在坐标平面中绘制和标识多边形

在计算机图形学中，我们经常需要在坐标平面中绘制和标识多边形，例如地图上的行政区划、建筑平面图、工程示意图等。本文将介绍如何在Python中利用matplotlib库实现多边形的绘制和标识。

准备工作

首先需要安装matplotlib库，可以使用pip命令进行安装：

pip install matplotlib

绘制多边形可以通过matplotlib库中的plot()函数实现，标识多边形可以利用text()函数和annotate()函数实现。

绘制多边形

绘制多边形的基本步骤如下：

1. 定义多边形的顶点坐标
2. 将顶点坐标按顺序连接起来形成多边形
3. 绘制多边形

例如，我们要绘制一个正五边形，顶点坐标分别为$(0, 1),(0.95, 0.31),(0.59, -0.81),(-0.59, -0.81),(-0.95, 0.31)$，代码如下：

import matplotlib.pyplot as plt

# 定义正五边形的顶点坐标
x = [0, 0.95, 0.59, -0.59, -0.95]
y = [1, 0.31, -0.81, -0.81, 0.31]

# 连接顶点坐标形成多边形
x.append(x[0])
y.append(y[0])

# 绘制多边形
plt.plot(x, y)

# 显示图形
plt.show()

运行代码，得到如下图形：

标识多边形

在多边形中标识名称或角度等信息，可以利用text()函数和annotate()函数实现。

text()函数可以在指定的坐标点上添加文本，例如我们要在正五边形的中心位置标识其名称“正五边形”，坐标为$(0,0)$，代码如下：

import matplotlib.pyplot as plt

# 定义正五边形的顶点坐标
x = [0, 0.95, 0.59, -0.59, -0.95]
y = [1, 0.31, -0.81, -0.81, 0.31]

# 连接顶点坐标形成多边形
x.append(x[0])
y.append(y[0])

# 绘制多边形
plt.plot(x, y)

# 在中心位置标识名称
plt.text(0, 0, '正五边形', ha='center')

# 显示图形
plt.show()

运行代码，得到如下图形：

annotate()函数可以在指定的坐标点上添加文本和箭头，例如我们要在正五边形的每个顶点处标识其角度，代码如下：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 定义正五边形的顶点坐标
x = [0, 0.95, 0.59, -0.59, -0.95]
y = [1, 0.31, -0.81, -0.81, 0.31]

# 连接顶点坐标形成多边形
x.append(x[0])
y.append(y[0])

# 绘制多边形
plt.plot(x, y)

# 在每个顶点处标识角度
for i in range(len(x)-1):
    angle = round(np.arctan2(y[i+1]-y[i], x[i+1]-x[i]) * 180 / np.pi, 2)
    plt.annotate(angle, xy=(x[i], y[i]), xytext=(x[i]+0.2, y[i]+0.2), arrowprops=dict(facecolor='black'))

# 显示图形
plt.show()

运行代码，得到如下图形：

总结

本文介绍了如何在Python中利用matplotlib库实现多边形的绘制和标识。通过本文的学习，读者可以掌握如何定义多边形的顶点坐标、连接顶点坐标形成多边形、绘制多边形、在指定的坐标点上标识文本和箭头等技巧，为后续计算机图形学的学习打下基础。