Matplotlib：如何以图元单位而非数据单位设置箭头大小？

问题根源 #

Matplotlib里箭头的width、head_width这类参数默认是数据单位，所以子图轴范围、纵横比不一样时，箭头外观就会乱——要么大小不一，要么换个方向就变形。你之前用set_data改宽度的路子走不通，因为Arrow的set_data是用来改位置数据的，根本不是调尺寸的，直接调用肯定会搞乱箭头形状。

两种可行解决办法 #

办法1：直接用Axes坐标创建箭头 #

把箭头的起点、终点、尺寸都绑定到Axes单位（比如0.01代表子图宽度的1%），不管子图数据范围怎么变，箭头大小都是相对于子图的比例，外观自然一致：

import matplotlib.pyplot as plt

fig, (ax1, ax2) = plt.subplots(1, 2, figsize=(8, 4))

# 子图1：X轴0-1
ax1.set_xlim(0, 1)
ax1.set_ylim(0, 1)
# 用Axes坐标画箭头：起点(0.2,0.5)，终点(0.8,0.5)，宽度是子图宽度的1%
ax1.arrow(0.2, 0.5, 0.6, 0, width=0.01, head_width=0.03, head_length=0.04,
          transform=ax1.transAxes)

# 子图2：X轴0-10
ax2.set_xlim(0, 10)
ax2.set_ylim(0, 1)
# 完全复用上面的参数，箭头和子图1一模一样
ax2.arrow(0.2, 0.5, 0.6, 0, width=0.01, head_width=0.03, head_length=0.04,
          transform=ax2.transAxes)

plt.tight_layout()
plt.show()

办法2：把已有的箭头转成Axes单位 #

如果已经用数据单位画了箭头，可以通过坐标转换把尺寸改成基于Axes的比例：

import matplotlib.pyplot as plt

def fix_arrow_size(ax, arrow):
    # 获取数据坐标转Axes坐标的变换规则
    data2axes = ax.transAxes.inverted()
    # 拿到箭头的原始数据坐标
    x0, y0 = arrow.get_xy()
    # 把尺寸转成Axes比例，再转回数据单位
    ax_width = 0.01  # 目标宽度：子图宽度的1%
    ax_head_width = 0.03
    ax_head_length = 0.04

    # Axes单位转数据单位
    data_width = (ax.transAxes.transform((ax_width, 0)) - ax.transAxes.transform((0, 0)))[0]
    data_head_width = (ax.transAxes.transform((ax_head_width, 0)) - ax.transAxes.transform((0, 0)))[0]
    data_head_length = (ax.transAxes.transform((0, ax_head_length)) - ax.transAxes.transform((0, 0)))[1]

    # 更新箭头参数
    arrow.set_width(data_width)
    arrow.set_head_width(data_head_width)
    arrow.set_head_length(data_head_length)

# 测试代码
fig, (ax1, ax2) = plt.subplots(1, 2, figsize=(8, 4))
ax1.set_xlim(0,1)
ax1.set_ylim(0,1)
arrow1 = ax1.arrow(0.2,0.5,0.6,0, width=0.05)

ax2.set_xlim(0,10)
ax2.set_ylim(0,1)
arrow2 = ax2.arrow(2,0.5,6,0, width=0.5)

# 调整箭头尺寸
fix_arrow_size(ax1, arrow1)
fix_arrow_size(ax2, arrow2)

plt.tight_layout()
plt.show()

重要提醒 #

• 别再用set_data调箭头宽度：这个方法是用来改箭头位置的，不是尺寸，乱调用必出问题。
• 优先选办法1：直接用transform=ax.transAxes画箭头，一步到位，不用后续转换，还能自动适配子图纵横比，不会因为箭头方向改变而变形。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者keflavich