Python数据可视化第 3 讲：matplotlib绘图之函数plot()

1. plot 函数介绍

plot() 函数是 matplotlib 的 pyplot 模块中最常用的绘图函数。其调用格式如下：

plot([x], y, [fmt], *, data=None, **kwargs)
plot([x], y, [fmt], [x2], y2, [fmt2], ..., **kwargs)

参数说明

• x,y：即数据点的水平/垂直坐标。x 值是可选的，默认为 range(len(y))，即 [0, ···, N-1]，N 等于 y 中数据的数量 。通常，这些参数是一维数组。它们也可以是标量或二维（在这种情况下，列表示单独的数据集）。
• fmt：可选格式字符串，用于定义基本格式（如颜色、标记和线型)，例如红色圆圈的“ro”。格式字符串只是快速设置基本行属性的缩写，相应的设置都可以由关键字参数控制，如‘ro’，若由关键字参数控制则为 color=‘red’，marker=‘o’。
• data：数据索引对象，可选参数，带有标签数据的对象。如果给定，请提供要在 x 和 y 中绘制的标签名称。
• kwargs：Line2D 属性，可选参数，kwargs 用于指定线标签(用于自动图例)、线宽、抗锯齿、标记面颜色等特性。例子 label=‘line 1’。

如下所示是 plot() 的基本用法：

plot(x, y)        # 使用默认线型和颜色，基于 x 和 y 所提供坐标数据绘图
plot(x, y, 'bo')  # 使用蓝色实心点，基于 x 和 y 所提供坐标数据绘图
plot(y)           # 使用 x 作为索引数组 0..N-1 绘制 y
plot(y, 'r+')     # 使用 x 作为索引数组 0..N-1 绘制 y，同时线条红色加粗

除了上面的方法，还可以将 Line2D 特性用作关键字参数，从而对绘图外观进行更多控制。线属性和 fmt 可以混合。以下两个调用可产生相同的结果：

# 使用fmt参数设置样式：绿色、点标记为‘O’、点之间连线为虚线；线宽为 2，点标记大小为 12
plot(x, y, 'go--', linewidth=2, markersize=12)
# 使用Line2D特性设置样式：绿色、点标记为‘O’、点之间连线为虚线；线宽为 2，点标记大小为 12
plot(x, y, color='green', marker='o', linestyle='dashed', linewidth=2, markersize=12)

2. plot 函数绘图举例

2.1 绘制一个基本点线图

如下代码，简单而原始的绘图方式，与之前文章介绍的不同，这里没有创建画布(Figure)和坐标系(Axes)，这是因为 plot() 函数在执行时可以默认创建一张画布和一个坐标系。这种方式很简单，但也牺牲了一些特性，比如无法实现一张画布上绘制多图。

import matplotlib.pyplot as plt

# 准备绘图数据
data = [1, 2, 3, 4]
# 绘图并展示
plt.plot(data)
plt.show()

在上面的例子中，plt.plot(data)指定了所绘图形的纵坐标 [1, 2, 3, 4]，横坐标未给出，则默认为[0, ···, N-1]。执行结果：

2.2 绘制一个点线图并设置样式

如下代码，使用 Line2D 特性，设置绘图样式：绿色、点标记为实心点、点之间连线为虚线。

import matplotlib.pyplot as plt

# step1：准备画图的数据
x = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
y = [21, 27, 29, 32, 29, 28, 35, 39, 49]
# step2：手动创建一个figure对象，相当于一个空白的画布
figure = plt.figure()
# step3：在画布上添加一个坐标系，标定绘图位置
axes1 = figure.add_subplot(1, 1, 1)
# step4：画图,设置线条颜色、线型、点标记符
axes1.plot(x, y, color='green', linestyle='dashed', marker='o')
# step5：展示
plt.show()

上面代码执行结果：

2.3 一个坐标系中绘制多个图线

在实际应用中，常常遇到需要在一个坐标系中绘制多条图线的情况。相较于绘制一条图线，绘制多条图线并不复杂，如下代码示例：1.为了绘制两条图线，我们准备了两组数据；2.使用 fmt 参数设置图线样式，'go–'表示绿色、实心点、虚线，'r*-'表示红色、星型点、实线。

import matplotlib.pyplot as plt

# step1：准备两组画图数据
x1 = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
y1 = [21, 27, 29, 32, 29, 28, 35, 39, 49]
x2 = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
y2 = [11, 13, 17, 12, 16, 8, 6, 19, 20]
# step2：手动创建一个figure对象，相当于一个空白的画布
figure = plt.figure()
# step3：在画布上添加一个坐标系，标定绘图位置
axes1 = figure.add_subplot(1, 1, 1)
# step4：画图,设置线条颜色、线型、点标记符
axes1.plot(x1, y1, 'go--', x2, y2, 'r*-')
# step5：展示
plt.show()

上面代码执行结果：

2.4 为图线设置基本属性

一张完整的图片，通常需要具备：标题(title)、x轴标签(x-label)、y轴标签(y-label)、文本(text)、图例(legend)、背景网格(grid)等属性，设置方式如下例子所示：

# 设置基本信息
axes1.set_xlabel('time(s)')  # x轴标签
axes1.set_ylabel('velocity(m/s)')  # y轴标签
axes1.set_title("title:example")  # 图标标题
axes1.text(6, 37, 'vt-demo')  # 文本，(6,37)设置文本在图片中的坐标
axes1.legend(['vt'])  # 图例
axes1.grid(linestyle='--', linewidth=1)  # 背景网格
axes1.annotate('local max', xy=(4, 32), xytext=(4.5, 34),
               arrowprops=dict(facecolor='black', shrink=0.05))  # 注解

为了直观的呈现效果，在此给出一个完整的示例：

import matplotlib.pyplot as plt

# step1：准备画图的数据
x = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
y = [21, 27, 29, 32, 29, 28, 35, 39, 49]
# step2：手动创建一个figure对象，相当于一个空白的画布
figure = plt.figure()
# step3：在画布上添加一个坐标系，标定绘图位置
axes1 = figure.add_subplot(1, 1, 1)
# step4：图片基本设置
# 设置线条颜色、线型、点型
axes1.plot(x, y, 'ro--')
# 设置基本信息
axes1.set_xlabel('time(s)')  # x轴标签
axes1.set_ylabel('velocity(m/s)')  # y轴标签
axes1.set_title("title:example")  # 标题
axes1.text(6, 37, 'vt-demo')  # 文本
axes1.legend(['vt'])  # 图例
axes1.grid(linestyle='--', linewidth=1)  # 背景网格
axes1.annotate('local max', xy=(4, 32), xytext=(4.5, 34),
               arrowprops=dict(facecolor='black', shrink=0.05))  # 注解
# step5：展示
plt.show()

上面代码执行结果：

3. plot 样式参数详解

3.1 Markers

即绘图坐标点的样式，如前面介绍的：’*’ 代表星型，'o’代表圆形，'v’代表三角形。更多样式如下列表：

字符	描述
‘-’	实线
‘–’	虚线
‘-.’	点线
‘:’	点虚线
‘.’	点
‘,’	像素
‘o’	圆形
‘v’	朝下的三角形
‘^’	朝上的三角形
‘<’	朝左的三角形
‘>’	朝右的三角形
‘1’	朝下的三角旗
‘2’	朝上的三角旗
‘3’	朝左的三角旗
‘4’	朝右的三角旗
‘s’	正方形
‘p’	五角形
‘*’	星型
‘h’	1号六角形
‘H’	2号六角形
‘+’	+号标记
‘x’	x号标记
‘D’	钻石形
‘d’	小版钻石形
‘I’	垂直线形
‘_’	水平线行

设置示例：

# 设置方式1: 使用关键字设置
plot(x, y, marker='o')
# 设置方式2: 使用fmt字符串设置
plot(x, y, 'o')

3.2 Line Styles

即绘图线条的样式，共有四种：’-’ 达标实线；’–’ 代表虚线；’-.’ 代表点划线；’:’ 代表圆点虚线。设置示例：

# 设置方式1: 使用关键字设置
plot(x, y, linestyle='--')
# 设置方式2: 使用fmt字符串设置
plot(x, y, '--')

3.3 Colors

即设置绘图点线颜色，共其中，如下所示：

字符	颜色
‘b’	蓝色
‘g’	绿色
‘r’	红色
‘c’	青色
‘m’	品红
‘y’	黄色
‘k’	黑色
‘w’	白色

设置示例：

# 设置方式1: 使用关键字设置
plot(x, y, color='red')
# 设置方式2: 使用fmt字符串设置
plot(x, y, 'r')