Matplotlibでリアルタイムプロット中にX軸を移動させる方法

リアルタイムプロット中にMatplotlibでX軸を移動させたい場合、matplotlib.animationモジュールのFuncAnimationとset_xlim()メソッドを組み合わせることで簡単に実現できます。以下に具体的な手順を示します。

実装手順

1. 図のサイズを設定し、サブプロット間および周囲の余白（パディング）を調整します。
2. figureとサブプロットのセットを作成します。
3. NumPyを使用してx・yのデータポイントを生成します。
4. plot()メソッドを使ってx・yのデータポイントをプロットします。
5. フレームごとにX軸の表示範囲を更新するanimate関数を定義し、FuncAnimationで繰り返し呼び出してアニメーションを作成します。
6. show()メソッドで図を表示します。

サンプルコード

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

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

fig, ax = plt.subplots()

x = np.linspace(0, 15, 100)
y = np.cos(x)

ax.plot(x, y, lw=2, color='red')

def animate(frame):
    ax.set_xlim(left=0, right=frame)

ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, frames=10)

plt.show()

コードの解説

このコードでは、まずnp.linspace(0, 15, 100)で0から15までの範囲に100個の等間隔データポイントを生成し、そのコサイン値を赤い線でプロットしています。

ポイントとなるのはanimate(frame)関数です。この関数内でax.set_xlim(left=0, right=frame)を呼び出すことで、各フレームごとにX軸の右端（最大値）がframeの値へと変化します。frames=10と指定しているため、X軸の表示範囲は0から9まで段階的に拡大していきます。

FuncAnimation(fig, animate, frames=10)は、figureに対してanimate関数を10回連続して呼び出すことでアニメーションを生成します。これにより、リアルタイムにX軸が移動していく様子を視覚的に確認できます。

実行結果

実行すると、コサインカーブのグラフ上でX軸の表示範囲が徐々に広がっていくアニメーションが表示されます。センサーデータのストリーミング表示や時系列データの可視化など、リアルタイム描画が必要な場面で応用できるテクニックです。