Matplotlib自定义样式绘制精美统计图

简介: matplotlib提供的所有绘图都带有默认样式,但有时需要自定义绘图的颜色和样式,以绘制更加符合审美要求的图像。matplotlib的设计考虑到了此需求,很容易调整matplotlib图形的样式。

前言

matplotlib 提供的所有绘图都带有默认样式。虽然这可以进行快速绘图,但有时可能需要自定义绘图的颜色和样式,以对绘制更加精美、符合审美要求的图像。matplotlib 的设计考虑到了此需求,很容易调整 matplotlib 图形的样式。

控制填充样式

matplotlib 提供了填充图案用于填充平面。这些填充图案,对于仅包含黑白两色的图形中具有重要作用。

importnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotaspltn=10a=np.random.random(n)
b=np.random.random(n)
x=np.arange(n)
plt.bar(x, a, color='w', hatch='x', edgecolor='black')
plt.bar(x, a+b, bottom=a, color='w', edgecolor='black', hatch='/')
plt.show()

绘图45.png

Tips:具有填充呈现性的函数(如 pyplot.bar() )接受可选参数hatch控制填充样式,此参数的可选值包括:"/", "\", "|", "-", "+", "x", "o", "O","."和"*",每个值对应于不同的填充图案;edgecolor参数可用于控制图案填充的颜色。

控制标记样式

《详解常见统计图的绘制》中,我们已经了解了如何如何绘制曲线,并明白了曲线是由点之间的连线构成的;此外,散点图表示数据集中的每个点。而 matplotlib 提供了多种形状,可以用其他类型的标记替换点的样式。

标记的指定方式包括以下几种:

1. 预定义标记:预定义的形状,表示为 [0, 8] 范围内的整数或某些预定义的字符串。

2.  顶点列表:值对列表,用作形状路径的坐标。

3. 正多边形:表示 N 边正多边形的三元组 (N, 0, angle),其中 angle 为旋转角度。

4. 星形多边形:它表示为三元组 (N, 1, angle),代表 N 边正星形,其中 angle 为旋转角度。  

importnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotasplta=np.random.standard_normal((100, 2))
a+=np.array((-1, -1))
b=np.random.standard_normal((100, 2))
b+=np.array((1, 1))
plt.scatter(a[:,0], a[:,1], color='m', marker='x')
plt.scatter(b[:,0], b[:,1], color='c', marker='^')
plt.show()

绘图48.png

Tips:使用marker参数,可以为每个数据集合集合指定不同的标记。

我们已经在《Matplotlib使用自定义颜色绘制统计图》中学习了如何在散点图中为每个点定义不同的颜色,如果我们需要为每个点定义不同样式该怎么办呢?问题在于,与 color 参数不同,marker 参数不接受标记样式列表作为输入。因此,我们不能实现 plt.scatter() 的单次调来显示具有不同标记的多个点集。解决方案是,将每种类型的数据点分隔置不同集合中,并为每个集合单独调用 pyplot.scatter() 调用:

importnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotaspltlabel_list= (
b'Iris-setosa',
b'Iris-versicolor',
b'Iris-virginica',
)
colors= ['c','y','m']
defread_label(label):
returnlabel_list.index(label)
data=np.loadtxt('iris.data', delimiter=',', converters= { 4 : read_label })
marker_set= ('^', 'x', '.')
fori, markerinenumerate(marker_set):
data_subset=np.asarray([xforxindataifx[4] ==i])
plt.scatter(data_subset[:,0], data_subset[:,1], color=colors[i], marker=marker)
plt.show()

绘图49.png

对于 pyplot.plot(),也可以使用相同的标记参数访问标记样式。当数据点密集时,每个点都使用标记进行显示将会导致图片混乱,因此 matplotlib 提供了 markevery 参数,允许每隔 N 个点显示一个标记:  

importnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotaspltx=np.linspace(-6, 6, 1024)
y_1=np.sinc(x)
y_2=np.sinc(x) +1plt.plot(x, y_1, marker='x', color='.75')
plt.plot(x, y_2, marker='o', color='k', markevery=64)
plt.show()

绘图50.png

控制标记大小

标记的大小可选参数 s 进行控制:

importnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotasplta=np.random.standard_normal((100, 2))
a+=np.array((-1, -1))
b=np.random.standard_normal((100, 2))
b+=np.array((1, 1))
plt.scatter(a[:,0], a[:,1], c='m', s=100.)
plt.scatter(b[:,0], b[:,1], c='c', s=25.)
plt.show()

绘图51.png

Tips:标记的大小由 plt.scatter() 的参数 s 设置,但应注意它设置的是标记的表面积倍率而非半径。

plt.scatter() 函数还可以接受列表作为s参数的输入,其表示每个点对应一个大小:  

importnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotaspltm=np.random.standard_normal((1000, 2))
r_list=np.sum(m**2, axis=1)
plt.scatter(m[:, 0], m[:, 1], c='w', edgecolor='c', marker='o', s=32.*r_list)
plt.show()

绘图52.png

Tips:plt.plot() 函数允许在 markersize (或简写为 ms )参数的帮助下更改标记的大小,但是此参数不接受列表作为输入。

创建自定义标记

虽然 matplotlib 提供了多种标记形状。但是在某些情况下我们可能仍然找不到适合具体需求的形状。例如,我们可能希望使用公司徽标等作为形状。

在 matplotlib 中,将形状描述为一条路径——一系列点的连接。因此,如果要定义我们自己的标记形状,必须提供一系列的点:  

importnumpyasnpimportmatplotlib.pathasmpathfrommatplotlibimportpyplotaspltshape_description= [
    ( 1., 2., mpath.Path.MOVETO),
    ( 1., 1., mpath.Path.LINETO),
    ( 2., 1., mpath.Path.LINETO),
    ( 2., -1., mpath.Path.LINETO),
    ( 1., -1., mpath.Path.LINETO),
    ( 1., -2., mpath.Path.LINETO),
    (-1., -2., mpath.Path.LINETO),
    (-1., -1., mpath.Path.LINETO),
    (-2., -1., mpath.Path.LINETO),
    (-2., 1., mpath.Path.LINETO),
    (-1., 1., mpath.Path.LINETO),
    (-1., 2., mpath.Path.LINETO),
    ( 0., 0., mpath.Path.CLOSEPOLY),
]
u, v, codes=zip(*shape_description)
my_marker=mpath.Path(np.asarray((u, v)).T, codes)
data=np.random.rand(8, 8)
plt.scatter(data[:,0], data[:, 1], c='m', marker=my_marker, s=75)
plt.show()

绘图53.png

Tips:所有带有标记的图形的 pyplot 函数都有一个可选参数 marker,其参数值可以是预定义的 matplotlib 标记,也可以是自定义的路径实例,路径对象在 matplotlib.path 模块中定义。

Path 对象的构造函数将坐标列表和指令列表作为输入;每个坐标一条指令,使用一个列表将坐标和指令融合在一起,然后将坐标列表和指令传递给路径构造函数,如下所示:

u, v, codes=zip(*shape_description)
my_marker=mpath.Path(np.asarray((u, v)).T, codes)

形状是通过光标的移动来描述的:

- MOVETO:此指令将光标移动到指定的坐标,并不画线。

- LINETO:这将在光标当前点和目标点之间绘制直线,并将光标移动至目标点。

- CLOSEPOLY:此指令仅用于关闭路径,每个形状都以这条指示结束。

理论上,任何形状都是可能的,我们只需要描述它的路径。但在实践中,如果想使用复杂的形状,最好可以提前进行转换工作。

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