Matplotlib基础绘图功能

简介: Matplotlib基础绘图功能

一、Matplotlib之HelloWorld


1 什么是Matplotlib


matplotlib是专门用于开发2D图表(包括3D图表)以渐进、交互式方式实现数据可视化。


2 为什么要学习Matplotlib


可视化是在整个数据挖掘的关键辅助工具,可以清晰的理解数据,从而调整我们的分析方法。


能将数据进行可视化,更直观的呈现


使数据更加客观、更具说服力


例如下面两个图为数字展示和图形展示:



3 实现一个简单的Matplotlib画图 — 以折线图为例


3.1 matplotlib.pyplot模块


matplotlib.pytplot包含了一系列类似于matlab的画图函数。


import matplotlib.pyplot as plt


3.2 图形绘制流程:


  1. 创建画布 – plt.figure()


plt.figure(figsize=(), dpi=)
    figsize:指定图的长宽
    dpi:图像的清晰度
    返回fig对象


2.绘制图像 – plt.plot(x, y)


以折线图为例


3.显示图像 – plt.show()


3.3 折线图绘制与显示


举例:展现上海一周的天气,比如从星期一到星期日的天气温度如下


import matplotlib.pyplot as plt
# 1.创建画布
plt.figure(figsize=(10, 10), dpi=100)
# 2.绘制折线图
plt.plot([1, 2, 3, 4, 5, 6 ,7], [17,17,18,15,11,11,13])
# 3.显示图像
plt.show()


折线图



4 认识Matplotlib图像结构(了解)



二、基础绘图功能 — 以折线图为例


1 完善原始折线图 — 给图形添加辅助功能


为了更好地理解所有基础绘图功能,我们通过天气温度变化的绘图来融合所有的基础API使用


需求:画出某城市11点到12点1小时内每分钟的温度变化折线图,温度范围在15度~18度


效果:



1.1 准备数据并画出初始折线图


import matplotlib.pyplot as plt
import random
# 画出温度变化图
# 0.准备x, y坐标的数据
x = range(60)
y_shanghai = [random.uniform(15, 18) for i in x]
# 1.创建画布
plt.figure(figsize=(20, 8), dpi=80)
# 2.绘制折线图
plt.plot(x, y_shanghai)
# 3.显示图像
plt.show()



1.2 添加自定义x,y刻度


  • plt.xticks(x, **kwargs)


x:要显示的刻度值


  • plt.yticks(y, **kwargs)


y:要显示的刻度值


# 刚才的代码增加以下两行
# 构造x轴刻度标签
x_ticks_label = ["11点{}分".format(i) for i in x]
# 构造y轴刻度
y_ticks = range(40)
# 修改x,y轴坐标的刻度显示
plt.xticks(x[::5], x_ticks_label[::5])
plt.yticks(y_ticks[::5])



如果没有解决过中文问题的话,会显示这个样子:


解决方案:https://yangyongli.blog.csdn.net/article/details/109232609


1.4 添加网格显示


为了更加清楚地观察图形对应的值


plt.grid(True, linestyle='--', alpha=0.5)



1.5 添加描述信息


添加x轴、y轴描述信息及标题


通过fontsize参数可以修改图像中字体的大小


plt.xlabel("时间")
plt.ylabel("温度")
plt.title("中午11点0分到12点之间的温度变化图示", fontsize=20)



1.6 图像保存


# 保存图片到指定路径
plt.savefig("test.png")


注意:plt.show()会释放figure资源,如果在显示图像之后保存图片将只能保存空图片。


完整代码:


import matplotlib.pyplot as plt
import random
from pylab import mpl
# 设置显示中文字体
mpl.rcParams["font.sans-serif"] = ["SimHei"]
# 设置正常显示符号
mpl.rcParams["axes.unicode_minus"] = False
# 0.准备数据
x = range(60)
y_shanghai = [random.uniform(15, 18) for i in x]
# 1.创建画布
plt.figure(figsize=(20, 8), dpi=100)
# 2.绘制图像
plt.plot(x, y_shanghai)
# 2.1 添加x,y轴刻度
# 构造x,y轴刻度标签
x_ticks_label = ["11点{}分".format(i) for i in x]
y_ticks = range(40)
# 刻度显示
plt.xticks(x[::5], x_ticks_label[::5])
plt.yticks(y_ticks[::5])
# 2.2 添加网格显示
plt.grid(True, linestyle="--", alpha=0.5)
# 2.3 添加描述信息
plt.xlabel("时间")
plt.ylabel("温度")
plt.title("中午11点--12点某城市温度变化图", fontsize=20)
# 2.4 图像保存
plt.savefig("./test.png")
# 3.图像显示
plt.show()


2 在一个坐标系中绘制多个图像


2.1 多次plot


需求:再添加一个城市的温度变化


收集到北京当天温度变化情况,温度在1度到3度。怎么去添加另一个在同一坐标系当中的不同图形,其实很简单只需要再次plot即可,但是需要区分线条,如下显示



# 增加北京的温度数据
y_beijing = [random.uniform(1, 3) for i in x]
# 绘制折线图
plt.plot(x, y_shanghai)
# 使用多次plot可以画多个折线
plt.plot(x, y_beijing, color='r', linestyle='--')
我们仔细观察,用到了两个新的地方,一个是对于不同的折线展示效果,一个是添加图例。


2.2 设置图形风格



2.3 显示图例


注意:如果只在plt.plot()中设置label还不能最终显示出图例,还需要通过plt.legend()将图例显示出来。


# 绘制折线图
plt.plot(x, y_shanghai, label="上海")
# 使用多次plot可以画多个折线
plt.plot(x, y_beijing, color='r', linestyle='--', label="北京")
# 显示图例
plt.legend(loc="best")
Location String Location Code



完整代码:


# 0.准备数据
x = range(60)
y_shanghai = [random.uniform(15, 18) for i in x]
y_beijing = [random.uniform(1,3) for i in x]
# 1.创建画布
plt.figure(figsize=(20, 8), dpi=100)
# 2.绘制图像
plt.plot(x, y_shanghai, label="上海")
plt.plot(x, y_beijing, color="r", linestyle="--", label="北京")
# 2.1 添加x,y轴刻度
# 构造x,y轴刻度标签
x_ticks_label = ["11点{}分".format(i) for i in x]
y_ticks = range(40)
# 刻度显示
plt.xticks(x[::5], x_ticks_label[::5])
plt.yticks(y_ticks[::5])
# 2.2 添加网格显示
plt.grid(True, linestyle="--", alpha=0.5)
# 2.3 添加描述信息
plt.xlabel("时间")
plt.ylabel("温度")
plt.title("中午11点--12点某城市温度变化图", fontsize=20)
# 2.4 图像保存
plt.savefig("./test.png")
# 2.5 添加图例
plt.legend(loc=0)
# 3.图像显示
plt.show()


3 多个坐标系显示— plt.subplots(面向对象的画图方法)


如果我们想要将上海和北京的天气图显示在同一个图的不同坐标系当中,效果如下:



可以通过subplots函数实现(旧的版本中有subplot,使用起来不方便),推荐subplots函数


  • matplotlib.pyplot.subplots(nrows=1, ncols=1, **fig_kw) 创建一个带有多个axes(坐标系/绘图区)的图


  Parameters:    
  nrows, ncols : 设置有几行几列坐标系
      int, optional, default: 1, Number of rows/columns of the subplot grid.
  Returns:    
  fig : 图对象
  axes : 返回相应数量的坐标系
  设置标题等方法不同:
      set_xticks
      set_yticks
      set_xlabel
      set_ylabel


关于axes子坐标系的更多方法:参考


https://matplotlib.org/api/axes_api.html#matplotlib.axes.Axes


  • 注意:plt.函数名()相当于面向过程的画图方法,axes.set_方法名()相当于面向对象的画图方法。


# 0.准备数据
x = range(60)
y_shanghai = [random.uniform(15, 18) for i in x]
y_beijing = [random.uniform(1, 5) for i in x]
# 1.创建画布
# plt.figure(figsize=(20, 8), dpi=100)
fig, axes = plt.subplots(nrows=1, ncols=2, figsize=(20, 8), dpi=100)
# 2.绘制图像
# plt.plot(x, y_shanghai, label="上海")
# plt.plot(x, y_beijing, color="r", linestyle="--", label="北京")
axes[0].plot(x, y_shanghai, label="上海")
axes[1].plot(x, y_beijing, color="r", linestyle="--", label="北京")
# 2.1 添加x,y轴刻度
# 构造x,y轴刻度标签
x_ticks_label = ["11点{}分".format(i) for i in x]
y_ticks = range(40)
# 刻度显示
# plt.xticks(x[::5], x_ticks_label[::5])
# plt.yticks(y_ticks[::5])
axes[0].set_xticks(x[::5])
axes[0].set_yticks(y_ticks[::5])
axes[0].set_xticklabels(x_ticks_label[::5])
axes[1].set_xticks(x[::5])
axes[1].set_yticks(y_ticks[::5])
axes[1].set_xticklabels(x_ticks_label[::5])
# 2.2 添加网格显示
# plt.grid(True, linestyle="--", alpha=0.5)
axes[0].grid(True, linestyle="--", alpha=0.5)
axes[1].grid(True, linestyle="--", alpha=0.5)
# 2.3 添加描述信息
# plt.xlabel("时间")
# plt.ylabel("温度")
# plt.title("中午11点--12点某城市温度变化图", fontsize=20)
axes[0].set_xlabel("时间")
axes[0].set_ylabel("温度")
axes[0].set_title("中午11点--12点某城市温度变化图", fontsize=20)
axes[1].set_xlabel("时间")
axes[1].set_ylabel("温度")
axes[1].set_title("中午11点--12点某城市温度变化图", fontsize=20)
# # 2.4 图像保存
plt.savefig("./test.png")
# # 2.5 添加图例
# plt.legend(loc=0)
axes[0].legend(loc=0)
axes[1].legend(loc=0)
# 3.图像显示
plt.show()


4 折线图的应用场景


呈现公司产品(不同区域)每天活跃用户数


呈现app每天下载数量


呈现产品新功能上线后,用户点击次数随时间的变化


拓展:画各种数学函数图像


注意:plt.plot()除了可以画折线图,也可以用于画各种数学函数图像



代码:


import numpy as np
# 0.准备数据
x = np.linspace(-10, 10, 1000)
y = np.sin(x)
# 1.创建画布
plt.figure(figsize=(20, 8), dpi=100)
# 2.绘制函数图像
plt.plot(x, y)
# 2.1 添加网格显示
plt.grid()
# 3.显示图像
plt.show()
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