Python-matplotlib制图03-matplotlib的图形对象结构及创建示例

该拒绝的时候，请学会拒绝！

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前言

  1. 概述

• 了解matplotlib的图形对象设计逻辑，使程序制图时更具条理性和逻辑性

  2. 版本

   2.1 山东青岛，2021年4月29日，Version 1

  3. 参考资料

[1] 一张图看懂matplotlib的绘图结构
[2] Python数据可视化之美：专业图表绘制指南

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一、matplotlib的图形对象结构

  matplotlib的图形对象结构如图1所示。以下对图形对象进行简要说明。

1. Figure是图形对象的最基础结构，matplotlib的所有其他图形对象都是在Figure基础上创建的，可以理解成画画的桌子，Figure对象至少包含一个子图对象（即Axes对象）。
2. Axes是仅次于Figure的图形对象结构，是子图对象，可以理解成桌子上用于绘图的纸，当我们需要在一个图形对象上创建多个子图对象时，就需要创建一个Axes。
3. Axis是坐标轴对象，主要用于对图形坐标轴的设置。
   
   图1. matplotlib的图形对象结构

二、Figure和Axes创建示例

 1. plt.figure()创建Figure对象，Figure.add_subplot()创建Axes对象

  代码如下：

"""
1. 程序目的
   (1) 创建matplotlib的Figure对象
   (2) 创建matplotlib的Axes对象
   
2. 版本
   2.1 山东青岛  2021年4月29日 Version 1
      
"""
# 1. matplotlib包的导入
import matplotlib.pyplot as plt

# 2. 基于plt.figure创建Figure对象
fig = plt.figure(figsize=(5,5),dpi=300) # 图片大小5inch*5inch，分辨率：300dpi

# 3. 在创建的图形对象基础上增加Axes子图对象
ax_1 = fig.add_subplot(221) # 2行2列第一个位置
ax_2 = fig.add_subplot(222) # 2行2列第二个位置
ax_3 = fig.add_subplot(212) # 2行1列第二个位置

  上述程序在一个Figure图形对象上，创建了3个Axes子图对象，结果如下：

 2. plt.figure()创建Figure对象，Figure.add_axes()创建Axes对象

  代码如下：

"""
1. 程序目的
   (1) 创建matplotlib的Figure对象
   (2) 创建matplotlib的Axes对象
   
2. 版本
   2.1 山东青岛  2021年4月29日 Version 1
   
"""
# 1. matplotlib包的导入
import matplotlib.pyplot as plt

# 2. 基于plt.figure创建Figure对象
fig = plt.figure(figsize=(2,2),dpi=300) # 图片大小5inch*5inch，分辨率：300dpi

# 3. 在创建的图形对象基础上运用fig.add_axes()增加Axes子图对象

ax_1 = fig.add_axes([0.1,0.2,1.8,1.8]) # 在Figure中的x=0.1,y=0.2的位置创建1个长为1.8，宽为1.8的axes对象。
ax_2 = fig.add_axes([1.35,1.4,0.5,0.5]) 

  上述程序在一个Figure图形对象上，创建了2个Axes子图对象，结果如下图所示。可以发现fig.add_axes()方法可以在一个子图对象之上创建新的子图，这是由于其可以指定子图对象创建的位置，用这种方法创建子图对象时需要注意不同子图对象创建语句的顺序。

 3. plt.figure()创建Figure对象，plt.subplot()创建Axes对象

  代码如下：

# 1. 包的导入
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 2. 函数预定义
def f(t):
    return np.exp(-t)*np.cos(2*np.pi*t)
t1 = np.arange(0.0,5.0,0.1)
t2 = np.arange(0.0,5.0,0.02)

# 3. 基于plt.figure创建Figure对象
fig = plt.figure(dpi=300) # 图片大小5inch*5inch，分辨率：300dpi

# 4. 在创建的图形对象基础上运用plt.subplot()创建Axes子图对象

ax_1 = plt.subplot(211) # plt.subplot()创建Axes
ax_1.plot(t1,f(t1),'bo',t2,f(t2),'k')

ax_2 = plt.subplot(212)
ax_2.plot(t2,np.cos(2*np.pi*t2),'r--')

  运行结果如下：

 4. plt.subplots()同时创建Figure对象和Axes对象

  代码如下：

# 1. 包的导入
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 2. 创建数据
data = np.random.randn(2,100)

# 3. plt.subplots同时创建Figure和Axes,注意Figure只有一个，Axes会依据参数确定创建的数目
fig,axs = plt.subplots(2,2,figsize=(5,5))
axs[0,0].hist(data[0])
axs[1,0].scatter(data[0],data[1])
axs[0,1].plot(data[0],data[1])
axs[1,1].hist2d(data[0],data[1])

plt.show()

  运行结果如下：

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三、总结

1. plt.figure()可以创建Figure对象，在创建完成Figure对象的基础上，可以利用Figure.add_subplot()和Figure.add_axes()两种方法创建Axes子图对象。
2. 在运用plt.figure()创建完Figure之后，可以利用plt.subplot()创建Axes。
3. plt.subplots()可以同时创建Figure和Axes，其中Figure每次只能创建一个，Axes的创建数目和plt.subplots()的参数有关。