Matplotlib 学习笔记

Matplotlib 安装

pip install matplotlib

基本用法

#使用import导入模块matplotlib.pyplot，并简写成plt 使用import导入模块numpy，并简写成np
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

#使用np.linspace定义x：范围是(-1,1);个数是50. 仿真一维数据组(x ,y)表示曲线1.
x = np.linspace(-1, 1, 50)
y = 2*x + 1

#使用plt.figure定义一个图像窗口. 使用plt.plot画(x ,y)曲线. 使用plt.show显示图像.
plt.figure()
plt.plot(x, y)
plt.show()

figure 图像

matplotlib 的 figure 就是一个单独的 figure 小窗口, 小窗口里面还可以有更多的小图片.

使用import导入模块matplotlib.pyplot，并简写成plt 使用import导入模块numpy，并简写成np

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

使用np.linspace定义x：范围是(-3,3);个数是50. 仿真一维数据组(x ,y1)表示曲线1. 仿真一维数据组(x ,y2)表示曲线2.

x = np.linspace(-3, 3, 50)
y1 = 2*x + 1
y2 = x**2

使用plt.figure定义一个图像窗口. 使用plt.plot画(x ,y1)曲线.

plt.figure()
plt.plot(x, y1)
plt.show()

设置坐标轴

调整名字和间隔

使用import导入模块matplotlib.pyplot，并简写成plt 使用import导入模块numpy，并简写成np

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

使用np.linspace定义x：范围是(-3,3);个数是50. 仿真一维数据组(x ,y1)表示曲线1. 仿真一维数据组(x ,y2)表示曲线2.

x = np.linspace(-3, 3, 50)
y1 = 2*x + 1
y2 = x**2

使用plt.figure定义一个图像窗口. 使用plt.plot画(x ,y2)曲线. 使用plt.plot画(x ,y1)曲线，曲线的颜色属性(color)为红色;曲线的宽度(linewidth)为1.0；曲线的类型(linestyle)为虚线.

plt.figure()
plt.plot(x, y2)
plt.plot(x, y1, color='red', linewidth=1.0, linestyle='--')

使用plt.xlim设置x坐标轴范围：(-1, 2)；使用plt.ylim设置y坐标轴范围：(-2, 3)；使用plt.xlabel设置x坐标轴名称：’I am x’；使用plt.ylabel设置y坐标轴名称：’I am y’；

plt.xlim((-1, 2))
plt.ylim((-2, 3))
plt.xlabel('I am x')
plt.ylabel('I am y')
plt.show()[![设置坐标轴1](https://morvanzhou.github.io/static/results/plt/2_3_1.png)](https://morvanzhou.github.io/static/results/plt/2_3_1.png

使用np.linspace定义范围以及个数：范围是(-1,2);个数是5. 使用print打印出新定义的范围. 使用plt.xticks设置x轴刻度：范围是(-1,2);个数是5.

new_ticks = np.linspace(-1, 2, 5)
print(new_ticks)
plt.xticks(new_ticks)

使用plt.yticks设置y轴刻度以及名称：刻度为[-2, -1.8, -1, 1.22, 3]；对应刻度的名称为[‘really bad’,’bad’,’normal’,’good’, ‘really good’]. 使用plt.show显示图像.

plt.yticks([-2, -1.8, -1, 1.22, 3],[r'$really\ bad$', r'$bad$', r'$normal$', r'$good$', r'$really\ good$'])
plt.show()

设置不同名字和位置

使用import导入模块matplotlib.pyplot，并简写成plt 使用import导入模块numpy，并简写成np

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

使用np.linspace定义x：范围是(-3,3);个数是50. 仿真一维数据组(x ,y1)表示曲线1. 仿真一维数据组(x ,y2)表示曲线2.

x = np.linspace(-3, 3, 50)
y1 = 2*x + 1
y2 = x**2

使用plt.figure定义一个图像窗口. 使用plt.plot画(x ,y2)曲线. 使用plt.plot画(x ,y1)曲线，曲线的颜色属性(color)为红色;曲线的宽度(linewidth)为1.0；曲线的类型(linestyle)为虚线. 使用plt.xlim设置x坐标轴范围：(-1, 2)；使用plt.ylim设置y坐标轴范围：(-2, 3)；

plt.figure()
plt.plot(x, y2)
plt.plot(x, y1, color='red', linewidth=1.0, linestyle='--')
plt.xlim((-1, 2))
plt.ylim((-2, 3))

使用np.linspace定义范围以及个数：范围是(-1,2);个数是5. 使用plt.xticks设置x轴刻度：范围是(-1,2);个数是5. 使用plt.yticks设置y轴刻度以及名称：刻度为[-2, -1.8, -1, 1.22, 3]；对应刻度的名称为[‘really bad’,’bad’,’normal’,’good’, ‘really good’].

new_ticks = np.linspace(-1, 2, 5)
plt.xticks(new_ticks)
plt.yticks([-2, -1.8, -1, 1.22, 3],['$really\ bad$', '$bad$', '$normal$', '$good$', '$really\ good$'])

使用plt.gca获取当前坐标轴信息. 使用.spines设置边框：右侧边框；使用.set_color设置边框颜色：默认白色；使用.spines设置边框：上边框；使用.set_color设置边框颜色：默认白色；

ax = plt.gca()
ax.spines['right'].set_color('none')
ax.spines['top'].set_color('none')
plt.show()

调整坐标轴

使用.xaxis.set_ticks_position设置x坐标刻度数字或名称的位置：bottom.（所有位置：top，bottom，both，default，none）

ax.xaxis.set_ticks_position('bottom')

使用.spines设置边框：x轴；使用.set_position设置边框位置：y=0的位置；（位置所有属性：outward，axes，data）

ax.spines['bottom'].set_position(('data', 0))
plt.show()

使用.yaxis.set_ticks_position设置y坐标刻度数字或名称的位置：left.（所有位置：left，right，both，default，none）

ax.yaxis.set_ticks_position('left')

使用.spines设置边框：y轴；使用.set_position设置边框位置：x=0的位置；（位置所有属性：outward，axes，data）使用plt.show显示图像.

ax.spines['left'].set_position(('data',0))
plt.show()

Legend 图例

添加图例

matplotlib 中的 legend 图例就是为了帮我们展示出每个数据对应的图像名称. 更好的让读者认识到你的数据结构.

上次我们了解到关于坐标轴设置方面的一些内容，代码如下：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(-3, 3, 50)
y1 = 2*x + 1
y2 = x**2

plt.figure()
#set x limits
plt.xlim((-1, 2))
plt.ylim((-2, 3))

# set new sticks
new_sticks = np.linspace(-1, 2, 5)
plt.xticks(new_sticks)
# set tick labels
plt.yticks([-2, -1.8, -1, 1.22, 3],
           [r'$really\ bad$', r'$bad$', r'$normal$', r'$good$', r'$really\ good$'])

本节中我们将对图中的两条线绘制图例，首先我们设置两条线的类型等信息（蓝色实线与红色虚线).

# set line syles
l1, = plt.plot(x, y1, label='linear line')
l2, = plt.plot(x, y2, color='red', linewidth=1.0, linestyle='--', label='square line')

legend将要显示的信息来自于上面代码中的 label. 所以我们只需要简单写下一下代码, plt 就能自动的为我们添加图例.

plt.legend(loc='upper right')

参数 loc='upper right' 表示图例将添加在图中的右上角.

调整位置和名称

如果我们想单独修改之前的 label 信息, 给不同类型的线条设置图例信息. 我们可以在 plt.legend 输入更多参数. 如果以下面这种形式添加 legend, 我们需要确保, 在上面的代码 plt.plot(x, y2, label='linear line') 和 plt.plot(x, y1, label='square line') 中有用变量 l1 和 l2 分别存储起来. 而且需要注意的是 l1, l2,要以逗号结尾, 因为plt.plot() 返回的是一个列表.

plt.legend(handles=[l1, l2], labels=['up', 'down'],  loc='best')

这样我们就能分别重新设置线条对应的 label 了.

最后我们得到带有图例信息的图片.

其中’loc’参数有多种，’best’表示自动分配最佳位置，其余的如下：

 'best' : 0,          
 'upper right'  : 1,
 'upper left'   : 2,
 'lower left'   : 3,
 'lower right'  : 4,
 'right'        : 5,
 'center left'  : 6,
 'center right' : 7,
 'lower center' : 8,
 'upper center' : 9,
 'center'       : 10,

Annotation 标注

画出基本图

当图线中某些特殊地方需要标注时，我们可以使用 annotation. matplotlib 中的 annotation 有两种方法，一种是用 plt 里面的 annotate，一种是直接用 plt 里面的 text 来写标注.

首先，我们在坐标轴中绘制一条直线.

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(-3, 3, 50)
y = 2*x + 1

plt.figure(num=1, figsize=(8, 5),)
plt.plot(x, y,)

移动坐标

然后我们挪动坐标轴的位置.

ax = plt.gca()
ax.spines['right'].set_color('none')
ax.spines['top'].set_color('none')
ax.spines['top'].set_color('none')
ax.xaxis.set_ticks_position('bottom')
ax.spines['bottom'].set_position(('data', 0))
ax.yaxis.set_ticks_position('left')
ax.spines['left'].set_position(('data', 0))

然后标注出点(x0, y0)的位置信息. 用plt.plot([x0, x0,], [0, y0,], 'k--', linewidth=2.5) 画出一条垂直于x轴的虚线.

x0 = 1
y0 = 2*x0 + 1
plt.plot([x0, x0,], [0, y0,], 'k--', linewidth=2.5)
# set dot styles
plt.scatter([x0, ], [y0, ], s=50, color='b')

添加注释 annotate

接下来我们就对(x0, y0)这个点进行标注.

plt.annotate(r'$2x+1=%s$' % y0, xy=(x0, y0), xycoords='data', xytext=(+30, -30),
             textcoords='offset points', fontsize=16,
             arrowprops=dict(arrowstyle='->', connectionstyle="arc3,rad=.2"))

其中参数xycoords='data' 是说基于数据的值来选位置, xytext=(+30, -30) 和 textcoords='offset points' 对于标注位置的描述和 xy 偏差值, arrowprops是对图中箭头类型的一些设置.

添加注释 text

plt.text(-3.7, 3, r'$This\ is\ the\ some\ text. \mu\ \sigma_i\ \alpha_t$',
         fontdict={'size': 16, 'color': 'r'})

其中-3.7, 3,是选取text的位置, 空格需要用到转字符\,fontdict设置文本字体.

tick 能见度

生成图形

当图片中的内容较多，相互遮盖时，我们可以通过设置相关内容的透明度来使图片更易于观察，也即是通过本节中的bbox参数设置来调节图像信息.

首先参考之前的例子, 我们先绘制图像基本信息：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(-3, 3, 50)
y = 0.1*x

plt.figure()
# 在 plt 2.0.2 或更高的版本中, 设置 zorder 给 plot 在 z 轴方向排序
plt.plot(x, y, linewidth=10, zorder=1)
plt.ylim(-2, 2)
ax = plt.gca()
ax.spines['right'].set_color('none')
ax.spines['top'].set_color('none')
ax.spines['top'].set_color('none')
ax.xaxis.set_ticks_position('bottom')
ax.spines['bottom'].set_position(('data', 0))
ax.yaxis.set_ticks_position('left')
ax.spines['left'].set_position(('data', 0))

调整坐标

然后对被遮挡的图像调节相关透明度，本例中设置 x轴和 y轴的刻度数字进行透明度设置

for label in ax.get_xticklabels() + ax.get_yticklabels():
    label.set_fontsize(12)
    # 在 plt 2.0.2 或更高的版本中, 设置 zorder 给 plot 在 z 轴方向排序
    label.set_bbox(dict(facecolor='white', edgecolor='None', alpha=0.7, zorder=2))
plt.show()

其中label.set_fontsize(12)重新调节字体大小，bbox设置目的内容的透明度相关参，facecolor调节 box 前景色，edgecolor 设置边框，本处设置边框为无，alpha设置透明度

Scatter 散点图

散点图

首先，先引入matplotlib.pyplot简写作plt,再引入模块numpy用来产生一些随机数据。生成1024个呈标准正态分布的二维数据组 (平均数是0，方差为1) 作为一个数据集，并图像化这个数据集。每一个点的颜色值用T来表示：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

n = 1024    # data size
X = np.random.normal(0, 1, n) # 每一个点的X值
Y = np.random.normal(0, 1, n) # 每一个点的Y值
T = np.arctan2(Y,X) # for color value

数据集生成完毕，现在来用scatterplot这个点集，鼠标点上去，可以看到这个函数的各个parameter的描述输入X和Y作为location，size=75，颜色为T，color map用默认值，透明度alpha 为 50%。 x轴显示范围定位(-1.5，1.5)，并用xtick()函数来隐藏x坐标轴，y轴同理：

plt.scatter(X, Y, s=75, c=T, alpha=.5)

plt.xlim(-1.5, 1.5)
plt.xticks(())  # ignore xticks
plt.ylim(-1.5, 1.5)
plt.yticks(())  # ignore yticks

plt.show()

Bar 柱状图

生成基本图形

向上向下分别生成12个数据，X为 0 到 11 的整数，Y是相应的均匀分布的随机数据。使用的函数是plt.bar，参数为X和Y：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

n = 12
X = np.arange(n)
Y1 = (1 - X / float(n)) * np.random.uniform(0.5, 1.0, n)
Y2 = (1 - X / float(n)) * np.random.uniform(0.5, 1.0, n)

plt.bar(X, +Y1)
plt.bar(X, -Y2)

plt.xlim(-.5, n)
plt.xticks(())
plt.ylim(-1.25, 1.25)
plt.yticks(())

plt.show()

加颜色和数据

下面我们就颜色和数值进行优化。用facecolor设置主体颜色，edgecolor设置边框颜色为白色，

plt.bar(X, +Y1, facecolor='#9999ff', edgecolor='white')
plt.bar(X, -Y2, facecolor='#ff9999', edgecolor='white')

接下来我们用函数plt.text分别在柱体上方（下方）加上数值，用%.2f保留两位小数，横向居中对齐ha='center'，纵向底部（顶部）对齐va='bottom'：

for x, y in zip(X, Y1):
    # ha: horizontal alignment
    # va: vertical alignment
    plt.text(x + 0.4, y + 0.05, '%.2f' % y, ha='center', va='bottom')

for x, y in zip(X, Y2):
    # ha: horizontal alignment
    # va: vertical alignment
    plt.text(x + 0.4, -y - 0.05, '%.2f' % y, ha='center', va='top')

Archger

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