【Python】matplotlibで散布図アニメーションを作成してGIFとして保存する方法

データの時間変化を視覚的に表現したい場合、matplotlibのアニメーション機能が非常に便利です。この記事では、散布図(scatter plot)をアニメーション化し、GIFファイルとして保存する具体的な手順を解説します。

散布図アニメーションを保存する手順

matplotlibで散布図アニメーションを保存するには、以下の手順に従います。

• figure.figsizeで図のサイズを設定し、figure.autolayoutでサブプロット周辺の余白を自動調整します。
• ステップ数(steps)、ノード数(nodes)、座標(positions)、解の値(solutions)の4つの変数を初期化します。
• ループ処理で各フレームのpositionsとsolutionsの値をリストに追加していきます。
• plt.subplots()で図とサブプロットを作成します。
• マーカーのサイズを指定する変数を定義します。
• グリッド線の表示設定を行います。
• animate関数を繰り返し呼び出すことでアニメーションを生成します。この関数内では、既存の軸をクリアし、新しいサブプロットを追加して、その上に散布図を描画します。
• ani.save()を使って、アニメーション付き散布図を.gifファイルとして保存します。

サンプルコード

以下は、ランダムなデータを使って50フレームの散布図アニメーションを生成し、「animation.gif」として保存する完全なコード例です。

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
import numpy as np

plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.50, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True

steps = 50
nodes = 100
positions = []
solutions = []

for i in range(steps):
    positions.append(np.random.rand(2, nodes))
    solutions.append(np.random.random(nodes))

fig, ax = plt.subplots()
marker_size = 50

def animate(i):
    fig.clear()
    ax = fig.add_subplot(111, aspect='equal', autoscale_on=False, xlim=(0, 1), ylim=(0, 1))
    ax.set_xlim(0, 1)
    ax.set_ylim(0, 1)
    s = ax.scatter(positions[i][0], positions[i][1], s=marker_size, c=solutions[i], cmap="RdBu_r", marker="o", edgecolor='black')

plt.grid(b=None)
ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, interval=100, frames=range(steps))

ani.save('animation.gif', writer='pillow')

コードのポイント解説

• FuncAnimation: interval=100により、各フレームが100ミリ秒ごとに切り替わります。frames=range(steps)で50フレーム分のアニメーションを生成します。
• カラーマップ: cmap="RdBu_r"を指定することで、solutionsの値に応じて点が赤〜青のグラデーションで色分けされます。
• 保存方法: writer='pillow'を指定すると、Pillowライブラリ経由でGIF形式に出力できます。事前にpip install pillowでインストールしておきましょう。

実行結果

スクリプトを実行すると、カレントディレクトリに「animation.gif」が出力され、ノードが動き回る散布図アニメーションを確認できます。ブラウザや画像ビューアで開けば、時間の経過とともに点の位置と色が変化していく様子がわかります。