Python之matplotlib工具包使用入门——绘制简单图表

matplotlib是Python中最常用的绘制图表的工具包，它提供一整套和MATLAB类似的绘图数据集，此外还有许多插件工具集，如绘制3D图形的mplot3，以及用于绘制地图的Catapy等，同时matplotlib还整合了LaTex，支持数学公式表达式。
官网链接：https://matplotlib.org/

绘图简介

Matplotlib的大多数绘图函数都是在matplotlib.pyplot模块中，其通常的引入约定是：import matplotlib.pyplot as plt

利用pyplot模块绘制图表的步骤如下：

• ①创建Figure对象，即绘图窗口。
• ②在绘图窗口创建Axes对象，即绘图区域（一个绘图窗口可以有多个绘图区域）
• ③在绘图区域绘制图表。
• ④显示绘图窗口或直接保存图表

绘图窗口的创建→figure()函数，该函数的关键字参数有：

• num：figure的编号，缺省情况下是从1开始自动递增；
• figsize：为figure的尺寸，用（width，height）表示，缺省值是（8，6），单位英寸；
• dpi：分辨率，缺省值为80；
• facecolor和edgecolor分别为前景色和边缘色，缺省为白色和黑色。

绘图区域的创建:

• 利用Figure对象的add_subplot(nrows, ncols, index, **kwargs)方法（或pyplot模块的subplot函数），其中，nrows和ncols表示把绘图窗口分成nrows x ncols个区域，index为索引号，均用数字表示。
• 利用Figure对象的add_axesadd_axes(rect, projection=None, polar=False, **kwargs)方法（或pyplot模块的axes函数），其中rect参数是由四个值（left、bottom、width、height)组成的列表，所有数量均以图形宽度和高度的分数表示。

此外，为方便操作，如果当前当前窗口中没有Axes对象，pyplot模块将自动产生一个新的Axes对象；如果没有创建绘图窗口，则会自动产生一个缺省的绘图窗口。
plot(x, y)是最常用的绘图函数，用于绘制x和y序列的线图或点图，缺省情况下画的是线，且x可缺省（缺省值为0到n-1的序列）。show()函数将显示绘图窗口，savefig(filename)函数可直接将输出图像保存到指定路径。

示例（产生一个简单的图表显示并保存）：

import matplotlib.pyplot as plt

x = [1, 2, 3, 4]
y = [1, 4, 9, 16]
plt.plot(x, y)
plt.show()
plt.savefig("D:/tmp/Figure_1.png")

设置图表属性

1️⃣添加标题和文本

利用pyplot的title(s) 函数可设置图表的标题，s 为标题字符串。
利用pyplot的text(x, y, s) 函数可在坐标为x和y处的位置上增加文本，s为文本字符串。
这里，s也可以是LaTex表达式（即能在图表中插入数学表达式），LaTex表达式位于两个 $ 符合之间。

示例（在图表中添加标题和文本）：

import matplotlib.pyplot as plt

x = [1, 2, 3, 4]
y = [1, 4, 9, 16]
plt.title("This a matplotlib plot picture")
plt.text(2, 8, "$y=x^2$")
plt.plot(x, y)
plt.show()

2️⃣设置坐标轴属性

利用pyplot的xlabel(s)和ylabel(s) 函数可可分别设置x轴和y轴的标签，s为标签字符串。
利用pyplot的xlim(min_value, max_value)和ylim(min_value, max_value) 函数可设置坐标轴的范围。
利用pyplot的xticks(locs, labels)和yticks(locs, labels)函数可指定刻度线位置及对应的标注。
示例：

import matplotlib.pyplot as plt

x = [1, 2, 3, 4]
y = [1, 4, 9, 16]
plt.title("This a matplotlib plot picture")
plt.text(2, 8, "$y=x^2$")
plt.xlabel("month")
plt.ylabel("value")
plt.xlim(0, 5)
plt.ylim(0, 20)
plt.xticks([1, 2, 3, 4], ["Jan", "Feb", "Mar", "Apr"])
plt.plot(x, y)
plt.show()

3️⃣增加网格

利用pyplot的grid(b)函数，并设置参数b为True，即在图表上按照刻度线绘制网格。
示例：

import matplotlib.pyplot as plt

x = [1, 2, 3, 4]
y = [1, 4, 9, 16]
plt.title("This a matplotlib plot picture")
plt.text(2, 8, "$y=x^2$")
plt.xlabel("month")
plt.ylabel("value")
plt.xlim(0, 5)
plt.ylim(0, 20)
plt.xticks([1, 2, 3, 4], ["Jan", "Feb", "Mar", "Apr"])
plt.grid(True)  # 增加格网
plt.plot(x, y)
plt.show()

4️⃣定义字体与符号

可通过一些关键字参数来对一些字体和符号进行定义，相关的关键字参数有fontsize、color、marker、markersize、linesize、linestyle、linewidth、bbox等。
pyplot模块内置的颜色及别名:

pyplot模块内置的线和点符号：

示例：

import matplotlib.pyplot as plt

x = [1, 2, 3, 4]
y = [1, 4, 9, 16]
plt.title("This a matplotlib plot picture")
plt.text(2, 8, "$y=x^2$", fontsize=20, bbox={'facecolor': 'yellow', 'alpha': 0.2})
plt.plot(x, y, color="r")
plt.plot(x, y, ".", color="k")
plt.show()

5️⃣增加图例

可利用pyplot的legend(list, loc) 函数，来添加图例。参数list是一个字符串列表，用来标注图例中的符号，字符串的顺序要和符号绘制顺序对应。list也可缺省（缺省将以label属性值进行标注），参数loc设置位置（0最佳位置，1右上角，2左上角，3右下角，4左下角，5右侧，6左侧垂直居中，7右侧垂直居中，8下方水平居中，9上方水平居中，10正中间）
示例：

import matplotlib.pyplot as plt

y1 = [1, 5, 3, 9]
y2 = [4, 6, 7, 8]
plt.plot(y1, color="r")
plt.plot(y2, color="g")
plt.legend(["line1", "line2"], loc=2)
plt.show()