Matplotlibのpyplot.plot()を使ってパラメーター化された曲線を描画する方法

pyplot.plot() を使えば、パラメーター化された曲線（媒介変数表示の曲線）を簡単に描画できます。この記事では、NumPy と Matplotlib を組み合わせて、極座標形式で定義された曲線をプロットする手順を解説します。

描画の手順

• 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。
• サンプル数を表す変数 N を初期化します。
• NumPy を使用して、t、r、x、y のデータポイントを作成します。
• 図（figure）とサブプロット（axes）のセットを作成します。
• plot() メソッドを使って、x と y のデータポイントをプロットします。
• 図を表示するには、show() メソッドを使用します。

コード例

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

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

N = 400
t = np.linspace(0, 2 * np.pi, N)
r = 0.5 + np.cos(t)
x, y = r * np.cos(t), r * np.sin(t)
fig, ax = plt.subplots()
ax.plot(x, y)

plt.show()

コードの解説

まず、np.linspace(0, 2 * np.pi, N) によって、0 から 2π までの範囲を 400 等分したパラメーター t を生成します。次に、動径 r = 0.5 + cos(t) を計算し、それを x = r·cos(t)、y = r·sin(t) として直交座標に変換しています。これにより、カージオイド（心臓形曲線）に似た美しいパラメーター曲線が得られます。

plt.rcParams["figure.figsize"] で図のサイズを指定し、plt.rcParams["figure.autolayout"] を True にすることで、ラベルやタイトルが図の外にはみ出さないよう自動的にレイアウトが調整されます。

出力結果

実行すると、上記のコードから生成された滑らかな閉曲線が表示されます。t の範囲や動径 r の式を変更すれば、さまざまな形状のパラメーター曲線を自由に試すことができます。