0

0

Matplotlib 渲染线条失真:y轴范围过大导致数据看似“扁平化”

心靈之曲

心靈之曲

发布时间:2026-01-10 11:17:02

|

324人浏览过

|

来源于php中文网

原创

Matplotlib 渲染线条失真:y轴范围过大导致数据看似“扁平化”

当 matplotlib 绘图中某条曲线实际存在但视觉上呈现为水平直线时,极大概率是 y 轴自动缩放范围严重失衡(如跨度达 10¹⁸),致使微小变化完全不可见;需主动限制 ylim 或检查数据是否发生数值爆炸。

该问题本质并非绘图代码错误,而是数值不稳定引发的可视化假象。从您提供的两幅图对比可见:FTBS_nonlin_out[0.0](初始时刻信号)在 plot2 中清晰显示为正弦形脉冲(≈5×sin(x/π)),但在 plot1 中却退化为一条近乎水平的直线——这并非数据丢失,而是 Matplotlib 自动设置的 y 轴范围(ylim)被另一条严重发散的曲线(如 FTBS_nonlin_out[4] 在 t=4 时已因数值不稳定性产生超大负值)拉伸至 [-2e18, 0] 量级。在此尺度下,原始幅度仅 ±5 的蓝色曲线波动不足 1e−17 相对误差,像素级不可分辨,故视觉上“变平”。

根本原因在于 FTBS(Upwind)格式求解非线性对流方程 u_t + u u_x = 0 时,未满足 CFL 条件(Courant–Friedrichs–Lewy condition):
[ C = \frac{c{\text{max}} \cdot \Delta t}{\Delta x} \leq 1, \quad \text{其中 } c{\text{max}} \approx \max|u| ]
您的代码中设 dt = 0.5, dx = L/J = 1.0,而初始最大速度 max|u| ≈ 5 → 实际 CFL 数 C ≈ 5 × 0.5 / 1.0 = 2.5 > 1,导致截断误差指数放大,数值解迅速崩溃(如 t=4 时出现 −10¹⁸ 级别异常值)。

✅ 正确做法如下:

  1. 强制统一 y 轴范围(快速验证):

    ax1.set_ylim(-10, 10)  # 或 ax1.set_ylim(FTBS_nonlin_out[0.0].min()-1, FTBS_nonlin_out[0.0].max()+1)
  2. 修复数值稳定性(治本):

    VisualizeAI
    VisualizeAI

    用AI把你的想法变成现实

    下载
    • 动态计算当前最大波速:u_max = np.max(np.abs(signal[t]))
    • 满足 CFL:dt = 0.9 * dx / u_max if u_max > 0 else 0.5
    • 或直接改用更稳定格式(如 Lax-Wendroff、WENO)或添加人工粘性。
  3. 调试建议

    • 始终检查关键时间步的数据极值:print(f"t={t}: min={signal[t].min():.2e}, max={signal[t].max():.2e}")
    • 使用 plt.yscale('symlog') 观察跨数量级数据(慎用于生产)。
⚠️ 注意:pd.DataFrame.iloc[1:] 遍历会跳过首行(x=0),但边界条件未显式处理,可能加剧不稳定性。建议明确实现左边界(如 signal.loc[0, t1] = signal.loc[0, t])并验证守恒性。

总结:Matplotlib 不会“画错”数据,它忠实地渲染坐标系下的点。所谓“扁平线”,往往是数值失控的警示灯——此时应优先审视算法稳定性与参数合理性,而非调整绘图样式。

相关专题

更多
python中print函数的用法
python中print函数的用法

python中print函数的语法是“print(value1, value2, ..., sep=' ', end=' ', file=sys.stdout, flush=False)”。本专题为大家提供print相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

184

2023.09.27

if什么意思
if什么意思

if的意思是“如果”的条件。它是一个用于引导条件语句的关键词,用于根据特定条件的真假情况来执行不同的代码块。本专题提供if什么意思的相关文章,供大家免费阅读。

738

2023.08.22

页面置换算法
页面置换算法

页面置换算法是操作系统中用来决定在内存中哪些页面应该被换出以便为新的页面提供空间的算法。本专题为大家提供页面置换算法的相关文章,大家可以免费体验。

402

2023.08.14

Golang gRPC 服务开发与Protobuf实战
Golang gRPC 服务开发与Protobuf实战

本专题系统讲解 Golang 在 gRPC 服务开发中的完整实践,涵盖 Protobuf 定义与代码生成、gRPC 服务端与客户端实现、流式 RPC(Unary/Server/Client/Bidirectional)、错误处理、拦截器、中间件以及与 HTTP/REST 的对接方案。通过实际案例,帮助学习者掌握 使用 Go 构建高性能、强类型、可扩展的 RPC 服务体系,适用于微服务与内部系统通信场景。

8

2026.01.15

公务员递补名单公布时间 公务员递补要求
公务员递补名单公布时间 公务员递补要求

公务员递补名单公布时间不固定,通常在面试前,由招录单位(如国家知识产权局、海关等)发布,依据是原入围考生放弃资格,会按笔试成绩从高到低递补,递补考生需按公告要求限时确认并提交材料,及时参加面试/体检等后续环节。要求核心是按招录单位公告及时响应、提交材料(确认书、资格复审材料)并准时参加面试。

37

2026.01.15

公务员调剂条件 2026调剂公告时间
公务员调剂条件 2026调剂公告时间

(一)符合拟调剂职位所要求的资格条件。 (二)公共科目笔试成绩同时达到拟调剂职位和原报考职位的合格分数线,且考试类别相同。 拟调剂职位设置了专业科目笔试条件的,专业科目笔试成绩还须同时达到合格分数线,且考试类别相同。 (三)未进入原报考职位面试人员名单。

52

2026.01.15

国考成绩查询入口 国考分数公布时间2026
国考成绩查询入口 国考分数公布时间2026

笔试成绩查询入口已开通,考生可登录国家公务员局中央机关及其直属机构2026年度考试录用公务员专题网站http://bm.scs.gov.cn/pp/gkweb/core/web/ui/business/examResult/written_result.html,查询笔试成绩和合格分数线,点击“笔试成绩查询”按钮,凭借身份证及准考证进行查询。

8

2026.01.15

Java 桌面应用开发(JavaFX 实战)
Java 桌面应用开发(JavaFX 实战)

本专题系统讲解 Java 在桌面应用开发领域的实战应用,重点围绕 JavaFX 框架,涵盖界面布局、控件使用、事件处理、FXML、样式美化(CSS)、多线程与UI响应优化,以及桌面应用的打包与发布。通过完整示例项目,帮助学习者掌握 使用 Java 构建现代化、跨平台桌面应用程序的核心能力。

65

2026.01.14

php与html混编教程大全
php与html混编教程大全

本专题整合了php和html混编相关教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

36

2026.01.13

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
Java 教程
Java 教程

共578课时 | 46.4万人学习

国外Web开发全栈课程全集
国外Web开发全栈课程全集

共12课时 | 1.0万人学习

关于我们 免责申明 举报中心 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号 技术交流群
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送

Copyright 2014-2026 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号