Pythonでリアルタイムにグラフを描画する方法を現役エンジニアが解説【初心者向け】

初心者向けにPythonでリアルタイムにグラフを描画する方法について現役エンジニアが解説しています。グラフ描画用としてmatplotlibライブラリを使います。NumPyで計算した結果を利用して棒グラフや折れ線グラフを書くことが出来ます。リアルタイムに描画するにはplt.pause関数を使います。

TechAcademyマガジンはオンラインのプログラミングスクールTechAcademy [テックアカデミー]が運営。初心者向けに解説した記事が4,000以上あります。現役エンジニアの方はこちらをご覧ください。

Pythonでリアルタイムにグラフを描画する方法について、TechAcademyのメンター(現役エンジニア)が実際のコードを使用して、初心者向けに解説します。

Pythonについてそもそもよく分からないという方は、Pythonとは何なのか解説した記事を読むとさらに理解が深まります。

 

なお本記事は、TechAcademyのオンラインブートキャンプ、Python講座の内容をもとに紹介しています。

 

田島悠介

今回は、Pythonに関する内容だね!

大石ゆかり

どういう内容でしょうか?

田島悠介

Pythonでリアルタイムにグラフを描画する方法について詳しく説明していくね!

大石ゆかり

お願いします!

 

目次

  1. matplotlibライブラリとは
  2. matplotlibライブラリを利用してリアルタイムにグラフを描画する方法
  3. 実際に書いてみよう
  4. まとめ

 

matplotlibライブラリとは

matplotlibとは、Pythonでグラフ描画用として最も多く使用されているライブラリです。NumPyなどで用意したデータを渡すことで棒グラフや折れ線グラフなど、様々な種類のグラフを描画することができます。

例えば波形(sin波)を描画するプログラムは以下のようになります。なお、実行はJupyter Notebookで行っています。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

%matplotlib inline

# 描画領域を取得
fig, ax = plt.subplots(1, 1)

# y軸方向の描画幅を指定
ax.set_ylim((-1.1, 1.1))

# x軸:時刻
x = np.arange(0, 100, 0.5)

Hz = 5.

# sin波を取得
y = np.sin(2.0 * np.pi * (x * Hz) / 100)

# グラフを描画する
ax.plot(x, y, color='blue')
plt.show()

実行結果は以下のとおりです。

グラフを描画しているのは以下の部分です。

ax.plot(x, y, color='blue')
plt.show()

matplotlibについて、詳しくは公式サイトも参考にしてください。

matplotlib公式サイト

[PR] Pythonで挫折しない学習方法を動画で公開中

matplotlibライブラリを利用してリアルタイムにグラフを描画する方法

plt.show()関数の代わりにplt.pause()関数を使用することでリアルタイムに描画を行うことができます。

実際に書いてみよう

今回のサンプルプログラムでは、上記のプログラムを変更し、徐々に周波数を上げていく様子をリアルタイムで確認してみます。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# %matplotlib inline 表示だとアニメーションしない
%matplotlib

# 描画領域を取得
fig, ax = plt.subplots(1, 1)

# y軸方向の描画幅を指定
ax.set_ylim((-1.1, 1.1))

# x軸:時刻
x = np.arange(0, 100, 0.5)

# 周波数を高くしていく
for Hz in np.arange(0.1, 10.1, 0.01):
  # sin波を取得
  y = np.sin(2.0 * np.pi * (x * Hz) / 100)
  # グラフを描画する
  line, = ax.plot(x, y, color='blue')
  # 次の描画まで0.01秒待つ
  plt.pause(0.01)
  # グラフをクリア
  line.remove()

実行結果は以下のとおりです。

まとめ

今回の記事ではPythonでリアルタイムにグラフを描画する方法を学習しました。

監修してくれたメンター

太田和樹(おおたかずき)

ITベンチャー企業のPM兼エンジニア。

普段は主に、Web系アプリケーション開発のプロジェクトマネージャーとプログラミング講師を行っている。守備範囲はフロントエンド、モバイル、サーバサイド、データサイエンティストと幅広い。その幅広い知見を生かして、複数の領域を組み合わせた新しい提案をするのが得意。

開発実績:画像認識技術を活用した駐車場混雑状況把握(実証実験)、音声認識を活用したヘルプデスク支援システム、Pepperを遠隔操作するアプリの開発、大規模基幹系システムの開発・導入マネジメント。

地方在住。仕事のほとんどをリモートオフィスで行う。通勤で消耗する代わりに趣味のDIYや家庭菜園、家族との時間を楽しんでいる。

 

大石ゆかり

内容分かりやすくて良かったです!

田島悠介

ゆかりちゃんも分からないことがあったら質問してね!

大石ゆかり

分かりました。ありがとうございます!

 

TechAcademyでは、初心者でも最短4週間で、Pythonを使った人工知能(AI)や機械学習の基礎を習得できる、オンラインブートキャンプを開催しています。

また、現役エンジニアから学べる無料体験も実施しているので、ぜひ参加してみてください。