Python可视化工具库Matplotlib

Matplotlib试图让简单易事的事情成为可能。你只需几行代码即可生成绘图,直方图,功率谱,条形图,误差图,散点图等。

官方网站:
https://matplotlib.org/
中文文档:
https://www.matplotlib.org.cn
更多:Matplotlib

Matplotlib是一个Python 2D绘图库,可以生成各种硬拷贝格式和跨平台交互式环境的出版物质量数据。Matplotlib可用于Python脚本,Python和IPython shell,Jupyter笔记本,Web应用程序服务器和四个图形用户界面工具包。

Matplotlib试图让简单易事的事情成为可能。你只需几行代码即可生成绘图,直方图,功率谱,条形图,误差图,散点图等。有关示例,请参阅示例图库缩略图库

对于简单的绘图,pyplot模块提供类似MATLAB的接口,特别是与IPython结合使用时。 对于高级用户,你可以通过面向对象的界面或通过MATLAB用户熟悉的一组函数完全控制线型,字体属性,轴属性等。

Matplotlib 是 Python 的绘图库。 它可与 NumPy 一起使用,提供了一种有效的 MatLab 开源替代方案。 它也可以和图形工具包一起使用,如 PyQt 和 wxPython。

Windows 系统安装 Matplotlib

进入到 cmd 窗口下,执行以下命令:

python -m pip install -U pip setuptools
python -m pip install matplotlib

Linux 系统安装 Matplotlib

可以使用 Linux 包管理器来安装:

  • Debian / Ubuntu:sudo apt-get install python-matplotlib
  • Fedora / Redhat:sudo yum install python-matplotlib

Mac OSX 系统安装 Matplotlib

Mac OSX 可以使用 pip 命令来安装:

sudo python -mpip install matplotlib

安装完后,你可以使用 python -m pip list 命令来查看是否安装了 matplotlib 模块。

$ python -m pip list | grep matplotlib
matplotlib (1.3.1)

实例

import numpy as np 
from matplotlib import pyplot as plt 
 
x = np.arange(1,11) 
y =  2  * x +  5 
plt.title("Matplotlib demo") 
plt.xlabel("x axis caption") 
plt.ylabel("y axis caption") 
plt.plot(x,y) plt.show()

以上实例中,np.arange() 函数创建 x 轴上的值。y 轴上的对应值存储在另一个数组对象 y 中。 这些值使用 matplotlib 软件包的 pyplot 子模块的 plot() 函数绘制。

图形由 show() 函数显示。

图形中文显示

Matplotlib 默认情况不支持中文,我们可以使用以下简单的方法来解决:

首先下载字体(注意系统):https://www.fontpalace.com/font-details/SimHei/

SimHei.ttf 文件放在当前执行的代码文件中:

实例

import numpy as np 
from matplotlib import pyplot as plt 
import matplotlib
 
# fname 为 你下载的字体库路径,注意 SimHei.ttf 字体的路径
zhfont1 = matplotlib.font_manager.FontProperties(fname="SimHei.ttf") 
 
x = np.arange(1,11) 
y =  2  * x +  5 
plt.title("蟒蛇教程 - 测试", fontproperties=zhfont1) 
 
# fontproperties 设置中文显示,fontsize 设置字体大小
plt.xlabel("x 轴", fontproperties=zhfont1)
plt.ylabel("y 轴", fontproperties=zhfont1)
plt.plot(x,y) 
plt.show()

执行输出结果如下图:

此外,我们还可以使用系统的字体:

from matplotlib import pyplot as plt
import matplotlib
a=sorted([f.name for f in matplotlib.font_manager.fontManager.ttflist])

for i in a:
    print(i)

打印出你的 font_manager 的 ttflist 中所有注册的名字,找一个看中文字体例如:STFangsong(仿宋),然后添加以下代码即可:

plt.rcParams['font.family']=['STFangsong']

作为线性图的替代,可以通过向 plot() 函数添加格式字符串来显示离散值。 可以使用以下格式化字符。

字符描述
'-'实线样式
'--'短横线样式
'-.'点划线样式
':'虚线样式
'.'点标记
','像素标记
'o'圆标记
'v'倒三角标记
'^'正三角标记
'<'左三角标记
'>'右三角标记
'1'下箭头标记
'2'上箭头标记
'3'左箭头标记
'4'右箭头标记
's'正方形标记
'p'五边形标记
'*'星形标记
'h'六边形标记 1
'H'六边形标记 2
'+'加号标记
'x'X 标记
'D'菱形标记
'd'窄菱形标记
'|'竖直线标记
'_'水平线标记

以下是颜色的缩写:

字符颜色
'b'蓝色
'g'绿色
'r'红色
'c'青色
'm'品红色
'y'黄色
'k'黑色
'w'白色

要显示圆来代表点,而不是上面示例中的线,请使用 ob 作为 plot() 函数中的格式字符串。

实例

import numpy as np 
from matplotlib import pyplot as plt 
 
x = np.arange(1,11) 
y =  2  * x +  5 
plt.title("Matplotlib demo") 
plt.xlabel("x axis caption") 
plt.ylabel("y axis caption") 
plt.plot(x,y,"ob") 
plt.show()

执行输出结果如下图:

绘制正弦波

以下实例使用 matplotlib 生成正弦波图。

import numpy as np 
import matplotlib.pyplot as plt 
# 计算正弦曲线上点的 x 和 y 坐标
x = np.arange(0,  3  * np.pi,  0.1) 
y = np.sin(x)
plt.title("sine wave form")  
# 使用 matplotlib 来绘制点
plt.plot(x, y) 
plt.show()

执行输出结果如下图:

subplot()

subplot() 函数允许你在同一图中绘制不同的东西。

以下实例绘制正弦和余弦值:

import numpy as np 
import matplotlib.pyplot as plt 
# 计算正弦和余弦曲线上的点的 x 和 y 坐标 
x = np.arange(0,  3  * np.pi,  0.1) 
y_sin = np.sin(x) 
y_cos = np.cos(x)  
# 建立 subplot 网格,高为 2,宽为 1  
# 激活第一个 subplot
plt.subplot(2,  1,  1)  
# 绘制第一个图像 
plt.plot(x, y_sin) 
plt.title('Sine')  
# 将第二个 subplot 激活,并绘制第二个图像
plt.subplot(2,  1,  2) 
plt.plot(x, y_cos) 
plt.title('Cosine')  
# 展示图像
plt.show()

执行输出结果如下图:

bar()

pyplot 子模块提供 bar() 函数来生成条形图。

以下实例生成两组 x 和 y 数组的条形图。

from matplotlib import pyplot as plt 
x =  [5,8,10] 
y =  [12,16,6] 
x2 =  [6,9,11] 
y2 =  [6,15,7] 
plt.bar(x, y, align =  'center') 
plt.bar(x2, y2, color =  'g', align =  'center') 
plt.title('Bar graph') 
plt.ylabel('Y axis') 
plt.xlabel('X axis') 
plt.show()

执行输出结果如下图:

numpy.histogram()

numpy.histogram() 函数是数据的频率分布的图形表示。 水平尺寸相等的矩形对应于类间隔,称为 bin,变量 height 对应于频率。

numpy.histogram()函数将输入数组和 bin 作为两个参数。 bin 数组中的连续元素用作每个 bin 的边界。

import numpy as np 
 
a = np.array([22,87,5,43,56,73,55,54,11,20,51,5,79,31,27])
np.histogram(a,bins =  [0,20,40,60,80,100]) 
hist,bins = np.histogram(a,bins =  [0,20,40,60,80,100])  
print (hist) 
print (bins)

输出结果为:

[3 4 5 2 1]
[  0  20  40  60  80 100]
plt()

Matplotlib 可以将直方图的数字表示转换为图形。 pyplot 子模块的 plt() 函数将包含数据和 bin 数组的数组作为参数,并转换为直方图。

from matplotlib import pyplot as plt 
import numpy as np  
 
a = np.array([22,87,5,43,56,73,55,54,11,20,51,5,79,31,27]) 
plt.hist(a, bins =  [0,20,40,60,80,100]) 
plt.title("histogram") 
plt.show()

执行输出结果如下图:

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