Matplotlib图表的持久化：如何保存并重新加载可调整的图表

理解Matplotlib图表的保存需求

在使用matplotlib绘制图表时，我们通常会使用plt.savefig()将其保存为各种格式的图像文件，例如png、jpg、svg或pdf。其中，svg（可缩放矢量图形）和pdf等矢量格式因其无损缩放的特性而备受青睐。然而，用户在保存svg文件后，可能会发现使用默认图像查看器打开时，图表虽然可以放大缩小而不失真，但无法像在python环境中调用plt.show()时那样，通过拖动、缩放等方式交互式地调整坐标轴范围、图例位置等图表元素。这是因为svg文件仅仅是图表最终渲染结果的描述，而非matplotlib内部可操作的对象结构。

要实现“保存图表以便后续可以像show()一样拖动、调整大小”的功能，我们需要的不是一个简单的图像文件，而是一种能够捕获Matplotlib图表对象状态的方法，以便在未来可以重新加载并继续进行Python代码层面的交互。

使用pickle模块实现Matplotlib图表的持久化

Python的pickle模块提供了一种将Python对象序列化和反序列化的能力。这意味着我们可以将一个Python对象（包括复杂的Matplotlib图表对象）转换为字节流，然后保存到文件中。在需要的时候，再从文件中加载这些字节流，重建原始的Python对象。

对于Matplotlib图表而言，我们可以选择保存Axes对象（或更高级别的Figure对象），因为它们包含了图表的所有核心信息和可操作属性。

1. 保存Matplotlib Axes对象

首先，我们需要创建一个Matplotlib图表，并获取其Axes对象。然后，使用pickle.dump()函数将其序列化并写入文件。

import matplotlib.pyplot as plt
import pickle

# 示例数据
p = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
t = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

# 绘制图表
plt.plot(t, p)
ax = plt.gca() # 获取当前Axes对象

# 可以进行一些初步设置，这些设置也会被保存
ax.set_title("My Interactive Plot")
ax.set_xlabel("Time (s)")
ax.set_ylabel("Pressure (Pa)")

# 将Axes对象序列化并保存到文件
# 'wb' 模式表示以二进制写入方式打开文件
with open('interactive_plot_data.pkl', 'wb') as f:
    pickle.dump(ax, f)

print("Matplotlib Axes对象已保存到 'interactive_plot_data.pkl'")

# 注意：这里不调用plt.show()，因为我们只是为了保存对象
# 如果需要查看当前图表，可以添加 plt.show()
# plt.show()

执行上述代码后，会在当前目录下生成一个名为interactive_plot_data.pkl的文件。这个文件不是一个标准的图像文件（如.svg或.png），而是一个包含序列化Python对象的二进制文件。

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2. 加载并交互式显示Matplotlib Axes对象

在另一个Python脚本或不同的会话中，我们可以使用pickle.load()函数从文件中加载之前保存的Axes对象。加载后，这个对象就恢复了其原始状态，我们可以像创建它时一样对其进行操作和显示。

import matplotlib.pyplot as plt
import pickle

# 从文件加载序列化的Axes对象
# 'rb' 模式表示以二进制读取方式打开文件
with open('interactive_plot_data.pkl', 'rb') as f:
    loaded_ax = pickle.load(f)

print("Matplotlib Axes对象已从 'interactive_plot_data.pkl' 加载成功。")

# 重新显示图表。Matplotlib会自动处理将加载的Axes对象显示在一个新的Figure中
# 或者，如果您需要更精细的控制，可以创建一个新的Figure并将加载的Axes添加到其中
# 例如：
# fig, new_ax = plt.subplots()
# new_ax = loaded_ax # 这不是直接赋值，而是需要将加载的Axes的内容复制到新的Axes中
# 更简单的做法是直接调用 plt.show()，Matplotlib会尝试将加载的Axes显示出来
plt.show()

# 此时，图表会以交互式窗口显示，您可以像初始绘制时一样进行缩放、平移等操作。
# 您也可以在代码中继续修改加载的Axes对象，例如：
# loaded_ax.set_xlim(0, 5) # 调整X轴范围
# loaded_ax.set_ylim(0, 7) # 调整Y轴范围
# plt.draw() # 更新显示

当plt.show()被调用时，Matplotlib会启动一个交互式后端（如TkAgg、QtAgg等），将加载的Axes对象呈现在一个窗口中。在这个窗口中，用户可以利用Matplotlib提供的工具栏进行缩放、平移、保存等操作，这正是我们追求的“类似show()的交互体验”。

注意事项

1. pickle的安全性： pickle模块在反序列化时执行Python代码。因此，切勿从不受信任的源加载pickle文件，因为它可能包含恶意代码，导致任意代码执行。
2. Matplotlib版本兼容性： 尽管pickle可以保存Python对象，但如果保存和加载时使用的Matplotlib版本差异较大，可能会出现兼容性问题，导致加载失败或图表显示异常。建议在相同的Matplotlib版本下进行保存和加载操作。
3. 保存数据而非图表对象： 对于更健壮和灵活的解决方案，尤其是在版本兼容性要求高或需要跨语言交互的场景下，推荐的做法是只保存生成图表所需的数据（例如，使用CSV、JSON、HDF5等格式），然后在需要时重新运行Matplotlib代码来生成图表。这样可以避免pickle带来的安全和兼容性问题，并允许在加载数据后对图表进行完全自定义的修改。然而，这种方法需要重新执行绘图逻辑，不如pickle直接恢复对象方便。
4. 保存Figure对象： 类似地，您也可以选择保存Figure对象 (plt.gcf())，因为它包含了所有的Axes以及图表的整体设置。保存Figure对象可以更完整地保留整个图表布局。

总结

通过利用Python的pickle模块，我们可以将Matplotlib的Axes或Figure对象序列化保存到文件中，并在需要时重新加载，从而在交互式环境中继续操作和调整图表。这为需要保存图表状态以便后续精细调整的场景提供了一个有效的解决方案。然而，在使用pickle时务必注意其安全性限制和版本兼容性问题，对于生产环境或长期数据存储，保存原始数据并重新生成图表通常是更推荐的做法。

以上就是Matplotlib图表的持久化：如何保存并重新加载可调整的图表的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！