第7部分：生成图表与数据可视化中篇二

第7部分：生成图表与数据可视化

7.1 matplotlib 与 PyQt5 的结合

matplotlib 是 Python 中最常用的 2D 数据可视化库，它可以生成各种类型的图表，包括折线图、柱状图、饼图等。在 PyQt5 中，你可以使用 matplotlib 来生成图表，并将这些图表嵌入到 PyQt5 的窗口中。

7.2 在 PyQt5 中嵌入 matplotlib 图表

为了在 PyQt5 应用中显示 matplotlib 图表，我们需要使用 matplotlib 的 FigureCanvas。FigureCanvas 是一个特殊的组件，它允许将 matplotlib 的绘图窗口嵌入到 PyQt5 界面中。首先，我们来看如何在 PyQt5 窗口中嵌入一个简单的折线图。

示例 1：嵌入简单的 matplotlib 图表

import sys
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.backends.backend_qt5agg import FigureCanvasQTAgg as FigureCanvas
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMainWindow

class PlotCanvas(FigureCanvas):
    def __init__(self, parent=None):
        fig, self.ax = plt.subplots()  # 创建一个图表对象
        super().__init__(fig)  # 将图表对象传给 FigureCanvas

        # 在这里绘制图表
        self.plot()

    def plot(self):
        # 数据
        x = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
        y = [10, 1, 20, 3, 40, 5]

        # 绘制折线图
        self.ax.plot(x, y, label='折线图示例')

        # 添加标签和图例
        self.ax.set_title('PyQt5 中的 matplotlib 示例')
        self.ax.set_xlabel('X 轴')
        self.ax.set_ylabel('Y 轴')
        self.ax.legend()

class MainWindow(QMainWindow):
    def __init__(self):
        super().__init__()

        self.setWindowTitle("matplotlib 与 PyQt5 示例")

        # 创建一个 PlotCanvas 对象，嵌入到 PyQt5 中
        self.canvas = PlotCanvas(self)

        # 设置图表作为中央控件
        self.setCentralWidget(self.canvas)

# 创建应用程序对象
app = QApplication(sys.argv)
window = MainWindow()
window.show()

# 进入应用程序的事件循环
sys.exit(app.exec_())

代码详解：

1. FigureCanvasQTAgg

   FigureCanvas 是 matplotlib 中的一个特殊控件，用于将 matplotlib 图表嵌入到 Qt 界面中。我们通过 FigureCanvasQTAgg 继承 FigureCanvas，并创建一个类 PlotCanvas，用于绘制图表。

2. plot() 方法

   在 plot() 方法中，我们定义了要展示的数据 x 和 y，并使用 ax.plot() 方法绘制折线图。set_title()、set_xlabel()、set_ylabel() 用于设置图表的标题和轴标签，legend() 添加图例。

3. MainWindow

   在主窗口 MainWindow 中，我们创建了 PlotCanvas 实例，并将其作为窗口的中央控件。这样，matplotlib 绘制的图表就会显示在窗口中。

7.3 动态生成图表

在某些应用场景中，图表需要根据用户的输入或数据的变化实时更新。接下来我们展示如何在 PyQt5 中动态生成和更新 matplotlib 图表。

示例 2：动态更新图表

import sys
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.backends.backend_qt5agg import FigureCanvasQTAgg as FigureCanvas
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMainWindow, QPushButton, QVBoxLayout, QWidget

class PlotCanvas(FigureCanvas):
    def __init__(self, parent=None):
        fig, self.ax = plt.subplots()
        super().__init__(fig)

    def plot(self, data):
        # 清除当前图表内容
        self.ax.clear()

        # 重新绘制图表
        self.ax.plot(data, label='随机数据')
        self.ax.set_title('动态更新的图表')
        self.ax.set_xlabel('X 轴')
        self.ax.set_ylabel('Y 轴')
        self.ax.legend()

        # 刷新图表以显示新数据
        self.draw()

class MainWindow(QMainWindow):
    def __init__(self):
        super().__init__()

        self.setWindowTitle("动态更新 matplotlib 图表")

        # 创建一个图表画布
        self.canvas = PlotCanvas(self)

        # 创建按钮
        self.button = QPushButton("生成随机数据", self)
        self.button.clicked.connect(self.update_plot)

        # 创建一个布局，将按钮和图表添加到布局中
        layout = QVBoxLayout()
        layout.addWidget(self.canvas)
        layout.addWidget(self.button)

        # 创建一个 QWidget 容器，将布局设置到容器中
        container = QWidget()
        container.setLayout(layout)

        # 设置容器为主窗口的中央控件
        self.setCentralWidget(container)

    def update_plot(self):
        # 生成随机数据
        data = np.random.rand(10)

        # 更新图表
        self.canvas.plot(data)

# 创建应用程序对象
app = QApplication(sys.argv)
window = MainWindow()
window.show()

# 进入应用程序的事件循环
sys.exit(app.exec_())

代码详解：

1. 动态更新图表

   在 PlotCanvas 类中，我们通过 self.ax.clear() 清除之前的绘图内容，然后通过 self.ax.plot(data) 绘制新的数据，最后调用 self.draw() 刷新图表。

2. update_plot() 方法

   当用户点击按钮时，update_plot() 方法生成一组新的随机数据，并调用 self.canvas.plot(data) 更新图表。

3. 布局管理

   我们使用 QVBoxLayout() 创建一个垂直布局，将图表和按钮依次排列，并通过 setCentralWidget() 设置整个布局为窗口的中央控件。

7.4 在应用程序中展示不同类型的图表

matplotlib 支持多种类型的图表，包括折线图、柱状图、饼图等。接下来我们展示如何在 PyQt5 中展示这些不同类型的图表。

示例 3：展示不同类型的图表

import sys
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.backends.backend_qt5agg import FigureCanvasQTAgg as FigureCanvas
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMainWindow, QComboBox, QVBoxLayout, QWidget

class PlotCanvas(FigureCanvas):
    def __init__(self, parent=None):
        fig, self.ax = plt.subplots()
        super().__init__(fig)

    def plot_line_chart(self):
        self.ax.clear()
        x = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
        y = [10, 1, 20, 3, 40, 5]
        self.ax.plot(x, y, label='折线图')
        self.ax.set_title('折线图')
        self.ax.legend()
        self.draw()

    def plot_bar_chart(self):
        self.ax.clear()
        x = ['A', 'B', 'C', 'D']
        y = [5, 7, 3, 8]
        self.ax.bar(x, y, label='柱状图')
        self.ax.set_title('柱状图')
        self.ax.legend()
        self.draw()

    def plot_pie_chart(self):
        self.ax.clear()
        sizes = [15, 30, 45, 10]
        labels = ['A', 'B', 'C', 'D']
        self.ax.pie(sizes, labels=labels, autopct='%1.1f%%')
        self.ax.set_title('饼图')
        self.draw()

class MainWindow(QMainWindow):
    def __init__(self):
        super().__init__()

        self.setWindowTitle("展示不同类型的图表")

        # 创建图表画布
        self.canvas = PlotCanvas(self)

        # 创建一个下拉菜单供用户选择图表类型
        self.combo_box = QComboBox(self)
        self.combo_box.addItems(["折线图", "柱状图", "饼图"])
        self.combo_box.currentIndexChanged.connect(self.update_chart)

        # 创建布局，将下拉菜单和图表添加到布局中
        layout = QVBoxLayout()
        layout.addWidget(self.canvas)
        layout.addWidget(self.combo_box)

        container = QWidget()
        container.setLayout(layout)
        self.setCentralWidget(container)

    def update_chart(self, index):
        if index == 0:
            self.canvas.plot_line_chart()
        elif index == 1:
            self.canvas.plot_bar_chart()
        elif index == 2:
            self.canvas.plot_pie_chart()

# 创建应用程序对象
app = QApplication(sys.argv)
window = MainWindow()
window.show()

# 进入应用程序的事件循环
sys.exit(app.exec_())

代码详解：

1. 展示不同图表

   PlotCanvas 类包含了三个方法，用于展示折线图、柱状图和饼图。根据用户的选择，通过 update_chart() 方法切换不同的图表展示。

2. QComboBox

   QComboBox 是一个下拉菜单控件，允许用户选择不同的图表类型。每次选择不同的图表类型时，会触发 currentIndexChanged 信号，调用 update_chart() 方法更新图表。

7.5 总结

在这一部分中，我们学习了如何在 PyQt5 中嵌入 matplotlib 图表，实现数据的可视化展示。通过 matplotlib 的强大功能，我们能够在应用程序中展示折线图、柱状图、饼图等多种类型的图表。同时，我们还展示了如何动态更新图表，并结合用户输入来实时调整图表内容。

关键点：

• FigureCanvas 允许将 matplotlib 图表嵌入到 PyQt5 界面中。
• 图表可以通过 self.ax.clear() 清除旧内容，并通过 self.ax.plot() 等方法动态更新。
• 通过用户输入或按钮点击，可以动态生成和展示不同类型的图表。

好的，我会进一步加细节并保持内容的连贯性。我们继续从 第8部分：对话框（QDialog）与用户交互 开始，提供更详细的解释，并逐步展示如何使用 PyQt5 创建不同类型的对话框。

第8部分：对话框（QDialog）与用户交互

8.1 什么是 QDialog

QDialog 是 PyQt5 中的一种窗口类，用于创建对话框。这种窗口通常是弹出的，并且用于让用户完成某个操作后再关闭，比如显示提示信息、要求用户确认、或者让用户输入数据。与主窗口 QMainWindow 不同，QDialog 通常不含有菜单栏、工具栏等复杂组件。

对话框分为两类：

• 模态对话框（Modal Dialog）：阻止用户在关闭对话框前与主窗口进行交互。用户必须在对话框内完成操作后才能返回主窗口。这种对话框常用于提示信息或者重要的用户操作。
• 非模态对话框（Non-modal Dialog）：允许用户在对话框打开时仍然与主窗口进行交互。对话框和主窗口之间的操作可以同时进行。

常见的对话框 包括：

• 消息对话框（QMessageBox）：用于向用户显示消息，如信息提示、警告、错误等。
• 输入对话框（QInputDialog）：用于获取用户输入，如文本、数字或选项。
• 自定义对话框（Custom Dialog）：你可以根据需求创建包含多种控件的自定义对话框。

8.2 使用 QMessageBox 创建消息对话框

QMessageBox 是 PyQt5 中用于显示消息或提示信息的标准对话框。它可以显示简单的提示信息、警告、错误消息，甚至让用户在多种选项中做出选择。

示例 1：创建简单的消息对话框

import sys
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMainWindow, QMessageBox, QPushButton

class MainWindow(QMainWindow):
    def __init__(self):
        super().__init__()

        self.setWindowTitle("QMessageBox 示例")

        # 创建一个按钮
        self.button = QPushButton("显示消息", self)
        self.button.clicked.connect(self.show_message)

        # 设置按钮为窗口的中央控件
        self.setCentralWidget(self.button)

    def show_message(self):
        # 创建消息对话框
        msg_box = QMessageBox()

        # 设置对话框标题
        msg_box.setWindowTitle("消息")

        # 设置对话框显示的文本
        msg_box.setText("这是一个简单的消息对话框。")

        # 设置对话框的按钮
        msg_box.setStandardButtons(QMessageBox.Ok | QMessageBox.Cancel)  # 添加 OK 和 Cancel 按钮

        # 设置对话框的图标
        msg_box.setIcon(QMessageBox.Information)  # 设置图标为信息图标

        # 显示对话框并获取用户的选择
        result = msg_box.exec_()

        # 判断用户点击了哪个按钮
        if result == QMessageBox.Ok:
            print("用户点击了 OK 按钮")
        else:
            print("用户点击了 Cancel 按钮")

# 创建应用程序对象
app = QApplication(sys.argv)
window = MainWindow()
window.show()

# 进入应用程序的事件循环
sys.exit(app.exec_())

代码详解：

1. QMessageBox

   QMessageBox 是一个标准的对话框，用于向用户展示信息。在 PyQt5 中，QMessageBox 可以显示带有图标和按钮的消息框，并且能够让用户进行确认。

2. setText()

   setText() 用于设置对话框的主要信息。在这个例子中，显示的内容是“这是一个简单的消息对话框”。

3. setWindowTitle()

   setWindowTitle() 设置对话框窗口的标题，用户可以通过这个标题了解到对话框的主题。

4. setStandardButtons()

   setStandardButtons() 允许你为对话框添加常用的按钮，如 OK、Cancel、Yes、No 等。在这里，我们添加了 OK 和 Cancel 两个按钮，用户可以选择其中之一。

5. setIcon()

   setIcon() 设置对话框左侧的图标。可以选择的图标类型包括 QMessageBox.Information（信息图标）、QMessageBox.Warning（警告图标）、QMessageBox.Critical（错误图标）等。

6. exec_()

   exec_() 是一个阻塞函数，会弹出对话框并等待用户操作。这个函数返回用户选择的按钮（如 OK 或 Cancel）。根据返回值，我们可以判断用户的操作并采取不同的行动。

8.3 使用 QInputDialog 获取用户输入

QInputDialog 是一个标准对话框，用于从用户处获取输入。它支持多种类型的输入，包括文本、整数、浮点数和下拉选择。

示例 2：使用 QInputDialog 获取文本输入

import sys
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMainWindow, QInputDialog, QPushButton

class MainWindow(QMainWindow):
    def __init__(self):
        super().__init__()

        self.setWindowTitle("QInputDialog 示例")

        # 创建按钮
        self.button = QPushButton("获取用户输入", self)
        self.button.clicked.connect(self.get_input)

        # 设置按钮为中央控件
        self.setCentralWidget(self.button)

    def get_input(self):
        # 弹出输入对话框，获取用户输入的文本
        text, ok = QInputDialog.getText(self, "输入对话框", "请输入您的姓名：")

        # 如果用户点击了 OK 按钮并且输入了文本
        if ok and text:
            print(f"用户输入：{text}")

# 创建应用程序对象
app = QApplication(sys.argv)
window = MainWindow()
window.show()

# 进入应用程序的事件循环
sys.exit(app.exec_())

代码详解：

1. QInputDialog.getText()

   QInputDialog.getText() 方法用于创建一个单行文本输入对话框，用户可以在其中输入内容。这个方法返回两个值：

   • text 是用户输入的内容。
   • ok 是一个布尔值，表示用户是否点击了 OK 按钮。如果用户点击 Cancel，ok 值为 False。

2. 获取用户输入

   当用户点击 OK 按钮并输入了内容时，程序会输出用户输入的文本。如果用户取消了输入对话框，则不会输出任何内容。

8.4 自定义对话框

除了使用标准的消息框和输入框，PyQt5 允许你创建自定义对话框。通过自定义对话框，你可以根据需求添加任意控件，如按钮、文本框、复选框等。

示例 3：创建自定义对话框

import sys
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMainWindow, QDialog, QLabel, QVBoxLayout, QPushButton

# 自定义对话框类，继承自 QDialog
class CustomDialog(QDialog):
    def __init__(self):
        super().__init__()

        # 设置对话框的标题
        self.setWindowTitle("自定义对话框")

        # 创建标签控件，显示提示信息
        label = QLabel("这是一个自定义对话框")

        # 创建关闭按钮，点击时关闭对话框
        close_button = QPushButton("关闭")
        close_button.clicked.connect(self.accept)  # 调用 accept() 方法关闭对话框

        # 创建布局，将标签和按钮添加到布局中
        layout = QVBoxLayout()
        layout.addWidget(label)
        layout.addWidget(close_button)

        # 设置对话框的布局
        self.setLayout(layout)

class MainWindow(QMainWindow):
    def __init__(self):
        super().__init__()

        self.setWindowTitle("自定义对话框示例")

        # 创建按钮，用于打开自定义对话框
        self.button = QPushButton("打开自定义对话框", self)
        self.button.clicked.connect(self.show_custom_dialog)

        # 设置按钮为窗口的中央控件
        self.setCentralWidget(self.button)

    def show_custom_dialog(self):
        # 创建并显示自定义对话框
        dialog = CustomDialog()

        # 使用 exec_() 方法显示对话框，并等待用户操作
        if dialog.exec_():
            print("自定义对话框已关闭")

# 创建应用程序对象
app = QApplication(sys.argv)
window = MainWindow()
window.show()

# 进入应用程序的事件循环
sys.exit(app.exec_())

代码详解：

1. 自定义对话框类

   CustomDialog 类继承自 QDialog，用于创建自定义对话框。对话框的外观和行为由你自行定义，你可以在其中添加任意控件。

2. 布局管理

   通过 QVBoxLayout()，我们将对话框中的控件（如标签和按钮）垂直排列。你可以根据需要使用不同的布局管理器来组织控件，如 QHBoxLayout（水平布局）或 QGridLayout（网格布局）。

3. accept() 方法

   当用户点击关闭按钮时，调用 accept() 方法关闭对话框。accept() 是 QDialog 的内置方法，它表示对话框的操作已被接受，并会关闭对话框。

4. exec_() 方法

   exec_() 方法用于显示对话框并等待用户操作。对话框的行为是模态的，这意味着用户必须处理完对话框后才能返回主窗口。

8.5 总结

在这一部分中，我们详细介绍了 PyQt5 中的几种对话框，包括：

• QMessageBox：用于显示消息或提示信息的对话框。
• QInputDialog：用于获取用户输入的对话框，支持文本、整数和浮点数输入。
• 自定义对话框：通过继承 QDialog，你可以根据需求创建包含任意控件的对话框。

关键点：

• 对话框可以是模态的，用户必须处理完对话框后才能返回主窗口。
• PyQt5 提供了多种标准对话框，帮助快速实现常见的用户交互。
• 自定义对话框非常灵活，适合复杂的交互需求。