Python基礎(chǔ)教程之Matplotlib圖形繪制詳解

第Python基礎(chǔ)教程之Matplotlib圖形繪制詳解目錄1.引言2.繪制折線圖：3.繪制散點(diǎn)圖4.解決中文顯示問題5.劃分子圖6.總結(jié)

1.引言

以下是Matplotlib的一些主要特點(diǎn)：

簡單易用：Matplotlib提供了簡單而直觀的API，使得繪圖變得容易上手和使用。多樣化的圖形：它支持各種常見的圖形類型，包括線圖、散點(diǎn)圖、柱狀圖、餅圖、等高線圖、3D圖等。你可以根據(jù)需求選擇合適的圖形進(jìn)行繪制。高度可定制性：Matplotlib提供了大量的參數(shù)選項(xiàng)，你可以自定義圖形的各個(gè)方面，包括線型、顏色、標(biāo)簽、標(biāo)題、網(wǎng)格等，以滿足特定的需求。高質(zhì)量的輸出：Matplotlib能夠生成高質(zhì)量的圖形輸出，支持多種輸出格式，如PNG、JPEG、PDF等，方便在論文、報(bào)告和演示文稿中使用。與NumPy集成：Matplotlib與NumPy緊密集成，可以直接接收NumPy數(shù)組作為輸入數(shù)據(jù)，并且能夠方便地處理和呈現(xiàn)這些數(shù)據(jù)。支持交互式繪圖：除了靜態(tài)圖形，Matplotlib還提供了交互式繪圖的功能，可以通過添加交互元素和事件處理來實(shí)現(xiàn)用戶與圖形的交互操作。

首先，確保你已經(jīng)安裝了matplotlib和NumPy模塊，可以通過以下命令來安裝它們：

pipinstallmatplotlibnumpy

接下來，導(dǎo)入需要的模塊：

importmatplotlib.pyplotasplt

importnumpyasnp

2.繪制折線圖：

x=np.linspace(0,2*np.pi,100)#在0到2π之間生成100個(gè)點(diǎn)作為x軸坐標(biāo)

y=np.sin(x)#通過sin函數(shù)生成對應(yīng)的y軸坐標(biāo)

plt.plot(x,y)#繪制折線圖

plt.xlabel('x')#設(shè)置x軸標(biāo)簽

plt.ylabel('y')#設(shè)置y軸標(biāo)簽

plt.title('SinFunction')#設(shè)置標(biāo)題

plt.show()#顯示圖形

3.繪制散點(diǎn)圖

x=np.random.rand(100)#生成100個(gè)隨機(jī)數(shù)作為x軸坐標(biāo)

y=np.random.rand(100)#生成100個(gè)隨機(jī)數(shù)作為y軸坐標(biāo)

plt.scatter(x,y)#繪制散點(diǎn)圖

plt.xlabel('x')#設(shè)置x軸標(biāo)簽

plt.ylabel('y')#設(shè)置y軸標(biāo)簽

plt.title('散點(diǎn)圖')#設(shè)置標(biāo)題

plt.show()#顯示圖形

繪制的圖形如下，我們可以看到，標(biāo)題本應(yīng)當(dāng)顯示散點(diǎn)圖，但實(shí)際上顯示的卻是三個(gè)小方格。為什么會(huì)這樣呢

原因在于matplotlib的作者在設(shè)計(jì)時(shí)并沒有直接支持中文，主要原因是中文字體渲染較為復(fù)雜，并且涉及到不同操作系統(tǒng)、字體庫和編程環(huán)境的差異。這使得在繪制中文時(shí)可能遇到各種字體顯示問題，例如亂碼、錯(cuò)位等。但是，我們可以通過一些方法來解決這個(gè)問題。

4.解決中文顯示問題

在使用matplotlib繪圖時(shí)出現(xiàn)中文顯示問題，可以按照以下步驟解決：

1、配置字體路徑

這種方法是墻裂不推薦的，原因是需要修改matplotlib本身的配置文件，同樣的代碼換個(gè)環(huán)境執(zhí)行，可能中文就顯示異常了，但也在這介紹一下。找到系統(tǒng)中已安裝的中文字體文件，通常位于Windows的C:\Windows\Fonts目錄下，或者其他操作系統(tǒng)中類似的位置。你也可以使用如下代碼查看：

importmatplotlib.font_managerasfm

#獲取系統(tǒng)中所有已安裝的字體信息

font_info=fm.findSystemFonts()

#輸出每個(gè)字體的名稱和路徑

forfont_pathinfont_info:

font_prop=fm.FontProperties(fname=font_path)

font_name=font_prop.get_name()

print(f"FontName:{font_name}")

print(f"FontPath:{font_path}\n")

將字體文件路徑添加到matplotlib的配置文件中。可以在Python中執(zhí)行以下代碼查看matplotlibrc配置文件的所在路徑。

importmatplotlib

print(matplotlib.matplotlib_fname())

找到下圖所示這幾行配置，這里我將sans-serif改成微軟雅黑字體:MicrosoftYaHei，并取消這幾行的注釋，運(yùn)行后可以看到中文正常顯示。

2.修改rcParams來達(dá)到效果，這種方法適合用于修改默認(rèn)字體、默認(rèn)樣式等，對于字體個(gè)性化需求較高的圖形，不建議使用此方法。

importmatplotlib.pyplotasplt

#####################################

frommatplotlibimportrcParams

rcParams['font.family']='MicrosoftYaHei'

3.設(shè)置FontProperties，推薦使用此方法來對字體進(jìn)行設(shè)置，比較靈活

importmatplotlib.pyplotasplt

importnumpyasnp

frommatplotlib.font_managerimportFontProperties

microsoft_yahei_font=FontProperties('MicrosoftYaHei')

fang_song_font=FontProperties(fname=r'C:\Windows\Fonts\simfang.ttf')

x=np.random.rand(100)#生成100個(gè)隨機(jī)數(shù)作為x軸坐標(biāo)

y=np.random.rand(100)#生成100個(gè)隨機(jī)數(shù)作為y軸坐標(biāo)

plt.scatter(x,y)#繪制散點(diǎn)圖

plt.xlabel('x軸')#設(shè)置x軸標(biāo)簽

plt.ylabel('y軸',fontproperties=microsoft_yahei_font)#設(shè)置y軸標(biāo)簽

plt.title('散點(diǎn)圖',fontproperties=fang_song_font)#設(shè)置標(biāo)題

plt.show()

繪制的圖形中，可以看到上述設(shè)置字體及未設(shè)置的區(qū)別，推薦使用此方法。

5.劃分子圖

在Matplotlib中，使用子圖（Subplot）可以在一個(gè)繪圖窗口中創(chuàng)建多個(gè)小的坐標(biāo)系，從而將多個(gè)圖形放置在同一個(gè)圖像中，并進(jìn)行靈活的布局。

importmatplotlib.pyplotasplt

frommatplotlib.font_managerimportFontProperties

importnumpyasnp

#設(shè)置字體為微軟雅黑

font=FontProperties('MicrosoftYaHei')

#生成隨機(jī)數(shù)據(jù)

categories=['A','B','C','D']

values=np.random.rand(len(categories))

#創(chuàng)建一個(gè)包含兩個(gè)子圖的畫布

fig,ax=plt.subplots(2,1)

#在第一個(gè)子圖上繪制柱狀圖

ax[0].bar(categories,values)

ax[0].set_title('柱狀圖',fontproperties=font)

#在第二個(gè)子圖上繪制另一個(gè)餅圖

#生成隨機(jī)數(shù)據(jù)

sizes=np.random.rand(len(categories))

ax[1].pie(sizes,labels=categories,autopct='%1.1f%%')

ax[1].set_title('帶百分比的餅圖',fontproperties=font)

#調(diào)整子圖之間的間距和布局

plt.tight_layout()

#顯示圖形

plt.show()

通過調(diào)整subplots()函數(shù)的參數(shù)，你可以創(chuàng)建不同尺寸和布局的子圖，以滿足你的需求。同時(shí)，你也可以使用其他的matplotlib繪圖函數(shù)在子圖中繪制各種類型的圖形。

6.總結(jié)

Python的Matplotlib是一個(gè)功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化庫，可以用于創(chuàng)建各種類型的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和交互式圖形。它提供了廣泛的繪圖選項(xiàng)和配置參數(shù)，使用戶能夠根據(jù)自己的需求定制圖形。常見的一些用法如下：

1、使用不同的matplotlib繪圖函數(shù)創(chuàng)建所需的圖形，如折線圖、散點(diǎn)圖、柱狀圖、餅圖等。常用的繪圖函數(shù)有plt.plot()、plt.scatter()、plt.bar()、plt.pie()等。

2、配置圖形屬性：可以使用各種屬性設(shè)置函數(shù)來自定義圖形，如標(biāo)題、坐標(biāo)軸標(biāo)簽、圖例、線型、顏色、標(biāo)記符號(hào)等。常用的屬性設(shè)置函數(shù)有plt.title()、plt.xlabel()、plt.ylabel()、plt.legend()、plt.grid()等。

3、顯示圖形：通過調(diào)用plt.show()函數(shù)顯示圖形。該函數(shù)可以在所有繪圖操作完成后調(diào)用，也可以在每次繪制完一個(gè)子圖后調(diào)用，以便逐個(gè)顯示子圖。

4、保存圖形：通過使用plt.savefig()函數(shù)將繪制的圖形保存為文件，常見的文件格式包括PNG、JPEG、PDF等。

5、繪制多個(gè)子圖：使用plt.subplots()函數(shù)可以創(chuàng)建一個(gè)包含多個(gè)子圖的畫布，然后在不同的子圖上繪制不同的圖形?？梢允褂盟饕虿季謪?shù)來控制子圖的位置和排列方式。

Matplotlib提供了豐富的樣式選項(xiàng)和布局控制功能，可以幫助美化圖形和調(diào)整圖形的形狀、大小和比例。除了基本的Matplotlib庫外，還有一些擴(kuò)展庫可以進(jìn)一步增強(qiáng)Matplotlib的功能。例如，Seabor