こんにちは。
今回は、GUIグラフ操作アプリケーションを所用で作りたくなったので、備忘録として記載します。
①やりたいこと
・ファイル参照で２つのスペクトルデータ（csv形式）を読み込む。
・読み込んだデータをグラフ描写。
・シフト＆スケール変更して、２つのスペクトルが一致する値を見つける。
・読み込んだデータをグラフ描写。
・シフト＆スケール変更して、２つのスペクトルが一致する値を見つける。
特に３番目のシフト＆スケール変更を、スライダーなどのマウス操作でグリグリ動かしたいので、今回GUIアプリケーションを作ることにしました。
GUIアプリの開発は全くの初心者ですが、とりあえずメジャーそうなTkinterというライブラリで作っていきます。
②必要なライブラリ
・Tkinter
・Pandas
・Matplotlib
・Pandas
・Matplotlib
はい、非常にシンプルですね。追加のライブラリは必要なさそうです。
③App1：データの読み込み＆グラフ描写
[App1]
import tkinter as tk
from matplotlib.backends.backend_tkagg import FigureCanvasTkAgg, NavigationToolbar2Tk
import matplotlib.pyplot as plt
import pandas as pd
class Application(tk.Frame):
def __init__(self, master=None):
super().__init__(master)
self.master = master
self.master.title('Application1')
self.pack()
self.create_widgets()
def create_widgets(self):
#----------------------plot1-------------------------------------------------------------------------
self.Frame1 = tk.Frame(self.master)
self.Frame1.pack(side=tk.TOP)
self.Button11 = tk.Button(self.Frame1, text="Reference", command=lambda: self.load_data(self.entry1))
self.Button11.pack(side=tk.LEFT)
self.entry1 = tk.Entry(self.Frame1, width=100)
self.entry1.pack(side=tk.LEFT)
self.Button12 = tk.Button(self.Frame1, text="Plot data", command=lambda: self.plot_data(self.entry1, self.plot1))
self.Button12.pack(side=tk.LEFT)
#----------------------plot2-------------------------------------------------------------------------
self.Frame2 = tk.Frame(self.master)
self.Frame2.pack(side=tk.TOP)
self.Button21 = tk.Button(self.Frame2, text="Reference", command=lambda: self.load_data(self.entry2))
self.Button21.pack(side=tk.LEFT)
self.entry2 = tk.Entry(self.Frame2, width=100)
self.entry2.pack(side=tk.LEFT)
self.Button22 = tk.Button(self.Frame2, text="Plot data", command=lambda: self.plot_data(self.entry2, self.plot2))
self.Button22.pack(side=tk.LEFT)
#----------------------figure-------------------------------------------------------------------------
self.Frame3 = tk.Frame(self.master)
self.Frame3.pack(side=tk.TOP)
self.canvas = FigureCanvasTkAgg(fig, self.Frame3)
self.canvas.draw()
self.canvas.get_tk_widget().pack(side=tk.TOP, fill=tk.BOTH, expand=True)
self.plot1, = ax.plot([],[], label='data1', c='blue')
self.plot2, = ax.plot([],[], label='data2', c='red')
self.toolbar = NavigationToolbar2Tk(self.canvas, self.Frame3)
self.toolbar.update()
self.canvas.get_tk_widget().pack(side=tk.TOP, fill=tk.BOTH, expand=True)
#----------------------end-------------------------------------------------------------------------
def load_data(self, entry):
file_path = tk.filedialog.askopenfilename()
entry.insert(tk.END, file_path)
def plot_data(self, entry, plot):
filename = entry.get()
try:
df = pd.read_csv(filename, header=0)
x_org = df.iloc[:,0]
y_org = df.iloc[:,1]
except:
x_org = []
y_org = []
plot.set_xdata(x_org)
plot.set_ydata(y_org)
self.canvas.draw()
fig = plt.Figure(figsize=(10, 10))
ax = fig.add_subplot(111)
ax.set_xlim(-1,1)
ax.set_ylim(-1,1)
root = tk.Tk()
app = Application(master=root)
app.mainloop()・パーツの配置方法
Tkinterでは基本的に、画面上のパーツの配置は「Frame」という単位で行うようです。
必要なボタン（tk.Button()）などをつけたFrameを、tk.Tk()で作成したウインドウ上に配置していきます。
・ボタンへの関数の割り当て
Frame1、Frame2でデータの読み込み部分を作ります。
データ参照のためのButton1には、ファイル選択画面が出てくる関数を割り当てます。
選択したファイルのパスを、エントリーボックス（entry1、entry2）に挿入するようにしています。
なお、Tkinterのボタンに割り当てる関数には、引数をそのまま与えることはできません。
（NG例：tk.Button(command=function(arg1, arg2…) ）
そこで、ラムダ式として、引数を指定した関数を指定しています。
・グラフの配置
Frame3にMatplotlibのグラフを配置しています。
なお、axisには空のプロット（ax.plot([], [])）を配置しておき、データを読み込んだのちに、.set_xdata()、.set_ydata()で値を更新する形にしておきます。（App2でplotをグリグリ操作するのに必要な部分です。）
またグラフ下部には、グラフのツールバー（Pyplotで通常出てくるやつ）を表示するようにしておきます。
無事、グラフ描写するアプリケーションを作ることができました。
④App2：スライダーによる変数の更新と再描写
[App2]
import tkinter as tk
from matplotlib.backends.backend_tkagg import FigureCanvasTkAgg, NavigationToolbar2Tk
import matplotlib.pyplot as plt
import pandas as pd
class Application(tk.Frame):
def __init__(self, master=None):
super().__init__(master)
self.master = master
self.master.title('Application2')
self.pack()
self.create_widgets()
self.scale_default()
def create_widgets(self):
#----------------------plot1-------------------------------------------------------------------------
self.Frame1 = tk.Frame(self.master)
self.Frame1.pack(side=tk.TOP)
self.Button11 = tk.Button(self.Frame1, text="Reference", command=lambda: self.load_data(self.entry1))
self.Button11.pack(side=tk.LEFT)
self.entry1 = tk.Entry(self.Frame1, width=100)
self.entry1.pack(side=tk.LEFT)
self.Button12 = tk.Button(self.Frame1, text="Plot data", command=lambda: self.plot_data(self.entry1, self.plot1, self.org_data1))
self.Button12.pack(side=tk.LEFT)
#----------------------plot2-------------------------------------------------------------------------
self.Frame2 = tk.Frame(self.master)
self.Frame2.pack(side=tk.TOP)
self.Button21 = tk.Button(self.Frame2, text="Reference", command=lambda: self.load_data(self.entry2))
self.Button21.pack(side=tk.LEFT)
self.entry2 = tk.Entry(self.Frame2, width=100)
self.entry2.pack(side=tk.LEFT)
self.Button22 = tk.Button(self.Frame2, text="Plot data", command=lambda: self.plot_data(self.entry2, self.plot2, self.org_data2))
self.Button22.pack(side=tk.LEFT)
#----------------------figure-------------------------------------------------------------------------
self.Frame3 = tk.Frame(self.master)
self.Frame3.pack(side=tk.LEFT)
self.canvas = FigureCanvasTkAgg(fig, self.Frame3)
self.canvas.draw()
self.canvas.get_tk_widget().pack(side=tk.TOP, fill=tk.BOTH, expand=True)
self.org_data1=[[],[]]
self.plot1, = ax.plot(self.org_data1[0],self.org_data1[1], label='data1', c='blue')
self.org_data2=[[],[]]
self.plot2, = ax.plot([],[], label='data2', c='red')
self.toolbar = NavigationToolbar2Tk(self.canvas, self.Frame3)
self.toolbar.update()
self.canvas.get_tk_widget().pack(side=tk.TOP, fill=tk.BOTH, expand=True)
#----------------------control-------------------------------------------------------------------------
self.Frame4 = tk.Frame(self.master)
self.Frame4.pack(side=tk.LEFT)
self.shift_plot1 = tk.DoubleVar()
self.scale_shift1 = tk.Scale(self.Frame4, variable=self.shift_plot1, from_ = -1, to=1, resolution=0.02,length=200,
label='Shift parameter : Plot1', orient=tk.HORIZONTAL, command=self.change_plot1)
self.scale_shift1.pack(side=tk.TOP)
self.expand_plot1 = tk.DoubleVar()
self.scale_expand1 = tk.Scale(self.Frame4, variable=self.expand_plot1, from_ = 0.1, to=5, resolution=0.1,length=200,
label='Expand parameter : Plot1', orient=tk.HORIZONTAL, command=self.change_plot1)
self.scale_expand1.pack(side=tk.TOP)
self.shift_plot2 = tk.DoubleVar()
self.scale_shift2 = tk.Scale(self.Frame4, variable=self.shift_plot2, from_ = -1, to=1, resolution=0.02,length=200,
label='Shift parameter : Plot2', orient=tk.HORIZONTAL, command=self.change_plot2)
self.scale_shift2.pack(side=tk.TOP)
self.expand_plot2 = tk.DoubleVar()
self.scale_expand2 = tk.Scale(self.Frame4, variable=self.expand_plot2, from_ = 0.1, to=5, resolution=0.1,length=200,
label='Expand parameter : Plot2', orient=tk.HORIZONTAL, command=self.change_plot2)
self.scale_expand2.pack(side=tk.TOP)
self.Button41 = tk.Button(self.Frame4, text="Reset", command=self.reset_scale)
self.Button41.pack(side=tk.TOP)
#----------------------create_widgets END-------------------------------------------------------------------------
def load_data(self, entry):
file_path = tk.filedialog.askopenfilename()
entry.insert(tk.END, file_path)
def plot_data(self, entry, plot, org_data):
filename = entry.get()
try:
df = pd.read_csv(filename, header=0)
x_org = df.iloc[:,0]
y_org = df.iloc[:,1]
except:
x_org = []
y_org = []
org_data.clear()
org_data.append(x_org)
org_data.append(y_org)
plot.set_xdata(x_org)
plot.set_ydata(y_org)
self.canvas.draw()
def scale_default(self):
self.shift_plot1.set(0.0)
self.expand_plot1.set(1.0)
self.shift_plot2.set(0.0)
self.expand_plot2.set(1.0)
def reset_scale(self):
self.scale_default()
self.change_plot1()
self.change_plot2()
def change_plot1(self, event=None):
a=self.expand_plot1.get()
b=self.shift_plot1.get()
x=a*self.org_data1[0]+b
y=self.org_data1[1]
self.plot1.set_xdata(x)
self.plot1.set_ydata(y)
self.canvas.draw()
def change_plot2(self, event=None):
a=self.expand_plot2.get()
b=self.shift_plot2.get()
x=a*self.org_data2[0]+b
y=self.org_data2[1]
self.plot2.set_xdata(x)
self.plot2.set_ydata(y)
self.canvas.draw()
fig = plt.Figure(figsize=(10, 10))
ax = fig.add_subplot(111)
ax.set_xlim(-1,1)
ax.set_ylim(-1,1)
root = tk.Tk()
app = Application(master=root)
app.mainloop()・制御変数とスライダー
シフトとスケールの大きさを決める変数は、shift_plot1、expand_plot1として、tk.DoubleVar()という、浮動小数点値を格納できるTkinterの変数として定義しています。（controlの部分）
この変数を作成したスライダーの変数として指定（tk.Scale(variable=)）すればOKです。
・データの計算＆再描写を定義
グラフデータのX方向へのシフト＆スケール変更は、change_plot1()、change_plot1()で定義しました。
再描写は、最初と同じく.set_xdata()、.set_ydata()で値を更新します。
引数が多くなり面倒になったので、ここはplot1、plot2それぞれ同じ内容の関数を定義しています。
○まとめ
今回は初めて、GUIのアプリケーションを作ってみました。
ボタンの配置など、細かい指定が必要なので、普段のデータ分析などと比べると、必然的にコード文量が多くなります。
文量が多くなる分、可読性などの観点から、オブジェクト指向の書き方の習得が必要になってきます。
学習コストは若干高いですが、良い勉強になりました。
今回は以上です。
ご参考になれば幸いです！
