2D箭头图 - matplotlib和MATLAB输出不匹配

Question

我正在尝试创建一个matplotlib脚本，该脚本将打印由MATLAB脚本生成的相当相同的箭头图。

抱歉，我无法发布图片，因为我没有足够的权限，但基本上我的python脚本给了我完全不同的情节（完全错误的向量方向）。

我在运行时期间比较了MATLAB和python之间的数据。 X，Y，Z相同，但 gradient 未正确计算，即python中的U与MATLAB中的DX不同。 为什么会这样？

MATLAB

%2D quiver
[X,Y] = meshgrid(-2:.2:2);
Z = X.*exp(-X.^2 - Y.^2);
[DX,DY] = gradient(Z,.2,.2);
contour(X,Y,Z)
hold on
quiver(X,Y,DX,DY)
%colormap hsv
grid off
hold off

的Python

from pylab import *
from numpy import ma
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

X,Y = np.meshgrid( np.linspace(-2,2,21),np.linspace(-2,2,21))
Z=X*np.exp(-X*X-Y*Y)

[U,V]=gradient(Z,.2,.2)

print U

figure()
Q = quiver(X,Y,U,V)
show()

Answer 1

简而言之：您正在对numpy.gradient进行处理，就像它使用“列”，“行”索引一样。当您期待dy, dx时，它会返回dx, dy。

首先，除非您以交互方式使用它，否则执行from pylab import * 非常非常糟糕。命名空间是你的朋友。

考虑到这一点，您当前的示例如下：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x, y = np.meshgrid(np.linspace(-2,2,21), np.linspace(-2,2,21))
z = x * np.exp(-x**2 - y**2)

u, v = np.gradient(z, .2, .2)

fig, ax = plt.subplots()
ax.quiver(x, y, u, v)
plt.show()

这会产生箭头指向错误方向的结果：

如果我们交换周围的东西，我们会得到正确的结果：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x, y = np.meshgrid(np.linspace(-2,2,21), np.linspace(-2,2,21))
z = x * np.exp(-x**2 - y**2)

v, u = np.gradient(z, .2, .2)

fig, ax = plt.subplots()
ax.quiver(x, y, u, v)
plt.show()

您也可以考虑使用numpy.mgrid，因为它更短且一致性。对于2D情况，numpy.meshgrid默认交换周围的东西（返回x，y而不是y，x），这使得它的行为与其他所有内容不一致。 （np.meshgrid(..., indexing='ij')解决了这个问题，但默认行为有点令人困惑。）

举个例子：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

y, x = np.mgrid[-2:2:21j, -2:2:21j]
z = x * np.exp(-x**2 - y**2)

v, u = np.gradient(z, .2, .2)

fig, ax = plt.subplots()
ax.quiver(x, y, u, v)
plt.show()