python-3.x - 使用 matplotlib 的颤动图中的错误向量（电压梯度）

Question

我编辑了一些例子来模拟2点电荷的电压叠加，并制作了一个3D曲面图，代码如下：

    import numpy as np
    import matplotlib.pyplot as plt
    from matplotlib import cm

    q1 = 2e-9
    q2 = -2e-9
    K = 9e9

    #Charge1 position
    x1 = 2.0
    y1 = 4.0
    #Charge2 position
    x2 = 6.0 
    y2 = 4.0

    x = np.linspace(0,8,50)
    y = np.linspace(0,8,50)
    x, y = np.meshgrid(x,y)

    r1 = np.sqrt((x - x1)**2 + (y - y1)**2)
    r2 = np.sqrt((x - x2)**2 + (y - y2)**2)

    V = K*(q1/r1 + q2/r2)

    fig = plt.figure()
    ax = fig.gca(projection='3d')
    surf = ax.plot_surface(x, y, V, rstride=1, cstride=1, cmap=cm.rainbow,
        linewidth=0, antialiased=False)
    fig.colorbar(surf, shrink=0.5, aspect=5)
    plt.show()

3D 表面

现在我想做的是一个等高线图，上面有一个向量（箭袋）图。我尝试了下面的代码，但是我得到了一堆错误的向量，这两种电荷都来自于两种电荷，甚至是负电荷：

fig2, ax2 = plt.subplots(1,1)
cp = ax2.contourf(x, y, V, cmap=cm.coolwarm)
fig2.colorbar(cp)

v,u = np.gradient(-V, 0.2, 0.2) #E = -∇V

ax2.quiver(x, y, u, v)  
ax2.set_title("Point Charges")
plt.show()

越野车矢量

我怀疑长向量与除以零有关。向量应该来自正电荷并进入负电荷。但是我将如何修复它们？提前致谢。

标签： python-3.xmatplotlib

Answer 1

欢迎来到 SO，非常好的 MWE。一种选择是通过将所有向量设置为 NaN 来排除超过一定长度的所有向量。这里我使用第 95 个百分位。

r = np.sqrt(u**2 + v**2)
is_valid = r < np.percentile(r, 95)
u[~is_valid] = np.nan
v[~is_valid] = np.nan
x[~is_valid] = np.nan
y[~is_valid] = np.nan

fig2, ax2 = plt.subplots(1,1)
cp = ax2.contourf(x, y, V, cmap=cm.coolwarm)
fig2.colorbar(cp)

ax2.quiver(x, y, u, v)
ax2.set_title("Point Charges")
ax2.set_xlim(0, 8)
ax2.set_ylim(0, 8)
plt.show()