matplotlib繪圖的核心原理講解

2021-01-08 CSDN

作者：朱小五

來自：凹凸數據（ID:alltodata）

matplotlib是基於Python語言的開源項目，旨在為Python提供一個數據繪圖包。

相信大家都用過它來數據可視化，之前我還分享過25個常用Matplotlib圖的Python代碼。

可是你了解過它繪圖的核心原理嗎？

那不如來看看黃同學的這篇文章吧！

核心原理講解

使用matplotlib繪圖的原理，主要就是理解figure(畫布)、axes(坐標系)、axis(坐標軸)三者之間的關係。

以「美院學生張三寫生畫畫」為例，來說明這三者之間的關係。

張三的畫板

首先，張三想要畫畫，是不是需要在畫板上面準備一張畫布。對比到matplotlib中，就相當於初始化了一張figure(畫布)，我們畫的任何圖形，都是在這張figure(畫布)上操作的。

接著，張三需要給figure(畫布)分配不同的區域，指定哪一塊兒究竟該畫什麼。對比到matplotlib中，就是需要指定axes(坐標系)，每一個axes(坐標系)相當於一張畫布上的一塊區域。一張畫布上，可以分配不同區域，也就是說，一張畫布，可以指定多個axes(坐標系)。

最後，張三就是在分配好的不同區域上進行圖形繪製了，在一張畫布上，畫的最多的應該就是2D圖，也可以畫3D圖，如圖所示，張三在區域一畫了一個小狗，在區域二畫了一個小貓，在區域三畫了一個光頭強。對比到matplotlib中，我們在axes1中畫了一個條形圖，在axes2中畫了一個餅圖，在axes3中畫了一個折線圖。當是2D圖時，都會有一個X軸和一個Y軸；當是3D圖時，都會有一個X軸、一個Y軸和一個Z軸，這個軸就是我們所說的「坐標軸axis」。

matplotlib繪圖

通過上述分析，總結如下：一個figure(畫布)上，可以有多個區域axes(坐標系)，我們在每個坐標系上繪圖，也就是說每個axes(坐標系)中，都有一個axis(坐標軸)。

特別注意：在matplotlib中，figure畫布和axes坐標軸並不能顯示的看見，我們能夠看到的就是一個axis坐標軸的各種圖形。

matplotlib庫的安裝與導入

1）安裝

pip install matplotlib

2）導入相關庫

現在你不需要關注下面代碼具體是什麼意思，有一個主觀印象即可。我將會在以後的文章中，給大家一一介紹你不懂的哪些參數。

import numpy as npimport pandas as pdimport matplotlib as mplimport matplotlib.pyplot as plt# 排除警告信息import warningswarnings.filterwarnings("ignore")# 列印版本信息display(np.__version__)display(pd.__version__)display(mpl.__version__)# matplotlib畫圖常見參數設置mpl.rcParams["font.family"] = "SimHei" # 設置字體mpl.rcParams["axes.unicode_minus"]=False # 用來正常顯示負號plt.rcParams['font.sans-serif']=['SimHei'] # 用來正常顯示中文標籤# 嵌入式顯示圖形%matplotlib inline

結果如下：

創建figure(畫布)的兩種方式

1）繪製一個最簡單的折線圖

import matplotlib as mplimport matplotlib.pyplot as pltx = [1,3,5,7]y = [4,9,6,8]plt.plot(x,y)plt.show()

結果如下：

結果分析：

在前面的敘述中，我們已經說過，想要使用matplotlib繪圖，必須先要創建一個figure(畫布)對象，然後還要有axes(坐標系)。但是觀察上述代碼，我們並沒有創建figure對象，那麼怎麼又可以畫圖呢？

對於上述疑問，接下來我們就要講述創建figure(畫布)的兩種方式。

2）創建figure(畫布)的兩種方式

* 隱式創建* 顯示創建

① 隱式創建figure對象

當第一次執行plt.xxx()畫圖代碼時，系統會去判斷是否已經有了figure對象，如果沒有，系統會自動創建一個figure對象，並且在這個figure之上，自動創建一個axes坐標系(注意：默認創建一個figure對象，一個axes坐標系)。

也就是說，如果我們不設置figure對象，那麼一個figure對象上，只能有一個axes坐標系，即我們只能繪製一個圖形。

② 隱式創建figure對象存在的問題

優勢：如果只是繪製一個小圖形，那麼直接使用plt.xxx()的方式，會自動幫我們創建一個figure對象和一個axes坐標系，這個圖形最終就是繪製在這個axes坐標系之上的。

劣勢：如果我們想要在一個figure對象上，繪製多個圖形，那麼我們就必須拿到每個個axes對象，然後調用每個位置上的axes對象，就可以在每個對應位置的坐標繫上，進行繪圖，如下圖所示。注意：如果figure對象是被默認創建的，那麼我們根本拿不到axes對象。因此，需要我們顯示創建figure對象。

③ 顯示創建figure對象：以後的文章會詳細講述布局設置

# 手動創建一個figure對象figure = plt.figure()# 獲取每個位置的axes對象axes1 = figure.add_subplot(2,1,1)axes2 = figure.add_subplot(2,1,1)

如圖所示：

舉例說明：

figure = plt.figure()axes1 = figure.add_subplot(2,1,1)axes2 = figure.add_subplot(2,1,1)axes1.plot([1,3,5,7],[4,9,6,8])axes2.plot([1,2,4,5],[8,4,6,2])figure.show()

結果如下：

完整的繪圖步驟

① 導庫

import matplotlib as mplimport matplotlib.pyplot as plt

② 創建figure畫布對象

如果繪製一個簡單的小圖形，我們可以不設置figure對象，使用默認創建的figure對象，當然我們也可以顯示創建figure對象。如果一張figure畫布上，需要繪製多個圖形。那麼就必須顯示的創建figure對象，然後得到每個位置上的axes對象，進行對應位置上的圖形繪製。

③ 根據figure對象進行布局設置

1*11*22*12*2...

④ 獲取對應位置的axes坐標系對象

figure = plt.figure()axes1 = figure.add_subplot(2,1,1)axes2 = figure.add_subplot(2,1,1)

⑤ 調用axes對象，進行對應位置的圖形繪製

這一步，是我們傳入數據，進行繪圖的一步。對於圖形的一些細節設置，都可以在這一步進行。

⑥ 顯示圖形

plt.show()或figure.show()如果在pycharm中繪圖的話，必須要加這句代碼，才能顯示。如果在notebook中進行繪圖，可以不用加這句代碼，而是自動顯示。

繪圖技巧(細節設置)

通過對matplotlib繪圖的原理，有所了解之後，我們需要學習的就是常見的matplotlib繪圖技巧。

* figure 畫布* axes 坐標系，一個畫布上可以有多個坐標系* axis 坐標軸，一個坐標系中可以有多個坐標軸，一般都是二維平面坐標系，或者三維立體坐標系* title 標題* legend 圖例* grid 背景網格* tick 刻度* axis label 坐標軸名稱* tick label 刻度名稱* major tick label 主刻度標籤 * minor tick label 副刻度標籤* line 線* style 線條樣式* marker 點標記* font 字體相關

常見的繪圖技巧如上所示，這些繪圖技巧都能夠很好的幫助我們畫出更美觀、更直觀的圖形。

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    作者 | 舊時晚風拂曉城 來源 | 傑哥的IT之旅（ID：Jake_Internet）頭圖 | CSDN 下載自東方IC公眾號「傑哥的IT之旅」後臺回覆：「matplotlib數據可視化」，獲取本文完整數據集。Python 中可以通過 matplotlib 模塊的 pyplot 子庫來完成繪圖。
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