How do I plot in real-time in a while loop?

Я пытаюсь отобразить некоторые данные с камеры в режиме реального времени с помощью OpenCV. Однако построение графика в режиме реального времени (с использованием matplotlib), похоже, не работает.

Я выделил проблему в этом простом примере:

fig = plt.figure()
plt.axis([0, 1000, 0, 1])

i = 0
x = list()
y = list()

while i < 1000:
    temp_y = np.random.random()
    x.append(i)
    y.append(temp_y)
    plt.scatter(i, temp_y)
    i += 1
    plt.show()

Я бы ожидал, что в этом примере будет построено 1000 точек по отдельности. Что на самом деле происходит, так это то, что появляется окно с отображением первой точки (с этим все в порядке), затем ожидает завершения цикла, прежде чем он заполнит остальную часть графика.

Есть мысли, почему я не вижу точек, заполняемых по одной за раз?

Вот рабочая версия рассматриваемого кода (требуется как минимум версия Matplotlib 1.1.0 от 2011-11-14):

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

plt.axis([0, 10, 0, 1])

for i in range(10):
    y = np.random.random()
    plt.scatter(i, y)
    plt.pause(0.05)

plt.show()

Обратите внимание на вызов plt.pause(0.05), который одновременно извлекает новые данные и запускает цикл событий графического интерфейса пользователя (позволяя взаимодействовать с мышью).

Если вы заинтересованы в построении графиков в реальном времени, я бы порекомендовал заглянуть в API анимации matplotlib. В частности, использование blit для предотвращения перерисовки фона в каждом кадре может дать вам существенный прирост скорости (~ 10 раз):

#!/usr/bin/env python

import numpy as np
import time
import matplotlib
matplotlib.use('GTKAgg')
from matplotlib import pyplot as plt


def randomwalk(dims=(256, 256), n=20, sigma=5, alpha=0.95, seed=1):
    """ A simple random walk with memory """

    r, c = dims
    gen = np.random.RandomState(seed)
    pos = gen.rand(2, n) * ((r,), (c,))
    old_delta = gen.randn(2, n) * sigma

    while True:
        delta = (1. - alpha) * gen.randn(2, n) * sigma + alpha * old_delta
        pos += delta
        for ii in xrange(n):
            if not (0. <= pos[0, ii] < r):
                pos[0, ii] = abs(pos[0, ii] % r)
            if not (0. <= pos[1, ii] < c):
                pos[1, ii] = abs(pos[1, ii] % c)
        old_delta = delta
        yield pos


def run(niter=1000, doblit=True):
    """
    Display the simulation using matplotlib, optionally using blit for speed
    """

    fig, ax = plt.subplots(1, 1)
    ax.set_aspect('equal')
    ax.set_xlim(0, 255)
    ax.set_ylim(0, 255)
    ax.hold(True)
    rw = randomwalk()
    x, y = rw.next()

    plt.show(False)
    plt.draw()

    if doblit:
        # cache the background
        background = fig.canvas.copy_from_bbox(ax.bbox)

    points = ax.plot(x, y, 'o')[0]
    tic = time.time()

    for ii in xrange(niter):

        # update the xy data
        x, y = rw.next()
        points.set_data(x, y)

        if doblit:
            # restore background
            fig.canvas.restore_region(background)

            # redraw just the points
            ax.draw_artist(points)

            # fill in the axes rectangle
            fig.canvas.blit(ax.bbox)

        else:
            # redraw everything
            fig.canvas.draw()

    plt.close(fig)
    print "Blit = %s, average FPS: %.2f" % (
        str(doblit), niter / (time.time() - tic))

if __name__ == '__main__':
    run(doblit=False)
    run(doblit=True)

Вывод:

Blit = False, average FPS: 54.37
Blit = True, average FPS: 438.27

Я знаю, что немного опоздал с ответом на этот вопрос. Тем не менее, некоторое время назад я создал некоторый код для построения графиков в реальном времени, которым я хотел бы поделиться:

Код для PyQt4:

###################################################################
#                                                                 #
#                    PLOT A LIVE GRAPH (PyQt4)                    #
#                  -----------------------------                  #
#            EMBED A MATPLOTLIB ANIMATION INSIDE YOUR             #
#            OWN GUI!                                             #
#                                                                 #
###################################################################


import sys
import os
from PyQt4 import QtGui
from PyQt4 import QtCore
import functools
import numpy as np
import random as rd
import matplotlib
matplotlib.use("Qt4Agg")
from matplotlib.figure import Figure
from matplotlib.animation import TimedAnimation
from matplotlib.lines import Line2D
from matplotlib.backends.backend_qt4agg import FigureCanvasQTAgg as FigureCanvas
import time
import threading


def setCustomSize(x, width, height):
    sizePolicy = QtGui.QSizePolicy(QtGui.QSizePolicy.Fixed, QtGui.QSizePolicy.Fixed)
    sizePolicy.setHorizontalStretch(0)
    sizePolicy.setVerticalStretch(0)
    sizePolicy.setHeightForWidth(x.sizePolicy().hasHeightForWidth())
    x.setSizePolicy(sizePolicy)
    x.setMinimumSize(QtCore.QSize(width, height))
    x.setMaximumSize(QtCore.QSize(width, height))

''''''

class CustomMainWindow(QtGui.QMainWindow):

    def __init__(self):

        super(CustomMainWindow, self).__init__()

        # Define the geometry of the main window
        self.setGeometry(300, 300, 800, 400)
        self.setWindowTitle("my first window")

        # Create FRAME_A
        self.FRAME_A = QtGui.QFrame(self)
        self.FRAME_A.setStyleSheet("QWidget { background-color: %s }" % QtGui.QColor(210,210,235,255).name())
        self.LAYOUT_A = QtGui.QGridLayout()
        self.FRAME_A.setLayout(self.LAYOUT_A)
        self.setCentralWidget(self.FRAME_A)

        # Place the zoom button
        self.zoomBtn = QtGui.QPushButton(text = 'zoom')
        setCustomSize(self.zoomBtn, 100, 50)
        self.zoomBtn.clicked.connect(self.zoomBtnAction)
        self.LAYOUT_A.addWidget(self.zoomBtn, *(0,0))

        # Place the matplotlib figure
        self.myFig = CustomFigCanvas()
        self.LAYOUT_A.addWidget(self.myFig, *(0,1))

        # Add the callbackfunc to ..
        myDataLoop = threading.Thread(name = 'myDataLoop', target = dataSendLoop, daemon = True, args = (self.addData_callbackFunc,))
        myDataLoop.start()

        self.show()

    ''''''


    def zoomBtnAction(self):
        print("zoom in")
        self.myFig.zoomIn(5)

    ''''''

    def addData_callbackFunc(self, value):
        # print("Add data: " + str(value))
        self.myFig.addData(value)



''' End Class '''


class CustomFigCanvas(FigureCanvas, TimedAnimation):

    def __init__(self):

        self.addedData = []
        print(matplotlib.__version__)

        # The data
        self.xlim = 200
        self.n = np.linspace(0, self.xlim - 1, self.xlim)
        a = []
        b = []
        a.append(2.0)
        a.append(4.0)
        a.append(2.0)
        b.append(4.0)
        b.append(3.0)
        b.append(4.0)
        self.y = (self.n * 0.0) + 50

        # The window
        self.fig = Figure(figsize=(5,5), dpi=100)
        self.ax1 = self.fig.add_subplot(111)


        # self.ax1 settings
        self.ax1.set_xlabel('time')
        self.ax1.set_ylabel('raw data')
        self.line1 = Line2D([], [], color='blue')
        self.line1_tail = Line2D([], [], color='red', linewidth=2)
        self.line1_head = Line2D([], [], color='red', marker='o', markeredgecolor='r')
        self.ax1.add_line(self.line1)
        self.ax1.add_line(self.line1_tail)
        self.ax1.add_line(self.line1_head)
        self.ax1.set_xlim(0, self.xlim - 1)
        self.ax1.set_ylim(0, 100)


        FigureCanvas.__init__(self, self.fig)
        TimedAnimation.__init__(self, self.fig, interval = 50, blit = True)

    def new_frame_seq(self):
        return iter(range(self.n.size))

    def _init_draw(self):
        lines = [self.line1, self.line1_tail, self.line1_head]
        for l in lines:
            l.set_data([], [])

    def addData(self, value):
        self.addedData.append(value)

    def zoomIn(self, value):
        bottom = self.ax1.get_ylim()[0]
        top = self.ax1.get_ylim()[1]
        bottom += value
        top -= value
        self.ax1.set_ylim(bottom,top)
        self.draw()


    def _step(self, *args):
        # Extends the _step() method for the TimedAnimation class.
        try:
            TimedAnimation._step(self, *args)
        except Exception as e:
            self.abc += 1
            print(str(self.abc))
            TimedAnimation._stop(self)
            pass

    def _draw_frame(self, framedata):
        margin = 2
        while(len(self.addedData) > 0):
            self.y = np.roll(self.y, -1)
            self.y[-1] = self.addedData[0]
            del(self.addedData[0])


        self.line1.set_data(self.n[ 0 : self.n.size - margin ], self.y[ 0 : self.n.size - margin ])
        self.line1_tail.set_data(np.append(self.n[-10:-1 - margin], self.n[-1 - margin]), np.append(self.y[-10:-1 - margin], self.y[-1 - margin]))
        self.line1_head.set_data(self.n[-1 - margin], self.y[-1 - margin])
        self._drawn_artists = [self.line1, self.line1_tail, self.line1_head]

''' End Class '''

# You need to setup a signal slot mechanism, to 
# send data to your GUI in a thread-safe way.
# Believe me, if you don't do this right, things
# go very very wrong..
class Communicate(QtCore.QObject):
    data_signal = QtCore.pyqtSignal(float)

''' End Class '''


def dataSendLoop(addData_callbackFunc):
    # Setup the signal-slot mechanism.
    mySrc = Communicate()
    mySrc.data_signal.connect(addData_callbackFunc)

    # Simulate some data
    n = np.linspace(0, 499, 500)
    y = 50 + 25*(np.sin(n / 8.3)) + 10*(np.sin(n / 7.5)) - 5*(np.sin(n / 1.5))
    i = 0

    while(True):
        if(i > 499):
            i = 0
        time.sleep(0.1)
        mySrc.data_signal.emit(y[i]) # <- Here you emit a signal!
        i += 1
    ###
###


if __name__== '__main__':
    app = QtGui.QApplication(sys.argv)
    QtGui.QApplication.setStyle(QtGui.QStyleFactory.create('Plastique'))
    myGUI = CustomMainWindow()
    sys.exit(app.exec_())

''''''

 

I recently rewrote the code for PyQt5.

Code for PyQt5:

###################################################################
#                                                                 #
#                    PLOT A LIVE GRAPH (PyQt5)                    #
#                  -----------------------------                  #
#            EMBED A MATPLOTLIB ANIMATION INSIDE YOUR             #
#            OWN GUI!                                             #
#                                                                 #
###################################################################

import sys
import os
from PyQt5.QtWidgets import *
from PyQt5.QtCore import *
from PyQt5.QtGui import *
import functools
import numpy as np
import random as rd
import matplotlib
matplotlib.use("Qt5Agg")
from matplotlib.figure import Figure
from matplotlib.animation import TimedAnimation
from matplotlib.lines import Line2D
from matplotlib.backends.backend_qt5agg import FigureCanvasQTAgg as FigureCanvas
import time
import threading

class CustomMainWindow(QMainWindow):
    def __init__(self):
        super(CustomMainWindow, self).__init__()
        # Define the geometry of the main window
        self.setGeometry(300, 300, 800, 400)
        self.setWindowTitle("my first window")
        # Create FRAME_A
        self.FRAME_A = QFrame(self)
        self.FRAME_A.setStyleSheet("QWidget { background-color: %s }" % QColor(210,210,235,255).name())
        self.LAYOUT_A = QGridLayout()
        self.FRAME_A.setLayout(self.LAYOUT_A)
        self.setCentralWidget(self.FRAME_A)
        # Place the zoom button
        self.zoomBtn = QPushButton(text = 'zoom')
        self.zoomBtn.setFixedSize(100, 50)
        self.zoomBtn.clicked.connect(self.zoomBtnAction)
        self.LAYOUT_A.addWidget(self.zoomBtn, *(0,0))
        # Place the matplotlib figure
        self.myFig = CustomFigCanvas()
        self.LAYOUT_A.addWidget(self.myFig, *(0,1))
        # Add the callbackfunc to ..
        myDataLoop = threading.Thread(name = 'myDataLoop', target = dataSendLoop, daemon = True, args = (self.addData_callbackFunc,))
        myDataLoop.start()
        self.show()
        return

    def zoomBtnAction(self):
        print("zoom in")
        self.myFig.zoomIn(5)
        return

    def addData_callbackFunc(self, value):
        # print("Add data: " + str(value))
        self.myFig.addData(value)
        return

''' End Class '''


class CustomFigCanvas(FigureCanvas, TimedAnimation):
    def __init__(self):
        self.addedData = []
        print(matplotlib.__version__)
        # The data
        self.xlim = 200
        self.n = np.linspace(0, self.xlim - 1, self.xlim)
        a = []
        b = []
        a.append(2.0)
        a.append(4.0)
        a.append(2.0)
        b.append(4.0)
        b.append(3.0)
        b.append(4.0)
        self.y = (self.n * 0.0) + 50
        # The window
        self.fig = Figure(figsize=(5,5), dpi=100)
        self.ax1 = self.fig.add_subplot(111)
        # self.ax1 settings
        self.ax1.set_xlabel('time')
        self.ax1.set_ylabel('raw data')
        self.line1 = Line2D([], [], color='blue')
        self.line1_tail = Line2D([], [], color='red', linewidth=2)
        self.line1_head = Line2D([], [], color='red', marker='o', markeredgecolor='r')
        self.ax1.add_line(self.line1)
        self.ax1.add_line(self.line1_tail)
        self.ax1.add_line(self.line1_head)
        self.ax1.set_xlim(0, self.xlim - 1)
        self.ax1.set_ylim(0, 100)
        FigureCanvas.__init__(self, self.fig)
        TimedAnimation.__init__(self, self.fig, interval = 50, blit = True)
        return

    def new_frame_seq(self):
        return iter(range(self.n.size))

    def _init_draw(self):
        lines = [self.line1, self.line1_tail, self.line1_head]
        for l in lines:
            l.set_data([], [])
        return

    def addData(self, value):
        self.addedData.append(value)
        return

    def zoomIn(self, value):
        bottom = self.ax1.get_ylim()[0]
        top = self.ax1.get_ylim()[1]
        bottom += value
        top -= value
        self.ax1.set_ylim(bottom,top)
        self.draw()
        return

    def _step(self, *args):
        # Extends the _step() method for the TimedAnimation class.
        try:
            TimedAnimation._step(self, *args)
        except Exception as e:
            self.abc += 1
            print(str(self.abc))
            TimedAnimation._stop(self)
            pass
        return

    def _draw_frame(self, framedata):
        margin = 2
        while(len(self.addedData) > 0):
            self.y = np.roll(self.y, -1)
            self.y[-1] = self.addedData[0]
            del(self.addedData[0])

        self.line1.set_data(self.n[ 0 : self.n.size - margin ], self.y[ 0 : self.n.size - margin ])
        self.line1_tail.set_data(np.append(self.n[-10:-1 - margin], self.n[-1 - margin]), np.append(self.y[-10:-1 - margin], self.y[-1 - margin]))
        self.line1_head.set_data(self.n[-1 - margin], self.y[-1 - margin])
        self._drawn_artists = [self.line1, self.line1_tail, self.line1_head]
        return

''' End Class '''


# You need to setup a signal slot mechanism, to
# send data to your GUI in a thread-safe way.
# Believe me, if you don't do this right, things
# go very very wrong..
class Communicate(QObject):
    data_signal = pyqtSignal(float)

''' End Class '''



def dataSendLoop(addData_callbackFunc):
    # Setup the signal-slot mechanism.
    mySrc = Communicate()
    mySrc.data_signal.connect(addData_callbackFunc)

    # Simulate some data
    n = np.linspace(0, 499, 500)
    y = 50 + 25*(np.sin(n / 8.3)) + 10*(np.sin(n / 7.5)) - 5*(np.sin(n / 1.5))
    i = 0

    while(True):
        if(i > 499):
            i = 0
        time.sleep(0.1)
        mySrc.data_signal.emit(y[i]) # <- Here you emit a signal!
        i += 1
    ###
###

if __name__== '__main__':
    app = QApplication(sys.argv)
    QApplication.setStyle(QStyleFactory.create('Plastique'))
    myGUI = CustomMainWindow()
    sys.exit(app.exec_())

Просто попробуйте. Скопируйте-вставьте этот код в новый python-файл и запустите его. Вы должны получить красивый, плавно движущийся график:

Верхние (и многие другие) ответы были основаны на plt.pause(), но это был старый способ анимации графика в matplotlib. Это не только медленно, но и отвлекает внимание при каждом обновлении (мне было трудно остановить процесс построения графика на python).

TL; DR: возможно, вы захотите использовать matplotlib.animation (как указано в документации).

После изучения различных ответов и фрагментов кода это фактически оказалось для меня плавным способом бесконечного рисования входящих данных.

Вот мой код для быстрого начала. Он отображает текущее время со случайным числом в [0, 100) бесконечно каждые 200 мс, а также обрабатывает автоматическое изменение масштаба представления:

from datetime import datetime
from matplotlib import pyplot
from matplotlib.animation import FuncAnimation
from random import randrange

x_data, y_data = [], []

figure = pyplot.figure()
line, = pyplot.plot_date(x_data, y_data, '-')

def update(frame):
    x_data.append(datetime.now())
    y_data.append(randrange(0, 100))
    line.set_data(x_data, y_data)
    figure.gca().relim()
    figure.gca().autoscale_view()
    return line,

animation = FuncAnimation(figure, update, interval=200)

pyplot.show()

Вы также можете изучить, blit для еще большей производительности как в документации FuncAnimation.

Пример из blit документации:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.animation import FuncAnimation

fig, ax = plt.subplots()
xdata, ydata = [], []
ln, = plt.plot([], [], 'ro')

def init():
    ax.set_xlim(0, 2*np.pi)
    ax.set_ylim(-1, 1)
    return ln,

def update(frame):
    xdata.append(frame)
    ydata.append(np.sin(frame))
    ln.set_data(xdata, ydata)
    return ln,

ani = FuncAnimation(fig, update, frames=np.linspace(0, 2*np.pi, 128),
                    init_func=init, blit=True)
plt.show()