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十分钟入门Matplotlib

發(fā)布時間：2023/12/20 编程问答 30 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了十分钟入门Matplotlib 小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.

數(shù)據(jù)的處理、分析和可視化已經(jīng)成為 Python 近年來最重要的應用之一。這種現(xiàn)象又進一步引出“大數(shù)據(jù)”分析等類似的話題，而大數(shù)據(jù)分析在人們所能預見的諸多領(lǐng)域內(nèi)都有廣泛應用，這其中就包含筆者個人感興趣的機器學習。

Python 在處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)可視化方面擁有很多功能強大的工具，這也是 Python 在科學領(lǐng)域中能夠迅速發(fā)展的一個主要原因。

在接下來的一系列文章中，我們將介紹 Python 科學計算中涉及的主要的庫，并且學習如何使用它們處理數(shù)據(jù)以滿足我們的需求。但是我們并非只是停留在快速寫出模板代碼來使用這些庫的層面上，我們還會了解這些庫背后的數(shù)學知識，以幫助我們更好地理解庫的運行原理。

首先，我們將從一個功能非常強大的庫 Matplotlib 開始介紹，在后面的文章中也會一直用到這個庫。

什么是 Matplotlib?

簡單來說，Matplotlib 是 Python 的一個繪圖庫。它包含了大量的工具，你可以使用這些工具創(chuàng)建各種圖形，包括簡單的散點圖，正弦曲線，甚至是三維圖形。Python 科學計算社區(qū)經(jīng)常使用它完成數(shù)據(jù)可視化的工作。

你可以在他們的網(wǎng)站上了解到更多 Matplotlib 背后的設計思想，但是我強烈建議你先瀏覽一下他們的圖庫，體會一下這個庫的各種神奇功能。

畫一個簡單的圖形

首先我們要畫一條在 [0, 2pi] 上的正弦曲線。讀者應該會注意到我們在這里使用了 Numpy 庫，但是即便你沒有使用過這個庫也不用擔心，在后面的文章中我們也會介紹到 Numpy 庫。

Python import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np

12	<span class="kn">import</span><span class="nn">matplotlib.pyplot</span><span class="kn">as</span><span class="nn">plt</span><span class="kn">import</span><span class="nn">numpy</span><span class="kn">as</span><span class="nn">np</span>

以上這些就是我們將要用到的導入模塊。在我的上一篇文章(以及另一篇文章)中都提到過?from x import *?是一種糟糕的導入方式。我們不想在程序里重復書寫?matplotlib.pyplot?和?numpy，這種書寫方式過于冗長，因此我們采用了上面的折中寫法。

Python # 簡單的繪圖 x = np.linspace(0, 2 * np.pi, 50) plt.plot(x, np.sin(x)) # 如果沒有第一個參數(shù) x，圖形的 x 坐標默認為數(shù)組的索引 plt.show() # 顯示圖形

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# 簡單的繪圖x=np.linspace(0,2*np.pi,50)plt.plot(x,np.sin(x))# 如果沒有第一個參數(shù) x，圖形的 x 坐標默認為數(shù)組的索引plt.show()# 顯示圖形

上面的代碼將畫出一個簡單的正弦曲線。np.linspace(0, 2 * np.pi, 50)?這段代碼將會生成一個包含 50 個元素的數(shù)組，這 50 個元素均勻的分布在 [0, 2pi] 的區(qū)間上。

plot?命令以一種簡潔優(yōu)雅的方式創(chuàng)建了圖形。提醒一下，如果沒有第一個參數(shù) x，圖形的 x 軸坐標將不再是 0 到 2pi，而應該是數(shù)組的索引范圍。

最后一行代碼?`plt.show()?將圖形顯示出來，如果沒有這行代碼圖像就不會顯示。

運行代碼后應該會類似得到下面的圖形：

在一張圖上繪制兩個數(shù)據(jù)集

大多數(shù)時候讀者可能更想在一張圖上繪制多個數(shù)據(jù)集。用 Matplotlib 也可以輕松實現(xiàn)這一點。

Python x = np.linspace(0, 2 * np.pi, 50) plt.plot(x, np.sin(x), x, np.sin(2 * x)) plt.show()

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x=np.linspace(0,2*np.pi,50)plt.plot(x,np.sin(x),x,np.sin(2*x))plt.show()

上面的代碼同時繪制了表示函數(shù) sin(x) 和 sin(2x) 的圖形。這段代碼和前面繪制一個數(shù)據(jù)集的代碼幾乎完全相同，只有一點例外，這段代碼在調(diào)用?plt.plot()?的時候多傳入了一個數(shù)據(jù)集，并用逗號與第一個數(shù)據(jù)集分隔開。

最后你會得到類似于下面包含兩條曲線的圖形：

自定義圖形的外觀

當在同一個圖形上展示多個數(shù)據(jù)集時，通過改變線條的外觀來區(qū)分不同的數(shù)據(jù)集變得非常必要。

Python # 自定義曲線的外觀 x = np.linspace(0, 2 * np.pi, 50) plt.plot(x, np.sin(x), 'r-o', x, np.cos(x), 'g--') plt.show()

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# 自定義曲線的外觀x=np.linspace(0,2*np.pi,50)plt.plot(x,np.sin(x),'r-o',x,np.cos(x),'g--')plt.show()

上述代碼展示了兩種不同的曲線樣式：'r-o'?和?'g--'。字母 'r' 和 'g' 代表線條的顏色，后面的符號代表線和點標記的類型。例如?'-o'?代表包含實心點標記的實線，'--'?代表虛線。其他的參數(shù)需要讀者自己去嘗試，這也是學習 Matplotlib 最好的方式。

顏色：藍色 - 'b' 綠色 - 'g' 紅色 - 'r' 青色 - 'c' 品紅 - 'm' 黃色 - 'y' 黑色 - 'k'（'b'代表藍色，所以這里用黑色的最后一個字母）白色 - 'w'

線：直線 - '-' 虛線 - '--' 點線 - ':' 點劃線 - '-.'

常用點標記點 - '.' 像素 - ',' 圓 - 'o' 方形 - 's' 三角形 - '^' 更多點標記樣式點擊這里

最后你會得到類似下面的圖形：

使用子圖

使用子圖可以在一個窗口繪制多張圖。

Python # 使用子圖 x = np.linspace(0, 2 * np.pi, 50) plt.subplot(2, 1, 1) # （行，列，活躍區(qū)） plt.plot(x, np.sin(x), 'r') plt.subplot(2, 1, 2) plt.plot(x, np.cos(x), 'g') plt.show()

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# 使用子圖x=np.linspace(0,2*np.pi,50)plt.subplot(2,1,1)# （行，列，活躍區(qū)）plt.plot(x,np.sin(x),'r')plt.subplot(2,1,2)plt.plot(x,np.cos(x),'g')plt.show()

使用子圖只需要一個額外的步驟，就可以像前面的例子一樣繪制數(shù)據(jù)集。即在調(diào)用?plot()?函數(shù)之前需要先調(diào)用?subplot()?函數(shù)。該函數(shù)的第一個參數(shù)代表子圖的總行數(shù)，第二個參數(shù)代表子圖的總列數(shù)，第三個參數(shù)代表活躍區(qū)域。

活躍區(qū)域代表當前子圖所在繪圖區(qū)域，繪圖區(qū)域是按從左至右，從上至下的順序編號。例如在 4×4 的方格上，活躍區(qū)域 6 在方格上的坐標為 (2, 2)。

最終你會得到類似下面的圖形：

簡單的散點圖

散點圖是一堆離散點的集合。用 Matplotlib 畫散點圖也同樣非常簡單。

Python # 簡單的散點圖 x = np.linspace(0, 2 * np.pi, 50) y = np.sin(x) plt.scatter(x,y) plt.show()

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# 簡單的散點圖x=np.linspace(0,2*np.pi,50)y=np.sin(x)plt.scatter(x,y)plt.show()

正如上面代碼所示，你只需要調(diào)用?scatter()?函數(shù)并傳入兩個分別代表 x 坐標和 y 坐標的數(shù)組。注意，我們通過?plot?命令并將線的樣式設置為?'bo'?也可以實現(xiàn)同樣的效果。

最后你會得到類似下面的無線圖形：

彩色映射散點圖

另一種你可能用到的圖形是彩色映射散點圖。這里我們會根據(jù)數(shù)據(jù)的大小給每個點賦予不同的顏色和大小，并在圖中添加一個顏色欄。

Python # 彩色映射散點圖 x = np.random.rand(1000) y = np.random.rand(1000) size = np.random.rand(1000) * 50 colour = np.random.rand(1000) plt.scatter(x, y, size, colour) plt.colorbar() plt.show()

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# 彩色映射散點圖x=np.random.rand(1000)y=np.random.rand(1000)size=np.random.rand(1000)*50colour=np.random.rand(1000)plt.scatter(x,y,size,colour)plt.colorbar()plt.show()

上面的代碼大量的用到了?np.random.rand(1000)，原因是我們繪圖的數(shù)據(jù)都是隨機產(chǎn)生的。

同前面一樣我們用到了?scatter()?函數(shù)，但是這次我們傳入了另外的兩個參數(shù)，分別為所繪點的大小和顏色。通過這種方式使得圖上點的大小和顏色根據(jù)數(shù)據(jù)的大小產(chǎn)生變化。

然后我們用?colorbar()?函數(shù)添加了一個顏色欄。

最后你會得到類似于下面的彩色散點圖：

直方圖

直方圖是另一種常見的圖形，也可以通過幾行代碼創(chuàng)建出來。

Python # 直方圖 x = np.random.randn(1000) plt.hist(x, 50) plt.show()

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# 直方圖x=np.random.randn(1000)plt.hist(x,50)plt.show()

直方圖是 Matplotlib 中最簡單的圖形之一。你只需要給?hist()?函數(shù)傳入一個包含數(shù)據(jù)的數(shù)組。第二個參數(shù)代表數(shù)據(jù)容器的個數(shù)。數(shù)據(jù)容器代表不同的值的間隔，并用來包含我們的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)容器越多，圖形上的數(shù)據(jù)條就越多。

最終你會得到類似下面的直方圖：

標題，標簽和圖例

當需要快速創(chuàng)建圖形時，你可能不需要為圖形添加標簽。但是當構(gòu)建需要展示的圖形時，你就需要添加標題，標簽和圖例。

Python # 添加標題，坐標軸標記和圖例 x = np.linspace(0, 2 * np.pi, 50) plt.plot(x, np.sin(x), 'r-x', label='Sin(x)') plt.plot(x, np.cos(x), 'g-^', label='Cos(x)') plt.legend() # 展示圖例 plt.xlabel('Rads') # 給 x 軸添加標簽 plt.ylabel('Amplitude') # 給 y 軸添加標簽 plt.title('Sin and Cos Waves') # 添加圖形標題 plt.show()

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# 添加標題，坐標軸標記和圖例x=np.linspace(0,2*np.pi,50)plt.plot(x,np.sin(x),'r-x',label='Sin(x)')plt.plot(x,np.cos(x),'g-^',label='Cos(x)')plt.legend()# 展示圖例plt.xlabel('Rads')# 給 x 軸添加標簽plt.ylabel('Amplitude')# 給 y 軸添加標簽plt.title('Sin and Cos Waves')# 添加圖形標題plt.show()

為了給圖形添加圖例，我們需要在?plot()?函數(shù)中添加命名參數(shù)?'label'?并賦予該參數(shù)相應的標簽。然后調(diào)用?legend()?函數(shù)就會在我們的圖形中添加圖例。

接下來我們只需要調(diào)用函數(shù)?title()，xlabel()?和?ylabel()?就可以為圖形添加標題和標簽。

你會得到類似于下面這張擁有標題、標簽和圖例的圖形：

以上內(nèi)容應該足夠幫助讀者開始使用 Matplotlib 和 Python 實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化，但是這些內(nèi)容并不全面。我強烈建議讀者親自嘗試使用這個工具，筆者也是通過這種方式掌握了這個工具。畫一些圖形，改變樣式并使用子圖功能，然后你就會很快掌握 Matplotlib 的使用方式。

這是一篇是關(guān)于如何使用 Matplotlib 和 Python 完成數(shù)據(jù)可視化的文章，也是 Python 科學計算系列文章中的第一篇。我希望讀者能從中有所收獲，并且對 Matplotlib 庫更加熟悉。

zeropython 微信公眾號 5868037 QQ號 5868037@qq.com QQ郵箱

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的十分钟入门Matplotlib的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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