优化基于颜色更新动画的绘图性能

我们有一个包含大量线的绘图。在动画中，我们需要更新线的颜色，但使用嵌套循环对线进行迭代似乎非常耗时。是否存在更好的方法来完成此操作？

以下是我们的代码：

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

# 初始绘图
fig = plt.figure()
ax = plt.subplot(1, 1, 1)
lines = []
for i in range(10):
    lines.append([])
    for j in range(10):
        lines[i].append(ax.plot([i, j], color='0.8'))
lines = np.asarray(lines)

# 更新颜色 10 次
im = []
for steps in range(10):
    colors = np.random.random(size=(10, 10))
    for i in range(10):
        for j in range(10):
            lines[i, j][0].set_color(str(colors[i, j]))
    plt.draw()
    # im.append(ax)
    plt.pause(.1)
# ani = animation.ArtistAnimation(fig, im, interval=1000, blit=True, repeat_delay=1000)
plt.show()

同时，我们在尝试将其与动画一起运行时遇到了问题。我们希望将其制作成一个动画，认为这至少在动画开始后可以解决延迟问题，但按照我们当前定义的方式，它不起作用。

2. 解决方案

以下是优化解决方案：

解决方案 1：使用 LineCollection

使用 LineCollection 可以更轻松地解决此问题。这样，我们可以将所有颜色设置为单个数组，并且通常可以获得更好的绘图性能。

改进的性能主要是因为集合是 matplotlib 中绘制大量相似对象的一种优化方式。在这种情况下，避免嵌套循环来设置颜色实际上是次要的。

请尝试类似以下内容：

import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib.collections import LineCollection
import matplotlib.animation as animation

lines = []
for i in range(10):
    for j in range(10):
        lines.append([(0, i), (1, j)])

fig, ax = plt.subplots()
colors = np.random.random(len(lines))
col = LineCollection(lines, array=colors, cmap=plt.cm.gray, norm=plt.Normalize(0, 1))
ax.add_collection(col)
ax.autoscale()

def update(i):
    colors = np.random.random(len(lines))
    col.set_array(colors)
    return col,

# 将此设置为非常短的更新间隔以显示快速绘制。
# 25 毫秒会比 1 毫秒更合理。
ani = animation.FuncAnimation(fig, update, interval=1, blit=True,
                              init_func=lambda: [col])
# 某些 matplotlib 版本明确需要一个 `init_func` 才能正确显示...
# 理想情况下，我们会在其中完全初始化绘图。为了简单起见，我们只返回艺术家以便 `FuncAnimation` 知道要绘制什么。
plt.show()

解决方案 2：使用生成器表达式

如果您想加快 for 循环的速度，有几种很好的方法可以做到。对于您要执行的操作，最好的方法可能是生成器表达式，如下所示：

iterator = (<variable>.upper() for <samevariable> in <list or other iterable object>)

（有关更多具体信息，请参阅 www.python.org/dev/peps/pe… 和 wiki.python.org/moin/Genera… 上的文档）

还有一些其他非 for 循环方式可以更新颜色，但它们不太可能比生成器更快。您可以为线条创建某种形式的分组，并调用类似以下内容：

lines.update()

这样即可更新所有的线条。