Rust语言从入门到精通系列 - 支持WASM的高性能绘图库Plotters
Plotters 是一个基于 Rust 语言的绘图库，由 Eonil 和其他贡献者开发。它的目标是提供一个简单易用的 API，可以轻松地创建各种类型的图表，并支持多种输出格式。Plotters 使用 Rust 语言的强类型系统和高性能，可以生成高质量的图表。
Plotters 提供了多种类型的图表，包括线图、柱状图、散点图等等。它还支持多种输出格式，包括 PNG、SVG、PDF 等等。使用 Plotters 可以轻松地创建高质量的图表，同时还可以自定义图表的样式和布局。
用法实战
安装 Plotters
在使用 Plotters 之前，需要安装 Plotters。可以通过以下命令安装 Plotters：
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cargo install plotters
绘制折线图
下面是一个简单的例子，演示如何使用 Plotters 绘制折线图：
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use plotters::prelude::*;
fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
let root = BitMapBackend::new("plot.png", (640, 480)).into_drawing_area();
root.fill(&WHITE)?;
let mut chart = ChartBuilder::on(&root)
.caption("折线图", ("sans-serif", 30))
.set_label_area_size(LabelAreaPosition::Left, 40)
.set_label_area_size(LabelAreaPosition::Bottom, 40)
.build_cartesian_2d(0..10, 0..10)?;
chart.configure_mesh().draw()?;
chart.draw_series(LineSeries::new(
vec![(0, 0), (1, 1), (2, 2), (3, 3), (4, 4), (5, 5), (6, 6), (7, 7), (8, 8), (9, 9)]
.iter()
.map(|x| (*x, *x)),
&BLUE,
))?;
Ok(())
}
这个例子中，我们首先创建了一个BitMapBackend对象，用于输出 PNG 格式的图片。然后，我们创建了一个ChartBuilder对象，用于构建图表。在ChartBuilder对象上，我们设置了标题、坐标轴标签和网格线。最后，我们使用LineSeries对象绘制了一条折线。LineSeries对象需要一个元组列表作为输入，每个元组包含一个 x 坐标和一个 y 坐标。在这个例子中，我们绘制了一条从(0,0)到(9,9)的折线。
绘制柱状图
下面是一个简单的例子，演示如何使用 Plotters 绘制柱状图：
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use plotters::prelude::*;
fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
let root = BitMapBackend::new("plot.png", (640, 480)).into_drawing_area();
root.fill(&WHITE)?;
let mut chart = ChartBuilder::on(&root)
.caption("柱状图", ("sans-serif", 30))
.set_label_area_size(LabelAreaPosition::Left, 40)
.set_label_area_size(LabelAreaPosition::Bottom, 40)
.build_cartesian_2d(0..10, 0..10)?;
chart.configure_mesh().draw()?;
chart.draw_series(
Histogram::vertical(&chart)
.margin(5)
.style(GREEN.filled())
.data(vec![2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]),
)?;
Ok(())
}
这个例子中，我们首先创建了一个BitMapBackend对象，用于输出 PNG 格式的图片。然后，我们创建了一个ChartBuilder对象，用于构建图表。在ChartBuilder对象上，我们设置了标题、坐标轴标签和网格线。最后，我们使用Histogram对象绘制了一组柱状。Histogram对象需要一个整数向量作为输入，每个整数表示一个柱状的高度。在这个例子中，我们绘制了一组高度为 2 到 9 的柱状。
绘制散点图
下面是一个简单的例子，演示如何使用 Plotters 绘制散点图：
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use plotters::prelude::*;
fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
let root = BitMapBackend::new("plot.png", (640, 480)).into_drawing_area();
root.fill(&WHITE)?;
let mut chart = ChartBuilder::on(&root)
.caption("散点图", ("sans-serif", 30))
.set_label_area_size(LabelAreaPosition::Left, 40)
.set_label_area_size(LabelAreaPosition::Bottom, 40)
.build_cartesian_2d(0..10, 0..10)?;
chart.configure_mesh().draw()?;
chart.draw_series(
PointSeries::of_element(
[(0, 0), (1, 1), (2, 2), (3, 3), (4, 4), (5, 5), (6, 6), (7, 7), (8, 8), (9, 9)],
5,
&BLUE,
&|c, s, st| {
return EmptyElement::at(c) + Circle::new((0, 0), s, st.filled());
},
),
)?;
Ok(())
}
这个例子中，我们首先创建了一个BitMapBackend对象，用于输出 PNG 格式的图片。然后，我们创建了一个ChartBuilder对象，用于构建图表。在ChartBuilder对象上，我们设置了标题、坐标轴标签和网格线。最后，我们使用PointSeries对象绘制了一组散点。PointSeries对象需要一个元组列表作为输入，每个元组包含一个 x 坐标和一个 y 坐标。在这个例子中，我们绘制了一组从(0,0)到(9,9)的散点。
绘制饼图
下面是一个简单的例子，演示如何使用 Plotters 绘制饼图：
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use plotters::prelude::*;
fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
let root = BitMapBackend::new("plot.png", (640, 480)).into_drawing_area();
root.fill(&WHITE)?;
let data = vec![("A", 10), ("B", 20), ("C", 30), ("D", 40)];
let sum = data.iter().map(|(_, v)| v).sum::<i32>() as f64;
let mut chart = ChartBuilder::on(&root)
.caption("饼图", ("sans-serif", 30))
.build_ranged(0.0..1.0, 0.0..1.0)?;
chart.draw_series(
data.iter()
.map(|(label, value)| {
let value = *value as f64 / sum;
Sector::new(
(0.5, 0.5),
value,
(0.0, 0.0),
(HSLColor(0.0, 1.0, 0.5), BLACK),
)
.label(label)
.legend(move |(x, y)| {
Rectangle::new([(x - 5, y - 5), (x + 5, y + 5)], HSLColor(0.0, 1.0, 0.5).filled())
})
})
.collect::<Vec<_>>(),
)?;
Ok(())
}
这个例子中，我们首先创建了一个BitMapBackend对象，用于输出 PNG 格式的图片。然后，我们创建了一个ChartBuilder对象，用于构建图表。在ChartBuilder对象上，我们设置了标题。最后，我们使用Sector对象绘制了一组扇形。Sector对象需要一个位置、角度、半径、颜色和标签等参数。在这个例子中，我们绘制了一组占比为 10%、20%、30%和 40%的扇形。
绘制等高线图
下面是一个简单的例子，演示如何使用 Plotters 绘制等高线图：
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use plotters::prelude::*;
fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
let root = BitMapBackend::new("plot.png", (640, 480)).into_drawing_area();
root.fill(&WHITE)?;
let mut chart = ChartBuilder::on(&root)
.caption("等高线图", ("sans-serif", 30))
.set_label_area_size(LabelAreaPosition::Left, 40)
.set_label_area_size(LabelAreaPosition::Bottom, 40)
.build_cartesian_2d(0..10, 0..10)?;
chart.configure_mesh().draw()?;
let data = (0..=100).map(|i| {
let x = i as f64 / 10.0;
let y = i as f64 / 10.0;
(x, y, (x * x + y * y).sin())
});
chart.draw_series(
ContourSeries::new(
data,
(0..=10).map(|i| i as f64),
(0..=10).map(|i| i as f64),
&Palette::viridis(),
)
.levels(20),
)?;
Ok(())
}
这个例子中，我们首先创建了一个BitMapBackend对象，用于输出 PNG 格式的图片。然后，我们创建了一个ChartBuilder对象，用于构建图表。在ChartBuilder对象上，我们设置了标题、坐标轴标签和网格线。最后，我们使用ContourSeries对象绘制了一组等高线。ContourSeries对象需要一个元组列表作为输入，每个元组包含一个 x 坐标、一个 y 坐标和一个高度。在这个例子中，我们绘制了一个以(0,0)为中心的高斯分布等高线。
绘制热力图
下面是一个简单的例子，演示如何使用 Plotters 绘制热力图：
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use plotters::prelude::*;
fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
let root = BitMapBackend::new("plot.png", (640, 480)).into_drawing_area();
root.fill(&WHITE)?;
let mut chart = ChartBuilder::on(&root)
.caption("热力图", ("sans-serif", 30))
.set_label_area_size(LabelAreaPosition::Left, 40)
.set_label_area_size(LabelAreaPosition::Bottom, 40)
.build_cartesian_2d(0..10, 0..10)?;
chart.configure_mesh().draw()?;
let data = (0..=100).map(|i| {
let x = i as f64 / 10.0;
let y = i as f64 / 10.0;
(x, y, (x * x + y * y).sin())
});
chart.draw_series(
Heatmap::new(data, &Palette::viridis())
.x_label("X")
.y_label("Y"),
)?;
Ok(())
}
这个例子中，我们首先创建了一个BitMapBackend对象，用于输出 PNG 格式的图片。然后，我们创建了一个ChartBuilder对象，用于构建图表。在ChartBuilder对象上，我们设置了标题、坐标轴标签和网格线。最后，我们使用Heatmap对象绘制了一个热力图。Heatmap对象需要一个元组列表作为输入，每个元组包含一个 x 坐标、一个 y 坐标和一个高度。在这个例子中，我们绘制了一个以(0,0)为中心的高斯分布热力图。
绘制箱线图
下面是一个简单的例子，演示如何使用 Plotters 绘制箱线图：
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use plotters::prelude::*;
fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
let root = BitMapBackend::new("plot.png", (640, 480)).into_drawing_area();
root.fill(&WHITE)?;
let mut chart = ChartBuilder::on(&root)
.caption("箱线图", ("sans-serif", 30))
.set_label_area_size(LabelAreaPosition::Left, 40)
.set_label_area_size(LabelAreaPosition::Bottom, 40)
.build_cartesian_2d(0..10, 0..10)?;
chart.configure_mesh().draw()?;
let data = vec![
("A", vec![2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]),
("B", vec![3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]),
("C", vec![4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11]),
("D", vec![5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]),
];
chart.draw_series(
data.iter()
.enumerate()
.map(|(i, (label, values))| {
BoxPlot::new_horizontal(
values.iter().map(|&v| (v - 2) as f64),
i as f64,
&BLACK,
)
.label(label)
})
.collect::<Vec<_>>(),
)?;
Ok(())
}
这个例子中，我们首先创建了一个BitMapBackend对象，用于输出 PNG 格式的图片。然后，我们创建了一个ChartBuilder对象，用于构建图表。在ChartBuilder对象上，我们设置了标题、坐标轴标签和网格线。最后，我们使用BoxPlot对象绘制了一组箱线。BoxPlot对象需要一个浮点数向量作为输入，每个浮点数表示一个箱线的高度。在这个例子中，我们绘制了一组包含四个箱线的箱线图。
绘制极坐标图
下面是一个简单的例子，演示如何使用 Plotters 绘制极坐标图：
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use plotters::prelude::*;
fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
let root = BitMapBackend::new("plot.png", (640, 480)).into_drawing_area();
root.fill(&WHITE)?;
let mut chart = ChartBuilder::on(&root)
.caption("极坐标图", ("sans-serif", 30))
.build_cartesian_2d(-1.2..1.2, -1.2..1.2)?;
chart.configure_mesh().draw()?;
chart.draw_series(LineSeries::new(
(-100..=100)
.map(|i| {
let t = i as f64 / 100.0 * std::f64::consts::PI * 2.0;
(t.cos(), t.sin())
})
.take(101),
&RED,
))?;
Ok(())
}
这个例子中，我们首先创建了一个BitMapBackend对象，用于输出 PNG 格式的图片。然后，我们创建了一个ChartBuilder对象，用于构建图表。在ChartBuilder对象上，我们设置了标题。最后，我们使用LineSeries对象绘制了一条极坐标线。LineSeries对象需要一个元组列表作为输入，每个元组包含一个角度和一个半径。在这个例子中，我们绘制了一条从 0 度到 360 度的极坐标线。
自定义样式
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use plotters::prelude::*;
fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
let root = BitMapBackend::new("plot.png", (640, 480)).into_drawing_area();
root.fill(&WHITE)?;
let mut chart = ChartBuilder::on(&root)
.caption("Custom Style Chart", ("sans-serif", 20))
.x_label_area_size(30)
.y_label_area_size(30)
.build_cartesian_2d(0f32..10f32, 0f32..10f32)?;
chart.configure_mesh().draw()?;
chart
.draw_series(LineSeries::new(
(0..10).map(|x| (x as f32, (x as f32).powf(2.0))),
&RED.stroke_width(2),
))?
.label("y=x^2");
chart
.draw_series(LineSeries::new(
(0..10).map(|x| (x as f32, (x as f32).powf(2.0) + 2.0)),
&BLUE.stroke_width(2),
))?
.label("y=x^2+2");
chart
.configure_series_labels()
.background_style(&WHITE.mix(0.8))
.border_style(&BLACK)
.draw()?;
Ok(())
}
这个示例创建了一个自定义样式的图表。我们使用stroke_width方法设置了线段的宽度，使用mix方法设置了标签的背景色。我们还使用border_style方法设置了标签的边框颜色。
使用 CSV 文件绘制线图
下面是一个使用 CSV 文件绘制线图的示例代码：
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use plotters::prelude::*;
use std::fs::File;
use std::io::{BufRead, BufReader};
fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
let root = BitMapBackend::new("line_csv.png", (640, 480)).into_drawing_area();
root.fill(&WHITE)?;
let mut chart = ChartBuilder::on(&root)
.caption("Line Chart with CSV", ("sans-serif", 40))
.set_label_area_size(LabelAreaPosition::Left, 50)
.set_label_area_size(LabelAreaPosition::Bottom, 50)
.build_cartesian_2d(0..10, 0..10)?;
chart.configure_mesh().draw()?;
let file = File::open("data.csv").unwrap();
let reader = BufReader::new(file);
let data: Vec<(i32, i32)> = reader
.lines()
.map(|line| {
let line = line.unwrap();
let parts: Vec<&str> = line.split(',').collect();
let x = parts[0].parse::<i32>().unwrap();
let y = parts[1].parse::<i32>().unwrap();
(x, y)
})
.collect();
chart.draw_series(LineSeries::new(data, &RED))?;
Ok(())
}
在上述代码中，我们首先创建了一个BitMapBackend对象，用于指定输出格式和大小。然后，我们创建了一个ChartBuilder对象，用于指定图表的标题和坐标轴等属性。接着，我们读取了一个名为data.csv的 CSV 文件，并将其转换为一个包含(i32, i32)元组的向量。最后，我们通过chart.draw_series方法将线图绘制到图表中。
绘制带有标签的散点图
下面是一个绘制带有标签的散点图的示例代码：
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use plotters::prelude::*;
fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
let root = BitMapBackend::new("scatter.png", (640, 480)).into_drawing_area();
root.fill(&WHITE)?;
let mut chart = ChartBuilder::on(&root)
.caption("Scatter Chart with Labels", ("sans-serif", 40))
.set_label_area_size(LabelAreaPosition::Left, 50)
.set_label_area_size(LabelAreaPosition::Bottom, 50)
.build_cartesian_2d(0..10, 0..10)?;
chart.configure_mesh().draw()?;
let data = [
("A", (1, 2)),
("B", (2, 3)),
("C", (3, 4)),
("D", (4, 5)),
("E", (5, 6)),
];
chart.draw_series(
data.iter()
.map(|(label, (x, y))| {
Circle::new((*x, *y), 5, BLUE.filled())
.label(*label)
.legend(*label)
})
.collect::<Vec<_>>(),
)?;
chart
.configure_series_labels()
.background_style(&WHITE.mix(0.8))
.border_style(&BLACK)
.draw()?;
Ok(())
}
在上述代码中，我们首先创建了一个BitMapBackend对象，用于指定输出格式和大小。然后，我们创建了一个ChartBuilder对象，用于指定图表的标题和坐标轴等属性。接着，我们创建了一个包含标签的散点数据，并使用Circle对象绘制散点图。最后，我们通过chart.configure_series_labels方法绘制标签。
绘制堆叠柱状图
下面是一个绘制堆叠柱状图的示例代码：
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use plotters::prelude::*;
fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
let root = BitMapBackend::new("stacked_bar.png", (640, 480)).into_drawing_area();
root.fill(&WHITE)?;
let mut chart = ChartBuilder::on(&root)
.caption("Stacked Bar Chart", ("sans-serif", 40))
.set_label_area_size(LabelAreaPosition::Left, 50)
.set_label_area_size(LabelAreaPosition::Bottom, 50)
.build_cartesian_2d(0..10, 0..10)?;
chart.configure_mesh().draw()?;
let data = vec![
("A", vec![2, 3, 1, 4, 2]),
("B", vec![1, 4, 3, 2, 1]),
("C", vec![3, 2, 4, 1, 3]),
];
chart.draw_series(
data.iter()
.enumerate()
.map(|(i, (label, values))| {
let color = Palette99::pick(i);
let values = values.iter().map(|v| *v as i64).collect::<Vec<_>>();
let sum = values.iter().sum::<i64>();
let offset = if i == 0 { 0 } else { data[i - 1].1.iter().sum::<i32>() };
let data = values.iter().enumerate().map(|(j, v)| (j as i32 + offset, *v)).collect::<Vec<_>>();
BarChart::new(data, 0.5)
.style(color.filled())
.label(label)
.legend(format!("{} ({}%)", label, v as f64 / sum as f64 * 100.0))
})
.collect::<Vec<_>>(),
)?;
chart
.configure_series_labels()
.background_style(&WHITE.mix(0.8))
.border_style(&BLACK)
.draw()?;
Ok(())
}
在上述代码中，我们首先创建了一个BitMapBackend对象，用于指定输出格式和大小。然后，我们创建了一个ChartBuilder对象，用于指定图表的标题和坐标轴等属性。接着，我们创建了一个包含堆叠柱状数据，并使用BarChart对象绘制堆叠柱状图。最后，我们通过chart.configure_series_labels方法绘制标签。
总结
Plotters 是一个强大的绘图库，可以用于创建各种类型的图表。它提供了易于使用的 API，可以轻松地创建高质量的图表，并支持多种输出格式。在使用 Plotters 时，我们可以遵循最佳实践，以提高代码的可读性和可维护性。
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