manim边学边做--Matrix
在代数问题中，矩阵是必不可少的工具，manim中提供了一套展示矩阵（Matrix）的模块，
专门用于在动画中显示矩阵格式的数据。
关于矩阵的类主要有4个：
- Matrix：通用的矩阵
- IntegerMatrix：元素是整数的矩阵
- DecimalMatrix：元素包含小数的矩阵
- MobjectMatrix：元素可以是图形的矩阵
其实IntegerMatrix，DecimalMatrix，MobjectMatrix都是继承自Matrix的，
只要掌握了Matrix即可，其他几个不过是Matrix的特殊情况。Matrix系列在manim各个模块中的位置大致如上图中所示。
1. 主要参数
参数基本都是为了控制矩阵的显示样式。
| 参数名称 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
| matrix | str | 一个二维数组，也就是矩阵的数值 |
| v_buff | float | 矩阵元素的行间距 |
| h_buff | float | 矩阵元素的列间距 |
| bracket_h_buff | float | 矩阵括弧和元素之间的距离 |
| bracket_v_buff | float | 矩阵括弧的高度 |
| add_background_rectangles_to_entries | bool | 是否给矩阵元素加一个矩形背景 |
| include_background_rectangle | bool | 是否给整个矩阵加一个矩形背景 |
| element_to_mobject | Mobject对象 | 用Mobject对象作为矩阵元素 |
| element_to_mobject_config | dict | element_to_mobject的额外参数 |
| element_alignment_corner | list[float] | 元素对齐的角 |
| left_bracket | str | 左括弧的类型 |
| right_bracket | str | 右括弧的类型 |
| stretch_brackets | bool | 是否拉长括弧以适应矩阵元素 |
| bracket_config | dict | 括弧的额外参数 |
总的来看，这些参数是对矩阵3个部分的设置，矩阵背景，矩阵元素和矩阵的括弧。
2. 主要方法
Matrix提供了几个方法让我们可以动态的控制矩阵的展示效果。
| 名称 | 说明 |
|---|---|
| add_background_to_entries | 给矩阵添加背景 |
| get_brackets | 获取括弧对象 |
| get_rows | 获取矩阵行 |
| get_columns | 获取矩阵列 |
| set_column_colors | 设置矩阵 列的颜色 |
| set_row_colors | 设置矩阵 行的颜色 |
| get_entries | 获取矩阵元素 |
| get_mob_matrix | 获取矩阵的Mobject元素 |
3. 使用示例
下面演示如何使用上面主要参数和主要方法。
3.1. 矩阵元素行列间隔
参数v_buff和h_buff可以调节矩阵元素的行间隔和列间隔。
m = Matrix(data, v_buff=2)
m = Matrix(data, h_buff=2)
3.2. 矩阵元素与括弧间隔
矩阵中的元素与括弧之间的设置使用参数bracket_h_buff和bracket_v_buff。
m = Matrix(data, bracket_h_buff=1.5)
m = Matrix(data, bracket_v_buff=1.5)
3.3. 括弧的类型
括弧的类型默认是中括号[]，也可以调整为小括号和大括号，甚至左右使用不同的括号。
m = Matrix(
data,
left_bracket="(",
right_bracket="]",
)
m = Matrix(
data,
right_bracket=")",
left_bracket="\{",
)
m = Matrix(
data,
left_bracket="[",
right_bracket="\}",
)
3.4. 矩阵背景
矩阵和其中元素的背景是黑色的，如果动画的背景不是黑色的，
那么，我们可以通过参数include_background_rectangle保留整个矩阵的黑色背景，
或者使用参数add_background_rectangles_to_entries只保留矩阵元素的黑色背景。
Matrix(
data,
include_background_rectangle=True,
)
Matrix(
data,
add_background_rectangles_to_entries=True,
)
3.5. 定制矩阵元素
矩阵中的元素不只是数字，也可以用latex公式，甚至是图形。
# 公式元素
data = [["y=x^2", 2], [3, "\\pi r^2"]]
m = Matrix(data)
# 图形元素
a11 = Triangle(color=GREEN)
a12 = RegularPolygon(n=10, color=YELLOW)
a21 = Circle()
a22 = Star(7, outer_radius=2, density=2)
data = [[a11, a12], [a21, a22]]
m = MobjectMatrix(data)
3.6. 行列操作
上面演示的是参数的使用，下面演示如何使用Matrix提供的方法，动态的改变Matrix的样式。
首先用get_rows和get_columns方法得到行列对象，再分别设置它们的颜色。
m = Matrix(data)
rows = m.get_rows()
rows[0].set_color(RED)
rows[1].set_color(GREEN)
m = Matrix(data)
columns = m.get_columns()
columns[0].set_color(BLUE)
columns[1].set_color(YELLOW)
3.7. 矩阵元素操作
除了行列，还有个方法get_entries可以更细致的操作矩阵的每个元素。
# 每个元素设置不同的颜色
m = Matrix(data)
entries = m.get_entries()
entries[0].set_color(RED)
entries[1].set_color(GREEN)
entries[2].set_color(BLUE)
entries[3].set_color(YELLOW)
# 特定元素加上边框
m = Matrix(data)
entries = m.get_entries()
m.add(SurroundingRectangle(entries[0]))
m.add(SurroundingRectangle(entries[3]))
3.8. 括弧操作
最后，还可以使用方法get_brackets获取矩阵的括弧对象，然后对其进行一些操作。
m = Matrix(data)
brackets = m.get_brackets()
brackets[0].set_color(RED)
brackets[1].set_color(GREEN)
m = Matrix(data)
brackets = m.get_brackets()
self.play(Indicate(brackets))
4. 附件
文中完整的代码放在网盘中了（matrix.py），
下载地址: 完整代码 (访问密码: 6872)