代码收藏家 Matplotlib系列(八)：嵌入Python Qt界面
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一、 简介
matplotlib可以很容易嵌入PyQt、GTK、Tk、wxPython以及Web中。这里只介绍嵌入PyQt(PySide)。
Matplotlib系列将Matplotlib的知识和重点API，编制成思维导图和重点笔记形式，方便记忆和回顾，也方便应用时参考，初学者也可以参考逐步深入学习。
二、 思维导图
三、 Matplotlib嵌入PyQt界面
1. Matplotlib嵌入GUI基本方法
matplotlib嵌入GUI时，首先需要确定界面渲染引擎，并导入渲染引擎对应的画布
以Qt(PyQt或PySide)为例：
import matplotlib
matplotlib.use('QtAgg') #指定渲染后端。QtAgg后端指用Agg二维图形库在Qt控件上绘图。
from matplotlib.backends.backend_qtagg import FigureCanvas
#使用matplotlib中的FigureCanvas(继承自QtWidgets.QWidget)绘制图形可以嵌入QT GUI
创建FigureCanvas时需要传入一个figure作为参数用于绘图：
canvas=FigureCanvas(figure)
2. matplotlib界面渲染引擎
matplotlib显示图形实际上通过第三方库作为后端实现的，即调用后端的接口渲染图形。
matplotlib有多种后端，并且很多后端还有多种可选的UI引擎：
2.1 可用的渲染引擎后端
可用的后端简介如下（后端名称不区分大小写）
以上后端名称都可以用于matplotlib.use函数
2.2.渲染引擎后端设置
有三种设置后端引擎的方法：
matplotlib.use('agg')rcParams["backend"] = 'agg'MPLBACKEND环境变量默认后端为’agg’。后端名称字符串不分大小写。
对于qt。QtAgg和QtCairo后端同时支持Qt5和Qt6。Qt5Agg同时支持PyQt5和Pyside2。
那么matplotlib会使用pyqt还是pyside作为引擎呢？
QT_API环境变量确定。
QT_API环境变量可以设置为PyQt6,PySide6,PyQt5,PySide2,PyQt4或PyQt4v2。不分大小写QT_API环境变量的后端不存在，则自动尝试导入
3. 可嵌入GUI的画布
2.3.1 画布及backend模块
Matplotlib还将后端渲染器（renderer）和画布（canvas）分离开来，以实现更灵活的定制功能。画布就是一个GUI的控件，可以直接嵌入GUI中。
在Matplotlib安装目录的“backends”子目录里是这些后端的模块文件，例如有
2.3.2 qt创建画布的方法
推荐做法：
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.backends.backend_qtagg import FigureCanvas #FigureCanvas是FigureCanvasQTAgg的别名。
fig = plt.figure()
cav = FigureCanvas(fig) #创建matplotlib画布
from matplotlib.backends.backend_qt5agg import FigureCanvas实际上和上边代码效果一样，同样能用于qt6。只是为了兼容旧API。
FigureCanvas类继承自QWidget，所以，FigureCanvas就是个Widget组件，可以直接嵌入GUI窗体上。
基于qt的后端还有backend_qtcairo、backend_qt5agg、backend_qt、backend_agg。通常建议使用backend_qtagg
backend_qtcairo需要安装pycairo或cairocffi backend_qt5agg实际上就是从backend_qtagg导入的，和backend_qtagg完全相同，并非针对qt5的，主要为了兼容老版本 backend_qtagg同时继承了backend_qt和backend_agg。单独使用backend_qt和backend_agg会有很多功能缺失，甚至不能绘图，需要自行写很多代码
3. Matplotlib嵌入Qt
3.1 Matplotlib嵌入Qt GUI示例
import sys
import numpy as np
from qtpy.QtWidgets import QApplication #qtpy会以PyQt5,PyQt6,PySide2,PySide6的顺序依次尝试import。
from matplotlib.backends.backend_qtagg import FigureCanvas
import matplotlib.pyplot as plt
app=QApplication(sys.argv) #创建QApplication
fig = plt.figure() #创建figure
ax = fig.subplots()
t = np.linspace(0,np.pi,50)
ax.plot(t,np.sin(t)) #画曲线（在窗口显示之后画也可以）
win=FigureCanvas(fig) #创建画布控件
win.show() #画布控件作为窗口显示
sys.exit(app.exec()) #启动App事件循环
注意，示例中并没有使用matplotlib.use指定qt绑定库版本。因为我们从backend_qtagg导入了FigureCanvas，所以matplotlib自动将后端设置为qtagg，所以不需要再重复设置了。
一般情况下，matplotlib嵌入GUI的时候都不需要再调用matplotlib.use。
在不需要嵌入GUI，安装了多个GUI库，又想指定后端的时候可以显示调用matplotlib.use。
qtpy是一个把PyQt和PySide多个版本api抽象为统一接口的小型库。
qtpy导入Python Qt绑定库的规则为：如果已经导入了PyQt6,PyQt5,PySide6或PySide2则直接使用。 如果FORCE_QT_API环境变量为True，则优先用 QT_API环境变量确定。如果没有已经导入的库，则从 QT_API环境变量确定。环境变量可以是PyQt6,PyQt5,PySide6或PySide2（不区分大小写）。 如果环境变量指定的库没有安装则出错。 如果没有没有设置环境变量，则以PyQt5,PyQt6,PySide2,PySide6的顺序依次尝试import。
使用from matplotlib.backends.compat import QtWidgets能达到from qtpy import QtWidgets类似的效果。
3.2 Matplotlib画布工具栏
每个backend后端都定义了一个NavigationToolbar类，可以用于显示matplotlib图形的工具栏。
from matplotlib.backends.backend_qtagg import NavigationToolbar2QT as NavigationToolbar
...
toolbar=NavigationToolbar(figurecanvas, parent)
...
从matplotlib.backends.backend_qtagg模块中导入了NavigationToolbar2QT类，并重命名为NavigationToolbar。
NavigationToolbar也是一个QWidget控件，可以直接嵌入GUI窗体上。
import sys
import numpy as np
from qtpy.QtWidgets import QApplication, QWidget, QVBoxLayout
from matplotlib.backends.backend_qtagg import FigureCanvas, NavigationToolbar2QT as NavigationToolbar
import matplotlib.pyplot as plt
class MainWin(QWidget):
def __init__(self):
super().__init__()
self.setWindowTitle("matplotlib embeded in Python Qt with figure toolbar")
self.initUI()
self.plotfig()
def initUI(self):
self.fig = plt.figure() #创建figure对象
self.canvas=FigureCanvas(self.fig) #创建figure画布
self.figtoolbar=NavigationToolbar(self.canvas, self) #创建figure工具栏
vlayout=QVBoxLayout()
vlayout.addWidget(self.canvas) #画布添加到窗口布局中
vlayout.addWidget(self.figtoolbar) #工具栏添加到窗口布局中
self.setLayout(vlayout)
def plotfig(self): #绘制matplot图形
ax = self.fig.subplots()
t = np.linspace(0,2*np.pi,50)
ax.plot(t,np.sin(t))
ax.autoscale_view()
app=QApplication(sys.argv)
win = MainWin()
win.show()
sys.exit(app.exec())
4 Matplotlib与GUI互动操作
应用程序与嵌入GUI的matplotlib图形交互实际上就是对Figure、FigureCanvas和NavigationToolbar进行操作。除了绘图函数外，比较有用的函数汇总如下：
5 Matplotlib嵌入Qt实例
import sys
import numpy as np
from qtpy.QtWidgets import QApplication, QMainWindow, QWidget, QVBoxLayout, QHBoxLayout,QPushButton
from matplotlib.backends.backend_qtagg import FigureCanvas, NavigationToolbar2QT as NavigationToolbar
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.animation import FuncAnimation
class MainWin(QMainWindow):
def __init__(self):
super().__init__()
self.setWindowTitle("matplotlib embeded in Python Qt")
self.initUI()
self.plotfig()
def initUI(self):
self.fig = plt.figure()
self.canvas=FigureCanvas(self.fig)
self.figtoolbar=NavigationToolbar(self.canvas, self)
self.btn_start=QPushButton("start")
self.btn_pause=QPushButton("pause")
hlayout=QHBoxLayout()
hlayout.addStretch(1)
hlayout.addWidget(self.btn_start)
hlayout.addWidget(self.btn_pause)
hlayout.addStretch(1)
vlayout=QVBoxLayout()
vlayout.addWidget(self.figtoolbar)
vlayout.addWidget(self.canvas)
vlayout.addLayout(hlayout)
widget=QWidget()
widget.setLayout(vlayout)
self.setCentralWidget(widget)
def plotfig(self):
ax = self.fig.subplots()
self.t = np.linspace(0,2*np.pi,50)
self.lines=ax.plot(np.sin(self.t))
ax.autoscale_view()
def aniupdate(i):
t=self.t+2*np.pi*i/50
self.lines[0].set_ydata(np.sin(t))
return self.lines
self.ani=FuncAnimation(self.fig, aniupdate, interval=100)
self.btn_start.clicked.connect(self.ani.resume)
self.btn_pause.clicked.connect(self.ani.pause)
app=QApplication(sys.argv)
win = MainWin()
win.show()
sys.exit(app.exec())
参考文章
个人总结，部分内容进行了简单的处理和归纳，如有谬误，希望大家指出，持续修订更新中。
修订历史版本见：https://github.com/hustlei/AI_Learning_MindMap
未经允许请勿转载。
来源：hustlei
