PyQtの基礎 - グラフ

概要

ここでは、PyQtとMatplotlibを使用して、グラフを表示する方法を記載する。

Matplotlibとは

Matplotlibとは、PythonやNumPyで使用するためのグラフ描画用ライブラリである。
Matplotlibは、豊富な種類のグラフを生成することができる。

MatplotlibはPythonの標準ライブラリではないので、別途インストールする必要がある。
以下のコマンドを実行して、Matplotlibをインストールする。

pip3 install matplotlib

実務上において、NumPyやSciPyと合わせて使用することが多い。
その時は、必要に応じてNumPy等もpipコマンドを使用してインストールすること。
(このページでは、NumPyやSciPyは使用しない)

また、Matplotlibをさらに詳しく知りたい場合は、公式Webサイトにアクセスして確認すること。

Matplotlibで作成するグラフ (1)

このセクションでは、PyQtとMatplotlibを使用してグラフを表示する。
こちらのWebサイトのチュートリアルにあるPyQt5 Matplotlibという箇所とサンプルコードを参考にする。

下図のグラフは、Matplotlibによって描画されたグラフである。
この画面とグラフを表示するためのサンプルコードを以下に示す。(このサンプルコードは、上記のチュートリアルから引用している)

<syntaxhighlight lang="python">
# - * - coding: utf8 - *

import sys
import random

from PyQt5.QtCore import *
from PyQt5.QtWidgets import *

from matplotlib.backends.backend_qt5agg import FigureCanvasQTAgg as FigureCanvas
from matplotlib.figure import Figure
import matplotlib.pyplot as plt


class MainWindow(QMainWindow):

   def __init__(self, parent=None):
      super(MainWindow, self).__init__(parent)
      self.left   = 10
      self.top    = 10
      self.title  = "PyQt5 matplotlib example - pythonspot.com"
      self.width  = 640
      self.height = 400

      self.setWindowTitle(self.title)
      self.setGeometry(self.left, self.top, self.width, self.height)

      m = PlotCanvas(self, width=5, height=4)
      m.move(0,0)

      button = QPushButton('PyQt5 button', self)
      button.setToolTip('This s an example button')
      button.move(500,0)
      button.resize(140,100)


class PlotCanvas(FigureCanvas):

   def __init__(self, parent=None, width=5, height=4, dpi=100):
      fig       = Figure(figsize=(width, height), dpi=dpi)
      self.axes = fig.add_subplot(111)

      FigureCanvas.__init__(self, fig)
      self.setParent(parent)

      FigureCanvas.setSizePolicy(self, QSizePolicy.Expanding, QSizePolicy.Expanding)
      FigureCanvas.updateGeometry(self)
      self.plot()


   def plot(self):
      data = [random.random() for i in range(25)]
      ax   = self.figure.add_subplot(111)
      ax.plot(data, 'r-')
      ax.set_title("PyQt Matplotlib Example")
      self.draw()


if __name__ == '__main__':
   app = QApplication(sys.argv)
   window = MainWindow()
   window.show()
   sys.exit(app.exec_())
</source>

上記のサンプルコードを実行すると、コンソール上に次のような警告が出力される。(挙動自体に影響はないと思われる)

MatplotlibDeprecationWarning: Adding an axes using the same arguments   
as a previous axes currently reuses the earlier instance. In a future version,   
a new instance will always be created and returned. Meanwhile, this warning can   
be suppressed, and the future behavior ensured, by passing a unique label to each axes instance.
warnings.warn(message, mplDeprecation, stacklevel=1)

次のセクションでは、上記の警告も出力されないように修正を加えながら、動的な画面とグラフを作成する。

Matplotlibで作成するグラフ (2)

上記のセクションにおいて、警告が出力される原因は、add_subplot()関数が2箇所に存在しているからである。
これは、上記のサンプルコードでは、PlotCanvasクラスのコンストラクタとplot関数の中で、それぞれadd_subplot()関数を使用しており、
axesに関わる変数を2回定義(重複)しているから警告が出力される。

したがって、まず、plot関数内にある以下の行を削除する。

<syntaxhighlight lang="python">
ax = self.figure.add_subplot(111)
</source>

次に、上記で削除した変数axが使用されている箇所を修正する。
コンストラクタで定義している変数self.axesにすればよい。

以上で、警告は出力されなくなる。

このセクションでは、以下の機能を実装する。

• メニューバー：終了メニュー
• ステータスバー：時計
• グラフの再描画・削除機能

メニューバーとステータスバーについては、PyQtの基礎 - 画面に記載したサンプルコードを使用する。
グラフの再描画・削除機能についても、それぞれのボタンを配置して、それらのボタンを描画と削除の関数にclicked.connectする。

以下のサンプルコードでは、警告が出力されないように修正を加え、上記の3つの機能を実装している。
なお、クラス名や変数名等は変更している箇所がある。

<syntaxhighlight lang="python">
# - * - coding: utf8 - *

import sys
import random   # 乱数を使用
import datetime

from PyQt5.QtCore import *
from PyQt5.QtWidgets import *

from matplotlib.backends.backend_qt5agg import FigureCanvasQTAgg as FigureCanvas
from matplotlib.figure import Figure
import matplotlib.pyplot as plt


# 画面用クラス
class plotGraph(QMainWindow):

    def __init__(self, parent=None):
        super(plotGraph, self).__init__(parent)
        self.title  = "グラフを表示するウインドウ"
        self.width  = 700
        self.height = 400

        self.setWindowTitle(self.title)
        self.setGeometry(0, 0, self.width, self.height)

        self.setWindowLayout()
        self.statusBar()


    def setWindowLayout(self):
       # メニューバーアクションの定義
       exitAction = QAction("&終了", self)
       exitAction.setShortcut("Ctrl+Q")
       exitAction.setStatusTip("ウィンドウを閉じる")
       exitAction.triggered.connect(qApp.quit)

       menubar = self.menuBar()
       fileMenu = menubar.addMenu("ファイル")
       fileMenu.addAction(exitAction)

       self.w = QWidget()

       # グラフを打つPlotCanvasクラスのインスタンスを生成
       self.m = PlotCanvas(self, width=5, height=4)

       # ボタンの作成
       self.plt_button = QPushButton("グラフを打つ", self)
       self.plt_button.clicked.connect(self.m.plot)
       self.del_button = QPushButton("グラフを消す", self)
       self.del_button.clicked.connect(self.m.clear)

       # GridLayoutの使用
       main_layout = QGridLayout()

       # GridLayoutの配置を指定
       main_layout.addWidget(self.m, 0, 0, 5, 4)
       main_layout.addWidget(self.plt_button, 0, 11, 1, 1)
       main_layout.addWidget(self.del_button, 0, 11, 2, 1)

       # タイマイベントの指定
       timer = QTimer(self)
       timer.timeout.connect(self.getDateTime)
       timer.start(1000)

       self.w.setLayout(main_layout)
       self.setCentralWidget(self.w)


   def getDateTime(self):
       dt = datetime.datetime.today()
       dt_str = dt.strftime("%Y年%m月%d日 %H時%M分%S秒")
       self.statusBar().showMessage("日時" + " " + dt_str)


# グラフを描画するクラス
class PlotCanvas(FigureCanvas):

    def __init__(self, parent=None, width=5, height=4, dpi=100):
        self.fig = Figure(figsize=(width, height), dpi=dpi)
        self.axes = self.fig.add_subplot(111)

        super(PlotCanvas, self).__init__(self.fig)
        self.setParent(parent)

        FigureCanvas.setSizePolicy(self, QSizePolicy.Expanding, QSizePolicy.Expanding)
        FigureCanvas.updateGeometry(self)
        self.plot()


    def plot(self):
        self.axes.cla()
        self.data = [random.random() for i in range(25)]
        self.axes.plot(self.data, 'r-')
        self.axes.set_title("PyQt5 & Matplotlib Graph")
        self.draw()


    def clear(self):
        self.axes.cla()
        self.draw()


def main():
    app = QApplication(sys.argv)
    window = plotGraph()
    window.show()
    sys.exit(app.exec_())


if __name__ == '__main__':
    main()
</source>

上記のサンプルコードを実行すると、下図のような画面が表示される。

右側にあるボタンを押すと、それぞれグラフを再描画・削除する。
さらに、メニューバーからウィンドウを終了することができ、ステータスバーには時計が表示される。

このページでは記載は無いが、例えば、メニューから再描画・削除できるようにする、複数のグラフを表示する等も行うことができる。
また、上記のサンプルコードでは、グラフで使用するデータを乱数で生成しているが、CSVファイル等を読み込み、グラフを描画することもできる。

備考

実務上において、画面に何らかの描画領域を埋め込む場合は、
QGraphicsViewクラス、QGraphicsSceneクラス、QGraphicsItemクラスを組み合わせて使用することが多い。
つまり、このページで作成したような構造でなくても、画面に描画領域を埋め込むことができる。

PyQtには、数百を超えるクラスが存在しており、実現したい動作等、それぞれの要件に合わせて、より良い構成が存在する。