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，它将打印由MATLAB脚本生成的相当相同的箭头图。

对不起，我不能发布图片，因为我没有足够的特权，但基本上我的python脚本给了我完全不同的情节（完全错误的矢量方向）。

我在运行时比较了MATLAB和python之间的数据。 X，Y，Z相同，但梯度计算不正确，即python中的U与MATLAB中的DX 。 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

蟒蛇

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：您正在使用numpy.gradient ，就好像它使用“column”，“row”索引一样。 当你期待dx, dy dy, dx它会返回dy, dx 。

首先，除非你以交互方式使用它，否则from pylab import *做一个非常非常糟糕的主意 。 命名空间是你的朋友。

考虑到这一点，您当前的示例将如下所示：

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，我们将得到正确的结果：

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')修复此问题，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()