【Python】Tkinterスライダーバーの使い方、グラフ操作

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本記事を読むと以下の実行ができます

PythonでGUI(グラフィカルユーザーインターフェース)を作成するとき、
Tkinterは非常に便利なライブラリです。

スライダーバーは、ユーザーがリアルタイムで数値を操作できて、
matplotlibを使えば、グラフなどを動的に変化させることが可能です。

本記事では、Tkinterを使ってスライダーバーを作成し、
さらにそのスライダーでリアルタイムにグラフを操作する方法について解説します。

本記事は次の人におすすめ
  • PythonでのGUI開発に興味がある方
  • Tkinterを使ってみたい初学者
  • 動的なグラフ操作を実装してみたい方
  • 数学的な関数を可視化するツールを作成したい方
  • Pythonのプロジェクトでユーザーインターフェースを改善したい方
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画面(ウィンドウ)作成

Tkinterを使って、まずは画面(ウィンドウ)を作成します。
これはTkinterの基本的な使い方であり、すべてのGUIアプリケーションの出発点です。

import tkinter as tk

# Tkinterウィンドウの作成
root = tk.Tk()
root.title("Tkinterウィンドウの作成")

# ウィンドウサイズ設定
root.geometry("400x300")

# メインループ
root.mainloop()

tk.Tk()メソッドでアプリケーションウィンドウを生成し、
その後、ウィジェット(ボタンやラベルなど)を配置していきます。

スライダーバーの作成

TkinterのScaleウィジェットを使って、スライダーバーを簡単に作成できます。
スライダーは、数値の範囲を設定し、その範囲内でユーザーが値を選べるようにするUI要素です。

import tkinter as tk

# Tkinterウィンドウの作成
root = tk.Tk()
root.title("スライダーバーの作成")

# スライダーバーの作成
slider = tk.Scale(root)
slider.pack(padx=20, pady=20)

# メインループ
root.mainloop()

スライダーバーは、数値を自由に操作できるため多くの用途で役立ちます。
具体的には、以下のようなシーンで利用できます。

スライダーバーの用途
  • ユーザーがリアルタイムで数値を調整できる場面(例えば音量調整や色の選択)
  • ゲームやシミュレーションのパラメータを操作
  • 数学的な関数やグラフの動的可視化
  • 画像処理アプリケーションでのフィルター強度の調整
  • アニメーションやモデルの速度・位置調整

初期値の設定

スライダーバーには初期値を設定できます。
これにより、アプリケーションが起動した時点で、あらかじめ選択された状態が表示されます。

import tkinter as tk

# Tkinterウィンドウの作成
root = tk.Tk()
root.title("初期値の設定")

# スライダーバーの作成
slider = tk.Scale(root, from_=0, to=100, orient=tk.HORIZONTAL, label="スライダー")
slider.set(50)  # 初期値を50に設定
slider.pack(padx=20, pady=20)

# メインループ
root.mainloop()

set()メソッドを使い、スライダーバーの初期値を設定を行います。

オプション一覧(色・フォント・大きさ変更・デザインなど)

Tkinterでは、スライダーバーのデザインや外観をカスタマイズすることが可能です。
以下のオプションを用いることで、スライダーを自由に設定できます。

import tkinter as tk

# Tkinterウィンドウの作成
root = tk.Tk()
root.title("スライダーのオプション")

# スライダーバーの作成(デザイン変更)
slider = tk.Scale(root, from_=0, to=100, orient=tk.HORIZONTAL, label="スライダー", length=300, width=20, font=("Helvetica", 14), fg="blue", bg="lightgray")
slider.pack(padx=20, pady=20)

# メインループ
root.mainloop()
オプション一覧
  • color:スライダーバー自体や関連する要素の色を変更。RGB値をスライダーで動的に変えることで、リアルタイムでグラフの色を変更することが可能。
  • font:ラベルやタイトルに使うフォントのスタイルやサイズを設定可能。
  • width:スライダーバーの幅を設定。視認性を向上させたい場合やデザインに応じて調整。
  • length:スライダーバーの長さを設定。GUIの見た目やユーザーエクスペリエンスに合わせたカスタマイズができる。
  • orient:スライダーの方向をHORIZONTALまたはVERTICALで設定。用途に応じて使い分ける。

matplotlibグラフをスライダーで操作する

スライダーとグラフ描画の相性は高く、リアルタイムで関数が変化し、
概形の色を変えるスライダーを作成します。

x軸(定義域)を変化させるグラフ作成を紹介しています。

ソースコード

import tkinter as tk
from tkinter import ttk
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.backends.backend_tkagg import FigureCanvasTkAgg

# グラフの更新関数
def update_graph():
    a = a_slider.get()
    b = b_slider.get()
    c = c_slider.get()
    
    # RGB色の計算
    red = color_slider.get()
    color = f"#{red:02x}00ff"  #赤の成分

    x = np.linspace(-10, 10, 400)
    y = a * x**2 + b * x + c
    
    ax.clear()
    ax.plot(x, y, color=color)  # 色をスライダーで変更
    ax.set_title(f"y = {a}x^2 + {b}x + {c}")
    ax.set_xlabel("x")
    ax.set_ylabel("y")
    ax.grid()
    canvas.draw()

# Tkinterウィンドウ
root = tk.Tk()
root.title("二次関数グラフ")


fn=tk.Label(text="y=ax^2+bx+c")
fn.pack()


# スライダー用のフレームを作成
slider_frame = tk.Frame(root)
slider_frame.pack(pady=10)  #

# スライダーの作成
a_slider = tk.Scale(slider_frame, from_=-10, to=10, resolution=0.1, orient=tk.HORIZONTAL, command=lambda x: update_graph(),width=40)
a_slider.set(0)  # 初期値
a_slider.pack(side=tk.LEFT, padx=5)  # 横並びに配置

b_slider = tk.Scale(slider_frame, from_=-10, to=10, resolution=0.1, orient=tk.HORIZONTAL, command=lambda x: update_graph(),width=40)
b_slider.set(0)  # 初期値
b_slider.pack(side=tk.LEFT, padx=5)  # 横並びに配置

c_slider = tk.Scale(slider_frame, from_=-10, to=10, resolution=0.1, orient=tk.HORIZONTAL, command=lambda x: update_graph(),width=40)
c_slider.set(0)  # 初期値
c_slider.pack(side=tk.LEFT, padx=5)  # 横並びに配置

# 垂直スライダー (グラフの色変更)
color_slider = tk.Scale(root, from_=0, to=255, orient=tk.VERTICAL, command=lambda x: update_graph(),width=20, length=400)
color_slider.set(0)  # 初期値
color_slider.pack(side=tk.LEFT, padx=5)
tk.Label(root, text="グラフの色").pack(side=tk.LEFT)

# グラフ描画エリアの作成
fig, ax = plt.subplots()
canvas = FigureCanvasTkAgg(fig, master=root)
canvas.get_tk_widget().pack()

update_graph()  # 初期表示

root.mainloop()

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PythonでGUIを作成する方法を取り扱う。Tkinterの発展的な操作まで学習できる。翻訳アプリ、家計簿アプリ、電卓アプリ、音楽再生アプリなど作成して、exeファイル化する。

解説

  • モジュール名

「ttk」:tkinterの一部で、よりモダンなウィジェットスタイルを提供するために使用。
「numpy」:数値計算のためのライブラリ。np.linspaceを使用してグラフのx軸のデータを生成するために使用。
「matplotlib」:グラフ描画ライブラリ。FigureCanvasTkAggと連携して、Tkinter上でグラフを表示するために使用。

インストールには、それぞれpipを使用します。

pip install numpy
pip install matplotlib

数値解析には、様々なライブラリがあります。

統計処理・データ分析で必要なライブラリをまとめています。
  • フィールド(メンバ変数)

「a_slider」:二次関数の係数 a を調整するための水平スライダー。
「b_slider」:二次関数の係数 b を調整するための水平スライダー。
「c_slider」:二次関数の係数 c を調整するための水平スライダー。
「color_slider」:グラフの色(RGBの赤成分)を調整するための垂直スライダー。
「fig」:matplotlibのFigureオブジェクト。グラフ描画領域のベースとなる。
「ax」:matplotlibのAxesオブジェクト。グラフの描画や設定を行うための領域。

Tkinterでラベルの使い方を紹介しています。
  • 関数・メソッド

update_graph 関数
スライダーの値に基づいて二次関数 y = ax^2 + bx + c を描画する。以下の処理を行います。

  • スライダーの値(a, b, c)を取得し、それに基づいてグラフを更新。
  • x軸の値をnumpy.linspaceで生成し、y軸の値を二次関数で計算。
  • スライダーから得た色の値を使用し、グラフの線の色を変更。
  • matplotlibのaxをクリアして新しいグラフを描画。
  • canvas.drawでTkinterウィジェット上に新しいグラフを表示。

実演

スクリプトの主要な機能は、スライダーバーを使って二次関数のグラフを操作し、
またグラフの色をリアルタイムで変更する点です。

  • ウィンドウ作成:tk.Tk()でウィンドウを生成し、基本的なレイアウトを設定します。
  • スライダーの生成:a_slider、b_slider、c_sliderという3つのスライダーを作成し、これらはそれぞれ二次関数の係数 a、b、cを操作します。また、color_sliderはグラフの色(RGBの赤成分)を動的に変更します。
  • グラフの描画:matplotlibを使ってグラフを表示し、スライダーの値に基づいてグラフの形状が変わります。update_graph()関数はスライダーが操作されるたびに呼び出され、グラフがリアルタイムで再描画されます。
  • リアルタイム更新:スライダーの値を取得し、二次関数の式に適用。さらに色もRGB値に基づいて動的に変化します。ax.clear()でグラフをクリアし、新しい値に基づいたグラフが描画されます。

まとめ

スライダーを使ったリアルタイムグラフ操作や色の動的変更などを通して、
Pythonでのアプリケーション開発の幅が広がります。
今回の例を応用すれば、データビジュアライゼーションに優れた数学ツールなどに応用が可能です。

この記事を書いた人

プロフィール

アリッシア

                 

大学4年間で何か胸を張れるスキルを身に着けたくて当サイト運営を始めました。
現在、大学院に進学するか就職するか迷いながら勉強しています。
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