はじめに
以前の記事でmatplotlibでライフゲームを作成してみたりしました。
その際は初期値はランダムでアニメーションを作るだけでした。
今回は前回紹介したボタン等を使って初期値をユーザーが自由に作れるように改造してGUIアプリっぽいものを作成したいと思います。
matplotlibのみで作っていきます。
実装
準備
グラフやボタンの配置を行います。
# モジュールのインポート import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import matplotlib.widgets as wg def btn_click(event): global now_processing if now_processing: now_processing = 0 btn.label.set_text('Start') plt.draw() return else: now_processing = 1 btn.label.set_text('Stop') plt.draw() return board = np.random.randint(0, 2, (25, 25)) now_processing = 0 fig, ax = plt.subplots(2, 1, gridspec_kw=dict(width_ratios=[1], height_ratios=[8, 1])) img = ax[0].imshow(board, vmin=0, vmax=1) line1 = ax[0].hlines(y=np.arange(0, 25)+0.5, xmin=np.full(25, 0)-0.5, xmax=np.full(25, 25)-0.5, color="black", linewidth=1) line2 = ax[0].vlines(x=np.arange(0, 25)+0.5, ymin=np.full(25, 0)-0.5, ymax=np.full(25, 25)-0.5, color="black", linewidth=1) btn = wg.Button(ax[1], 'Start', color='#f8e58c', hovercolor='#f8b500') btn.on_clicked(btn_click) plt.show()
アプリの仕様
以下のような動作をするアプリを作成します
- スタートボタンを押すとライフゲームの世代を進める
- ストップボタンを押すとその時の世代で固定
- 世代が固定されているときは、盤面の任意のセルを押すとそのセルの生死を入れ替える
それでは順番に実装していきましょう
ボタンでライフゲームの実行、停止を操作する
ライフゲームの実装は以前やったので割愛します。
過去記事を参照ください。
ボタンでの動作の実装は下記のようにします。
- 各セルの現在の状態はグローバル変数boardに格納
- ボタンの状態にかかわらずアニメーションで一定時間ごとに現在のboardを表示
- ボタンを一回押すごとにグローバル変数のnow_processingを0, 1でトグルさせる
- アニメーション更新タイミングで、now_processing=1ならライフゲームのルールにのっとりboardを1世代進めて表示
- アニメーション更新タイミングで、now_processing=0ならboardをそのまま表示
# モジュールのインポート import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import matplotlib.widgets as wg from matplotlib.animation import FuncAnimation def btn_click(event): global now_processing if now_processing: now_processing = 0 btn.label.set_text('Start') plt.draw() return else: now_processing = 1 btn.label.set_text('Stop') plt.draw() return def count_cell(i, j): '''i列j行目のセルの周りの生きたセルの数をカウントする関数 入力: i, j: int 対象セルの番地 出力: cnt: int 対象セルの周りの生きたセルの数 ''' cnt = 0 for ii, jj in area: indh = i + ii indw = j + jj if indh < 0 or indh >= board.shape[0]: continue elif indw < 0 or indw >= board.shape[1]: continue else: if board[indh, indw]: cnt += 1 else: continue return cnt def evaluate(cnt, now): '''セルの周りの生きているセルの数をもとに、次世代での状態を決定する関数 入力: cnt: int 対象セルの周りの生きているセルの数 now: int 対象セルの現世代での状態 出力: new: int 対象セルの次世代での状態 ''' new = 0 if now: if cnt == 2 or cnt == 3: new = 1 else: if cnt == 3: new = 1 return new def update(): '''盤面の世代を更新する関数 ''' global board new_board = np.zeros(board.shape) for i in range(board.shape[0]): for j in range(board.shape[1]): now = board[i, j] cnt = count_cell(i, j) new = evaluate(cnt, now) new_board[i, j] = new board = new_board return # グラフ更新関数 def update_anim(dt): global board if now_processing: update() img.set_data(board) return img, line1, line2, board = np.random.randint(0, 2, (25, 25)) area = [(-1, -1), (-1, 0), (-1, 1), (0, -1), (0, 1), (1, -1), (1, 0), (1, 1)] now_processing = 0 fig, ax = plt.subplots(2, 1, gridspec_kw=dict(width_ratios=[1], height_ratios=[8, 1])) img = ax[0].imshow(board, vmin=0, vmax=1) line1 = ax[0].hlines(y=np.arange(0, 25)+0.5, xmin=np.full(25, 0)-0.5, xmax=np.full(25, 25)-0.5, color="black", linewidth=1) line2 = ax[0].vlines(x=np.arange(0, 25)+0.5, ymin=np.full(25, 0)-0.5, ymax=np.full(25, 25)-0.5, color="black", linewidth=1) btn = wg.Button(ax[1], 'Start', color='#f8e58c', hovercolor='#f8b500') btn.on_clicked(btn_click) ani = FuncAnimation(fig, update_anim, interval=50, blit=True) plt.show()
実行結果は下記のとおりです。
初期値をユーザーに入力させる
最後にユーザが自由にセルの状態を書き換えられるようにしたいと思います。
以下の関数をグラフに紐づけるだけです。
def onclick_graph(event): global board, now_processing if event.xdata and event.ydata and now_processing == 0 and event.inaxes == ax[0]: x = int(event.xdata + 0.5) y = int(event.ydata + 0.5) if board[y, x] == 0: board[y, x] = 1 else: board[y, x] = 0 img.set_data(board) plt.draw() else: return # figureとクリックイベントを紐づけ fig.canvas.mpl_connect('button_press_event', onclick_graph)
実行結果はこちら。
全コード
最後に全コードを載せておきます。
# モジュールのインポート import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import matplotlib.widgets as wg from matplotlib.animation import FuncAnimation def btn_click(event): global now_processing if now_processing: now_processing = 0 btn.label.set_text('Start') plt.draw() return else: now_processing = 1 btn.label.set_text('Stop') plt.draw() return def onclick_graph(event): global board, now_processing if event.xdata and event.ydata and now_processing == 0 and event.inaxes == ax[0]: x = int(event.xdata + 0.5) y = int(event.ydata + 0.5) if board[y, x] == 0: board[y, x] = 1 else: board[y, x] = 0 img.set_data(board) plt.draw() else: return def count_cell(i, j): '''i列j行目のセルの周りの生きたセルの数をカウントする関数 入力: i, j: int 対象セルの番地 出力: cnt: int 対象セルの周りの生きたセルの数 ''' cnt = 0 for ii, jj in area: indh = i + ii indw = j + jj if indh < 0 or indh >= board.shape[0]: continue elif indw < 0 or indw >= board.shape[1]: continue else: if board[indh, indw]: cnt += 1 else: continue return cnt def evaluate(cnt, now): '''セルの周りの生きているセルの数をもとに、次世代での状態を決定する関数 入力: cnt: int 対象セルの周りの生きているセルの数 now: int 対象セルの現世代での状態 出力: new: int 対象セルの次世代での状態 ''' new = 0 if now: if cnt == 2 or cnt == 3: new = 1 else: if cnt == 3: new = 1 return new def update(): '''盤面の世代を更新する関数 ''' global board new_board = np.zeros(board.shape) for i in range(board.shape[0]): for j in range(board.shape[1]): now = board[i, j] cnt = count_cell(i, j) new = evaluate(cnt, now) new_board[i, j] = new board = new_board return # グラフ更新関数 def update_anim(dt): global board if now_processing: update() img.set_data(board) return img, line1, line2, board = np.zeros((25, 25)) board = np.random.randint(0, 2, (25, 25)) area = [(-1, -1), (-1, 0), (-1, 1), (0, -1), (0, 1), (1, -1), (1, 0), (1, 1)] now_processing = 0 fig, ax = plt.subplots(2, 1, gridspec_kw=dict(width_ratios=[1], height_ratios=[8, 1])) img = ax[0].imshow(board, vmin=0, vmax=1) line1 = ax[0].hlines(y=np.arange(0, 25)+0.5, xmin=np.full(25, 0)-0.5, xmax=np.full(25, 25)-0.5, color="black", linewidth=1) line2 = ax[0].vlines(x=np.arange(0, 25)+0.5, ymin=np.full(25, 0)-0.5, ymax=np.full(25, 25)-0.5, color="black", linewidth=1) btn = wg.Button(ax[1], 'Start', color='#f8e58c', hovercolor='#f8b500') btn.on_clicked(btn_click) fig.canvas.mpl_connect('button_press_event', onclick_graph) ani = FuncAnimation(fig, update_anim, interval=50, blit=True) plt.show()
おわりに
matplotlibでも割と簡単にボタンとか作成できますので(配置はめんどくさいですが)、グラフ操作する程度の簡単なアプリであればmatplotlibだけでも十分かとおもいます。
リンク
