py

x = np.arange(-3.0, 3.0, 0.1)
y = np.arange(-3.0, 3.0, 0.1)

• 2次元メッシュはmeshgridでつくる
  • Xの行にxの行列を，Yは列にyの配列を入れたものになっている

ex1-3.py

X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = func1(X, Y)

• グラフの作成
  • figureで2次元の図を生成する
  • その後，Axes3D関数で3次元にする

ex1-4.py

fig = plt.figure()
ax = Axes3D(fig)

• 軸ラベルの設定

ex1-5.py

ax.set_xlabel("x")
ax.set_ylabel("y")
ax.set_zlabel("f(x, y)")

-グラフ描写

ex1-6.py

ax.plot_wireframe(X, Y, Z)
plt.show()

以上をまとめて実装すれば，以下のような3次元のグラフが描画されます．

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plotのプロパティとして，color（線の色），linestyle（線の種類），マーカーの種類などが変更できる．