第二章:Matplotlib之艺术画笔见乾坤

2023-11-15

第二章:艺术画笔见乾坤

一、概述

1. matplotlib的三层api

matplotlib的原理或者说基础逻辑是,用Artist对象在画布(canvas)上绘制(Render)图形。
就和人作画的步骤类似:

  1. 准备一块画布或画纸
  2. 准备好颜料、画笔等制图工具
  3. 作画

所以matplotlib有三个层次的API:

matplotlib.backend_bases.FigureCanvas 代表了绘图区,所有的图像都是在绘图区完成的
matplotlib.backend_bases.Renderer 代表了渲染器,可以近似理解为画笔,控制如何在 FigureCanvas 上画图。
matplotlib.artist.Artist 代表了具体的图表组件,即调用了Renderer的接口在Canvas上作图。
前两者处理程序和计算机的底层交互的事项,第三项Artist就是具体的调用接口来做出我们想要的图,比如图形、文本、线条的设定。所以通常来说,我们95%的时间,都是用来和matplotlib.artist.Artist类打交道的。

2. Artist的分类

Artist有两种类型:primitivescontainers
primitive是基本要素,它包含一些我们要在绘图区作图用到的标准图形对象,如曲线Line2D,文字text,矩形Rectangle,图像image等。
container是容器,即用来装基本要素的地方,包括图形figure、坐标系Axes和坐标轴Axis。他们之间的关系如下图所示:
分类

3. matplotlib标准用法

matplotlib的标准使用流程为:

  1. 创建一个Figure实例
  2. 使用Figure实例创建一个或者多个AxesSubplot实例
  3. 使用Axes实例的辅助方法来创建primitive

值得一提的是,Axes是一种容器,它可能是matplotlib API中最重要的类,并且我们大多数时间都花在和它打交道上。更具体的信息会在之后容器小节说明。

一个流程示例及说明如下:

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# step 1 
# 我们用 matplotlib.pyplot.figure() 创建了一个Figure实例
fig = plt.figure()

# step 2
# 然后用Figure实例创建了一个两行一列(即可以有两个subplot)的绘图区,并同时在第一个位置创建了一个subplot
ax = fig.add_subplot(2, 1, 1) # two rows, one column, first plot

# step 3
# 然后用Axes实例的方法画了一条曲线
t = np.arange(0.0, 1.0, 0.01)
s = np.sin(2*np.pi*t)
line, = ax.plot(t, s, color='blue', lw=2)

在这里插入图片描述

二、自定义你的Artist对象

1. Artist属性

在图形中的每一个元素都对应着一个matplotlib Artist,且都有其对应的配置属性列表。

Figure本身包含一个Rectangle,Rectangle的大小就是Figure的大小;你可以用来设置Figure的背景色和透明度。
每个Axes边界框(默认白底黑边),也有一个Rectangle,通过它可以设置Axes的颜色、透明度等。
这些实例都存储在成员变量(member variables) Figure.patchAxes.patch中。 (Patch是一个来源于MATLAB的名词,它是图形上颜色的一个2D补丁,包含rectangels-矩形circles-圆plygons-多边形

换个表达方式:
Figure.patch属性:是一个Rectangle,代表了图表的矩形框,它的大小就是图表的大小, 并且可以通过它设置figure的背景色和透明度。
Axes.patch属性:也是一个Rectangle,代表了绘图坐标轴内部的矩形框(白底黑边), 通过它可以设置Axes的颜色、透明度等。

每个matplotlib Artist都有以下属性:

  • .alpha属性:透明度。值为0—1之间的浮点数
  • .axes属性:返回这个Artist所属的axes,可能为None
  • .figure属性:该Artist所属的Figure,可能为None
  • .label:一个text label
  • .visible:布尔值,控制Artist是否绘制

这里仅列举几个常见的属性,更详细的属性清单请查阅官方文档: Artist属性列表

# .patch
plt.figure().patch
plt.axes().patch
<matplotlib.patches.Rectangle at 0x2b15318f048>

在这里插入图片描述

2. 属性调用方式

Artist对象的所有属性都通过相应的 get_*set_* 函数进行读写。
例如下面的语句将alpha属性设置为当前值的一半:

a = o.get_alpha()
o.set_alpha(0.5*a)

如果想一次设置多个属性,也可以用set方法:

o.set(alpha=0.5, zorder=2)

可以使用 matplotlib.artist.getp(o,"alpha") 来获取属性,如果指定属性名,则返回对象的该属性值;如果不指定属性名,则返回对象的所有的属性和值。

import matplotlib
# Figure rectangle的属性
matplotlib.artist.getp(fig.patch)
    agg_filter = None
    alpha = None
    animated = False
    antialiased or aa = False
    bbox = Bbox(x0=0.0, y0=0.0, x1=1.0, y1=1.0)
    capstyle = butt
    children = []
    clip_box = None
    clip_on = True
    clip_path = None
    contains = None
    data_transform = BboxTransformTo(     TransformedBbox(         Bbox...
    edgecolor or ec = (1.0, 1.0, 1.0, 0.0)
    extents = Bbox(x0=0.0, y0=0.0, x1=432.0, y1=288.0)
    facecolor or fc = (1.0, 1.0, 1.0, 0.0)
    figure = Figure(432x288)
    fill = True
    gid = None
    hatch = None
    height = 1
    in_layout = False
    joinstyle = miter
    label = 
    linestyle or ls = solid
    linewidth or lw = 0.0
    patch_transform = CompositeGenericTransform(     BboxTransformTo(   ...
    path = Path(array([[0., 0.],        [1., 0.],        [1.,...
    path_effects = []
    picker = None
    rasterized = None
    sketch_params = None
    snap = None
    transform = CompositeGenericTransform(     CompositeGenericTra...
    transformed_clip_path_and_affine = (None, None)
    url = None
    verts = [[  0.   0.]  [432.   0.]  [432. 288.]  [  0. 288....
    visible = True
    width = 1
    window_extent = Bbox(x0=0.0, y0=0.0, x1=432.0, y1=288.0)
    x = 0
    xy = (0, 0)
    y = 0
    zorder = 1

三、基本元素 - primitives

现在我们知道了如何检查和设置给定对象的属性,我们还需要知道如何获取该对象。

前文介绍到,Artist包含两种对象:基本要素-primitives容器-containers
primitives是基本要素,它包含一些我们要在绘图区作图用到的标准图形对象,如曲线Line2D,文本text,矩形Rectangle,图像image等。
container是容器,即用来装基本要素的地方,包括图形figure、坐标系Axes和坐标轴Axis

本章重点介绍下 primitives 的几种类型:曲线-Line2D,矩形-Rectangle,图像-image (其中文本-Text较为复杂,会在之后单独详细说明。)

1. 2DLines

在matplotlib中曲线的绘制,主要是通过类 matplotlib.lines.Line2D 来完成的。
它的基类: matplotlib.artist.Artist

matplotlib中线-line的含义:它表示的可以是连接所有顶点的实线样式,也可以是每个顶点的标记。此外,这条线也会受到绘画风格的影响,比如,我们可以创建虚线种类的线。

它的构造函数:

class matplotlib.lines.Line2D(xdata, ydata, linewidth=None, linestyle=None, color=None, marker=None, markersize=None, markeredgewidth=None, markeredgecolor=None, markerfacecolor=None, markerfacecoloralt='none', fillstyle=None, antialiased=None, dash_capstyle=None, solid_capstyle=None, dash_joinstyle=None, solid_joinstyle=None, pickradius=5, drawstyle=None, markevery=None, **kwargs)

其中常用的的参数有:

  • xdata:需要绘制的line中点的在x轴上的取值,若忽略,则默认为range(1,len(ydata)+1)
  • ydata:需要绘制的line中点的在y轴上的取值
  • linewidth:线条的宽度
  • linestyle:线型
  • color:线条的颜色
  • marker:点的标记,详细可参考markers API
  • markersize:标记的size

其他详细参数可参考Line2D官方文档

a. 如何设置Line2D的属性

有三种方法可以用设置线的属性。

  1. 直接在plot()函数中设置
import matplotlib.pyplot as plt
x = range(0,5)
y = [2,5,7,8,10]
plt.plot(x,y, linewidth=10) # 设置线的粗细参数为10
[<matplotlib.lines.Line2D at 0x2b153213548>]

在这里插入图片描述

  1. 通过获得线对象,对线对象进行设置
x = range(0,5)
y = [2,5,7,8,10]
line, = plt.plot(x, y, '-')
line.set_antialiased(False) # 关闭抗锯齿功能

在这里插入图片描述

  1. 获得线属性,使用setp()函数设置
x = range(0,5)
y = [2,5,7,8,10]
lines = plt.plot(x, y)
plt.setp(lines, color='r', linewidth=10)
[None, None]

在这里插入图片描述

b. 如何绘制lines

1) 绘制直线line
常用的方法有两种

  • pyplot方法绘制
  • Line2D对象绘制
  1. pyplot方法绘制
import matplotlib.pyplot as plt
x = range(0,5)
y = [2,5,7,8,10]
plt.plot(x,y)
[<matplotlib.lines.Line2D at 0x2b153387f08>]

在这里插入图片描述

  1. Line2D对象绘制
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.lines import Line2D      

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111)
line = Line2D(x, y)
ax.add_line(line)
ax.set_xlim(min(x), max(x))
ax.set_ylim(min(y), max(y))

plt.show()

在这里插入图片描述

2) errorbar绘制误差折线图
pyplot里有个专门绘制误差线的功能,通过errorbar类实现,它的构造函数:

matplotlib.pyplot.errorbar(x, y, yerr=None, xerr=None, fmt=’’, ecolor=None, elinewidth=None, capsize=None, barsabove=False, lolims=False, uplims=False, xlolims=False, xuplims=False, errorevery=1, capthick=None, *, data=None, **kwargs)

其中最主要的参数是前几个:

  • x:需要绘制的line中点的在x轴上的取值
  • y:需要绘制的line中点的在y轴上的取值
  • yerr:指定y轴水平的误差
  • xerr:指定x轴水平的误差
  • fmt:指定折线图中某个点的颜色,形状,线条风格,例如‘co–’
  • ecolor:指定error bar的颜色
  • elinewidth:指定error bar的线条宽度

绘制errorbar

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
fig = plt.figure()
x = np.arange(10)
y = 2.5 * np.sin(x / 20 * np.pi)
yerr = np.linspace(0.05, 0.2, 10)
plt.errorbar(x, y + 3, yerr=yerr, label='both limits (default)')

<ErrorbarContainer object of 3 artists>

在这里插入图片描述

2. patches

matplotlib.patches.Patch类是二维图形类。它的基类是matplotlib.artist.Artist,它的构造函数:
详细清单见 matplotlib.patches API

Patch(edgecolor=None, facecolor=None, color=None,
linewidth=None, linestyle=None, antialiased=None,
hatch=None, fill=True, capstyle=None, joinstyle=None,
**kwargs)

a. Rectangle-矩形

Rectangle矩形类在官网中的定义是: 通过锚点xy及其宽度和高度生成。
Rectangle本身的主要比较简单,即xy控制锚点,width和height分别控制宽和高。它的构造函数:

class matplotlib.patches.Rectangle(xy, width, height, angle=0.0, **kwargs)

在实际中最常见的矩形图是hist直方图和bar条形图。

1) hist-直方图

matplotlib.pyplot.hist(x,bins=None,range=None, density=None, bottom=None, histtype=‘bar’, align=‘mid’, log=False, color=None, label=None, stacked=False, normed=None)

下面是一些常用的参数:

  • x: 数据集,最终的直方图将对数据集进行统计
  • bins: 统计的区间分布
  • range: tuple, 显示的区间,range在没有给出bins时生效
  • density: bool,默认为false,显示的是频数统计结果,为True则显示频率统计结果,这里需要注意,频率统计结果=区间数目/(总数*区间宽度),和normed效果一致,官方推荐使用density
  • histtype: 可选{‘bar’, ‘barstacked’, ‘step’, ‘stepfilled’}之一,默认为bar,推荐使用默认配置,step使用的是梯状,stepfilled则会对梯状内部进行填充,效果与bar类似
  • align: 可选{‘left’, ‘mid’, ‘right’}之一,默认为’mid’,控制柱状图的水平分布,left或者right,会有部分空白区域,推荐使用默认
  • log: bool,默认False,即y坐标轴是否选择指数刻度
  • stacked: bool,默认为False,是否为堆积状图

hist绘制直方图

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np 
x=np.random.randint(0,100,100) #生成[0-100)之间的100个数据,即 数据集 
bins=np.arange(0,101,10) #设置连续的边界值,即直方图的分布区间[0,10),[10,20)... 
plt.hist(x,bins,color='fuchsia',alpha=0.5)#alpha设置透明度,0为完全透明 
plt.xlabel('scores') 
plt.ylabel('count') 
plt.xlim(0,100)#设置x轴分布范围 plt.show()
(0.0, 100.0)

在这里插入图片描述

Rectangle矩形类绘制直方图

import pandas as pd
import re
df = pd.DataFrame(columns = ['data'])
df.loc[:,'data'] = x
df['fenzu'] = pd.cut(df['data'], bins=bins, right = False,include_lowest=True)

df_cnt = df['fenzu'].value_counts().reset_index()
df_cnt.loc[:,'mini'] = df_cnt['index'].astype(str).map(lambda x:re.findall('\[(.*)\,',x)[0]).astype(int)
df_cnt.loc[:,'maxi'] = df_cnt['index'].astype(str).map(lambda x:re.findall('\,(.*)\)',x)[0]).astype(int)
df_cnt.loc[:,'width'] = df_cnt['maxi']- df_cnt['mini']
df_cnt.sort_values('mini',ascending = True,inplace = True)
df_cnt.reset_index(inplace = True,drop = True)

#用Rectangle把hist绘制出来
import matplotlib.pyplot as plt

fig = plt.figure()
ax1 = fig.add_subplot(111)
#rect1 = plt.Rectangle((0,0),10,10)
#ax1.add_patch(rect)

#ax2 = fig.add_subplot(212)
for i in df_cnt.index:
    rect =  plt.Rectangle((df_cnt.loc[i,'mini'],0),df_cnt.loc[i,'width'],df_cnt.loc[i,'fenzu'])
#rect2 = plt.Rectangle((10,0),10,5)
    ax1.add_patch(rect)
#ax1.add_patch(rect2)
ax1.set_xlim(0, 100)
ax1.set_ylim(0, 16)
plt.show()

在这里插入图片描述

2) bar-柱状图

matplotlib.pyplot.bar(left, height, alpha=1, width=0.8, color=, edgecolor=, label=, lw=3)

下面是一些常用的参数:

  • left:x轴的位置序列,一般采用range函数产生一个序列,但是有时候可以是字符串
  • height:y轴的数值序列,也就是柱形图的高度,一般就是我们需要展示的数据;
  • alpha:透明度,值越小越透明
  • width:为柱形图的宽度,一般这是为0.8即可;
  • color或facecolor:柱形图填充的颜色;
  • edgecolor:图形边缘颜色
  • label:解释每个图像代表的含义,这个参数是为legend()函数做铺垫的,表示该次bar的标签

bar绘制柱状图

import matplotlib.pyplot as plt
y = range(1,17)
plt.bar(np.arange(16), y, alpha=0.5, width=0.5, color='yellow', edgecolor='red', label='The First Bar', lw=3)
<BarContainer object of 16 artists>

在这里插入图片描述

Rectangle矩形类绘制柱状图

#import matplotlib.pyplot as plt
fig = plt.figure()
ax1 = fig.add_subplot(111)

for i in range(1,17):
    rect =  plt.Rectangle((i+0.25,0),0.5,i)
    ax1.add_patch(rect)
ax1.set_xlim(0, 16)
ax1.set_ylim(0, 16)
plt.show()

在这里插入图片描述

b. Polygon-多边形

matplotlib.patches.Polygon类是多边形类。其基类是matplotlib.patches.Patch,它的构造函数:

class matplotlib.patches.Polygon(xy, closed=True, **kwargs)

xy是一个N×2的numpy array,为多边形的顶点。
closed为True则指定多边形将起点和终点重合从而显式关闭多边形。

matplotlib.patches.Polygon类中常用的是fill类,它是基于xy绘制一个填充的多边形,它的定义:

matplotlib.pyplot.fill(*args, data=None, **kwargs)

参数说明 : 关于x、y和color的序列,其中color是可选的参数,每个多边形都是由其节点的x和y位置列表定义的,后面可以选择一个颜色说明符。您可以通过提供多个x、y、[颜色]组来绘制多个多边形。

fill绘制图形

import matplotlib.pyplot as plt
x = np.linspace(0, 5 * np.pi, 1000) 
y1 = np.sin(x)
y2 = np.sin(2 * x) 
plt.fill(x, y1, color = "g", alpha = 0.3)
[<matplotlib.patches.Polygon at 0x2b1541ce088>]

在这里插入图片描述

c. Wedge-契形

matplotlib.patches.Polygon类是多边形类。其基类是matplotlib.patches.Patch,它的构造函数:

class matplotlib.patches.Wedge(center, r, theta1, theta2, width=None, **kwargs)

一个Wedge-契形 是以坐标x,y为中心,半径为r,从θ1扫到θ2(单位是度)。
如果宽度给定,则从内半径r -宽度到外半径r画出部分楔形。wedge中比较常见的是绘制饼状图。

matplotlib.pyplot.pie语法:

matplotlib.pyplot.pie(x, explode=None, labels=None, colors=None, autopct=None, pctdistance=0.6, shadow=False, labeldistance=1.1, startangle=0, radius=1, counterclock=True, wedgeprops=None, textprops=None, center=0, 0, frame=False, rotatelabels=False, *, normalize=None, data=None)

制作数据x的饼图,每个楔子的面积用x/sum(x)表示。
其中最主要的参数是前4个:

  • x:契型的形状,一维数组。
  • explode:如果不是等于None,则是一个len(x)数组,它指定用于偏移每个楔形块的半径的分数。
  • labels:用于指定每个契型块的标记,取值是列表或为None。
  • colors:饼图循环使用的颜色序列。如果取值为None,将使用当前活动循环中的颜色。
  • startangle:饼状图开始的绘制的角度。

pie绘制饼状图

import matplotlib.pyplot as plt 
labels = 'Frogs', 'Hogs', 'Dogs', 'Logs'
sizes = [15, 30, 45, 10] 
explode = (0, 0.1, 0, 0) 
fig1, ax1 = plt.subplots() 
ax1.pie(sizes, explode=explode, labels=labels, autopct='%1.1f%%', shadow=True, startangle=90) 
ax1.axis('equal') # Equal aspect ratio ensures that pie is drawn as a circle. 
plt.show()

在这里插入图片描述

wedge绘制饼图

import matplotlib.pyplot as plt 
from matplotlib.patches import Circle, Wedge
from matplotlib.collections import PatchCollection

fig = plt.figure()
ax1 = fig.add_subplot(111)
theta1 = 0
sizes = [15, 30, 45, 10] 
patches = []
patches += [
    Wedge((0.3, 0.3), .2, 0, 54),             # Full circle
    Wedge((0.3, 0.3), .2, 54, 162),  # Full ring
    Wedge((0.3, 0.3), .2, 162, 324),              # Full sector
    Wedge((0.3, 0.3), .2, 324, 360),  # Ring sector
]
colors = 100 * np.random.rand(len(patches))
p = PatchCollection(patches, alpha=0.4)
p.set_array(colors)
ax1.add_collection(p)
plt.show()

在这里插入图片描述

3. collections

collections类是用来绘制一组对象的集合,collections有许多不同的子类,如RegularPolyCollection, CircleCollection, Pathcollection, 分别对应不同的集合子类型。其中比较常用的就是散点图,它是属于PathCollection子类,scatter方法提供了该类的封装,根据x与y绘制不同大小或颜色标记的散点图。 它的构造方法:

Axes.scatter(self, x, y, s=None, c=None, marker=None, cmap=None, norm=None, vmin=None, vmax=None, alpha=None, linewidths=None, verts=, edgecolors=None, *, plotnonfinite=False, data=None, **kwargs)

其中最主要的参数是前5个:

  • x:数据点x轴的位置
  • y:数据点y轴的位置
  • s:尺寸大小
  • c:可以是单个颜色格式的字符串,也可以是一系列颜色
  • marker: 标记的类型

scatter绘制散点图

x = [0,2,4,6,8,10] 
y = [10]*len(x) 
s = [20*2**n for n in range(len(x))] 
plt.scatter(x,y,s=s) 
plt.show()

在这里插入图片描述

4. images

images是matplotlib中绘制image图像的类,其中最常用的imshow可以根据数组绘制成图像,它的构造函数:

class matplotlib.image.AxesImage(ax, cmap=None, norm=None, interpolation=None, origin=None, extent=None, filternorm=True, filterrad=4.0, resample=False, **kwargs)

imshow根据数组绘制图像

matplotlib.pyplot.imshow(X, cmap=None, norm=None, aspect=None, interpolation=None, alpha=None, vmin=None, vmax=None, origin=None, extent=None, shape=, filternorm=1, filterrad=4.0, imlim=, resample=None, url=None, *, data=None, **kwargs)

使用imshow画图时首先需要传入一个数组,数组对应的是空间内的像素位置和像素点的值,interpolation参数可以设置不同的差值方法,具体效果如下。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
methods = [None, 'none', 'nearest', 'bilinear', 'bicubic', 'spline16',
           'spline36', 'hanning', 'hamming', 'hermite', 'kaiser', 'quadric',
           'catrom', 'gaussian', 'bessel', 'mitchell', 'sinc', 'lanczos']


grid = np.random.rand(4, 4)

fig, axs = plt.subplots(nrows=3, ncols=6, figsize=(9, 6),
                        subplot_kw={'xticks': [], 'yticks': []})

for ax, interp_method in zip(axs.flat, methods):
    ax.imshow(grid, interpolation=interp_method, cmap='viridis')
    ax.set_title(str(interp_method))

plt.tight_layout()
plt.show()

在这里插入图片描述

四、对象容器 - Object container

容器会包含一些primitives,并且容器还有它自身的属性。
比如Axes Artist,它是一种容器,它包含了很多primitives,比如Line2DText;同时,它也有自身的属性,比如xscal,用来控制X轴是linear还是log的。

1. Figure容器

matplotlib.figure.FigureArtist最顶层的container-对象容器,它包含了图表中的所有元素。一张图表的背景就是在Figure.patch的一个矩形Rectangle
当我们向图表添加Figure.add_subplot()或者Figure.add_axes()元素时,这些都会被添加到Figure.axes列表中。

fig = plt.figure()
ax1 = fig.add_subplot(211) # 作一幅2*1的图,选择第1个子图
ax2 = fig.add_axes([0.1, 0.1, 0.7, 0.3]) # 位置参数,四个数分别代表了(left,bottom,width,height)
print(ax1) 
print(fig.axes) # fig.axes 中包含了subplot和axes两个实例, 刚刚添加的
AxesSubplot(0.125,0.536818;0.775x0.343182)
[<AxesSubplot:>, <matplotlib.axes._axes.Axes object at 0x000002B1553E65C8>]

在这里插入图片描述

由于Figure维持了current axes,因此你不应该手动的从Figure.axes列表中添加删除元素,而是要通过Figure.add_subplot()Figure.add_axes()来添加元素,通过Figure.delaxes()来删除元素。但是你可以迭代或者访问Figure.axes中的Axes,然后修改这个Axes的属性。

比如下面的遍历axes里的内容,并且添加网格线:

fig = plt.figure()
ax1 = fig.add_subplot(211)

for ax in fig.axes:
    ax.grid(True)
    

在这里插入图片描述

Figure也有它自己的text、line、patch、image。你可以直接通过add primitive语句直接添加。但是注意Figure默认的坐标系是以像素为单位,你可能需要转换成figure坐标系:(0,0)表示左下点,(1,1)表示右上点。

Figure容器的常见属性:
Figure.patch属性:Figure的背景矩形
Figure.axes属性:一个Axes实例的列表(包括Subplot)
Figure.images属性:一个FigureImages patch列表
Figure.lines属性:一个Line2D实例的列表(很少使用)
Figure.legends属性:一个Figure Legend实例列表(不同于Axes.legends)
Figure.texts属性:一个Figure Text实例列表

2. Axes容器

matplotlib.axes.Axes是matplotlib的核心。大量的用于绘图的Artist存放在它内部,并且它有许多辅助方法来创建和添加Artist给它自己,而且它也有许多赋值方法来访问和修改这些Artist

Figure容器类似,Axes包含了一个patch属性,对于笛卡尔坐标系而言,它是一个Rectangle;对于极坐标而言,它是一个Circle。这个patch属性决定了绘图区域的形状、背景和边框。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111)
rect = ax.patch  # axes的patch是一个Rectangle实例
rect.set_facecolor('green')

在这里插入图片描述

Axes有许多方法用于绘图,如.plot()、.text()、.hist()、.imshow()等方法用于创建大多数常见的primitive(如Line2D,Rectangle,Text,Image等等)。在primitives中已经涉及,不再赘述。

Subplot就是一个特殊的Axes,其实例是位于网格中某个区域的Subplot实例。其实你也可以在任意区域创建Axes,通过Figure.add_axes([left,bottom,width,height])来创建一个任意区域的Axes,其中left,bottom,width,height都是[0—1]之间的浮点数,他们代表了相对于Figure的坐标。

你不应该直接通过Axes.linesAxes.patches列表来添加图表。因为当创建或添加一个对象到图表中时,Axes会做许多自动化的工作:
它会设置Artist中figure和axes的属性,同时默认Axes的转换;
它也会检视Artist中的数据,来更新数据结构,这样数据范围和呈现方式可以根据作图范围自动调整。

你也可以使用Axes的辅助方法.add_line().add_patch()方法来直接添加。

另外Axes还包含两个最重要的Artist container:

ax.xaxis:XAxis对象的实例,用于处理x轴tick以及label的绘制
ax.yaxis:YAxis对象的实例,用于处理y轴tick以及label的绘制
会在下面章节详细说明。

Axes容器的常见属性有:
artists: Artist实例列表
patch: Axes所在的矩形实例
collections: Collection实例
images: Axes图像
legends: Legend 实例
lines: Line2D 实例
patches: Patch 实例
texts: Text 实例
xaxis: matplotlib.axis.XAxis 实例
yaxis: matplotlib.axis.YAxis 实例

3. Axis容器

matplotlib.axis.Axis实例处理tick linegrid linetick label以及axis label的绘制,它包括坐标轴上的刻度线、刻度label、坐标网格、坐标轴标题。通常你可以独立的配置y轴的左边刻度以及右边的刻度,也可以独立地配置x轴的上边刻度以及下边的刻度。

刻度包括主刻度和次刻度,它们都是Tick刻度对象。

Axis也存储了用于自适应,平移以及缩放的data_intervalview_interval。它还有Locator实例和Formatter实例用于控制刻度线的位置以及刻度label。

每个Axis都有一个label属性,也有主刻度列表和次刻度列表。这些ticksaxis.XTickaxis.YTick实例,它们包含着line primitive以及text primitive用来渲染刻度线以及刻度文本。

刻度是动态创建的,只有在需要创建的时候才创建(比如缩放的时候)。Axis也提供了一些辅助方法来获取刻度文本、刻度线位置等等:
常见的如下:

# 不用print,直接显示结果
from IPython.core.interactiveshell import InteractiveShell
InteractiveShell.ast_node_interactivity = "all"

fig, ax = plt.subplots()
x = range(0,5)
y = [2,5,7,8,10]
plt.plot(x, y, '-')

axis = ax.xaxis # axis为X轴对象
axis.get_ticklocs()     # 获取刻度线位置
axis.get_ticklabels()   # 获取刻度label列表(一个Text实例的列表)。 可以通过minor=True|False关键字参数控制输出minor还是major的tick label。
axis.get_ticklines()    # 获取刻度线列表(一个Line2D实例的列表)。 可以通过minor=True|False关键字参数控制输出minor还是major的tick line。
axis.get_data_interval()# 获取轴刻度间隔
axis.get_view_interval()# 获取轴视角(位置)的间隔
array([-0.2,  4.2])

在这里插入图片描述

下面的例子展示了如何调整一些轴和刻度的属性(忽略美观度,仅作调整参考):

fig = plt.figure() # 创建一个新图表
rect = fig.patch   # 矩形实例并将其设为黄色
rect.set_facecolor('lightgoldenrodyellow')

ax1 = fig.add_axes([0.1, 0.3, 0.4, 0.4]) # 创一个axes对象,从(0.1,0.3)的位置开始,宽和高都为0.4,
rect = ax1.patch   # ax1的矩形设为灰色
rect.set_facecolor('lightslategray')


for label in ax1.xaxis.get_ticklabels(): 
    # 调用x轴刻度标签实例,是一个text实例
    label.set_color('red') # 颜色
    label.set_rotation(45) # 旋转角度
    label.set_fontsize(16) # 字体大小

for line in ax1.yaxis.get_ticklines():
    # 调用y轴刻度线条实例, 是一个Line2D实例
    line.set_color('green')    # 颜色
    line.set_markersize(25)    # marker大小
    line.set_markeredgewidth(2)# marker粗细

plt.show()

在这里插入图片描述

4. Tick容器

matplotlib.axis.Tick是从FigureAxesAxisTick中最末端的容器对象。
Tick包含了tickgrid line实例以及对应的label

所有的这些都可以通过Tick的属性获取,常见的tick属性有
Tick.tick1line:Line2D实例
Tick.tick2line:Line2D实例
Tick.gridline:Line2D实例
Tick.label1:Text实例
Tick.label2:Text实例

y轴分为左右两个,因此tick1对应左侧的轴;tick2对应右侧的轴。
x轴分为上下两个,因此tick1对应下侧的轴;tick2对应上侧的轴。

下面的例子展示了,如何将Y轴右边轴设为主轴,并将标签设置为美元符号且为绿色:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib

fig, ax = plt.subplots()
ax.plot(100*np.random.rand(20))

# 设置ticker的显示格式
formatter = matplotlib.ticker.FormatStrFormatter('$%1.2f')
ax.yaxis.set_major_formatter(formatter)

# 设置ticker的参数,右侧为主轴,颜色为绿色
ax.yaxis.set_tick_params(which='major', labelcolor='green',
                         labelleft=False, labelright=True)

plt.show()
[<matplotlib.lines.Line2D at 0x2b155643b08>]

在这里插入图片描述

思考题

  1. primitives 和 container的区别和联系是什么?
  2. 四个容器的联系和区别是么?他们分别控制一张图表的哪些要素?

绘图题

  1. 教程中展示的案例都是单一图,请自行创建数据,画出包含6个子图的线图,要求:
    子图排布是 2 * 3 (2行 3列);
    线图可用教程中line2D方法绘制;
    需要设置每个子图的横坐标和纵坐标刻度;
    并设置整个图的标题,横坐标名称,以及纵坐标名称
  2. 分别用一组长方形柱和填充面积的方式模仿画出下图,函数 y = -1 * (x - 2) * (x - 8) +10 在区间[2,9]的积分面积

参考资料

1. matplotlib设计的基本逻辑
2. matplotlib.artist api
3. matplotlib官方教程
4. AI算法工程师手册

本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系:hwhale#tublm.com(使用前将#替换为@)

第二章:Matplotlib之艺术画笔见乾坤 的相关文章

  • 如何生成大型网站的图形站点地图[关闭]

    Closed 这个问题正在寻求书籍 工具 软件库等的推荐 不满足堆栈溢出指南 help closed questions 目前不接受答案 我想为我的网站生成图形站点地图 据我所知 有两个阶段 抓取网站并分析链接关系 提取树形结构 生成视觉上
  • 如何在python中确定过去的时区特定日期是否是夏令时?

    有没有办法检查特定时区在我指定的日期是否处于夏令时 test dt datetime year 2015 month 2 day 1 pst pytz timezone America Los Angeles test dt pst loc
  • Seaborn regplot 中点和线的不同颜色

    中列出的所有示例西伯恩的regplot文档 https seaborn pydata org generated seaborn regplot html点和回归线显示相同的颜色 改变color争论改变了两者 如何为点设置与线不同的颜色 你
  • 如何使用 Twython 将 oauth_callback 值传递给 oauth/request_token

    Twitter 最近刚刚强制执行以下规定 1 您必须通过oauth callbackoauth request token 的值 这不是可选的 即使您已经在 dev twitter com 上设置了一个 如果您正在执行带外 OAuth 请通
  • Colab 的使用限制持续多久?

    当我对同一帐户的两个笔记本同时使用两个 GPU 约半小时后 Colab 已 12 小时未运行 此消息不断弹出 由于 Colab 中的使用限制 您当前无法连接到 GPU 自从我上次使用 colab 以来已经过去了大约两个小时 但该消息仍然弹出
  • 类型错误:translate() 只接受一个参数(给定 2 个参数)[重复]

    这个问题在这里已经有答案了 我的代码在 python 2 x 版本上运行良好 但是当我尝试在 python 3 x 版本上运行它时 出现错误 主题 需要缩写短信编码中的任何消息 Code def sms encoding data star
  • Scrapy Splash,如何处理onclick?

    我正在尝试抓取以下内容 我能够收到响应 但我不知道如何访问以下项目的内部数据以抓取它 我注意到访问这些项目实际上是由 JavaScript 和分页处理的 这种情况我该怎么办 下面是我的代码 import scrapy from scrapy
  • 如何计算查询集中每个项目的两个字段的总和

    假设我有以下模型结构 class SomeModel Model base price DecimalField commision DecimalField 我不想存储total price在我的数据库中为了数据一致性并希望将其计算为ba
  • 将相同的 Patch 实例添加到 matplotlib 中的多个子图中

    我正在尝试将补丁的相同实例添加到 matplotlib 中的多个轴 这是最小的例子 import matplotlib pyplot as mpl plt import matplotlib patches as mpl patches f
  • 从 Spark 数据帧中过滤大量 ID

    我有一个大型数据框 其格式类似于 ID Cat date 12 A 201602 14 B 201601 19 A 201608 12 F 201605 11 G 201603 我需要根据大约 500 万个 Is 的列表来过滤行 最直接的方
  • 如何在python mechanize中设置cookie

    向服务器发送请求后 br open http xxxx br select form nr 0 br form MESSAGE 1 2 3 4 5 br submit 我得到了响应标题 其中包含 set cookie Set Cookie
  • Scapy:如何将新层(802.1q)插入现有数据包?

    我有一个数据包转储 想要将 VLAN 标记 802 1q 标头 注入到数据包中 怎么做 为了找到答案 我查看了Scapy 插入新层和记录问题 https stackoverflow com q 17259592 1381638 这确实很有帮
  • Python 可选参数对

    我正在使用argparse模块获取两个可选的命令行参数 parser add argument start date nargs metavar START DATE help start date in YYYY MM DD parser
  • telethon 库:如何通过电话号码添加用户

    我正在研究 Telegram 的 Telethon 库 它可以使用 Telegram API 充当 Telegram 客户端 重要提示 这是电报客户端 API https core telegram org telegram api 而不是
  • TypeError:“NoneType”对象不可下标[重复]

    这个问题在这里已经有答案了 错误 names curfetchone 0 TypeError NoneType object is not subscriptable 我尝试检查缩进 但仍然有错误 我读到 如果数据库中没有文件名记录 变量名
  • 使用 conda 安装额外功能

    With pip我们可以使用方括号安装子包 例如与阿帕奇气流 https pythonhosted org airflow installation html pip install airflow all 有类似的东西吗conda或者我必
  • 获取 python 模块的 2 个独立实例

    我正在与以非 OO 方式编写的 python 2 x API 进行交互 它使用模块全局范围来处理一些内部状态驱动的东西 在它不再是单例的情况下需要它 并且修改原始代码 不是我们的 不是一个选择 如果不使用单独解释器的子进程运行 有什么方法可
  • python:xml.etree.ElementTree,删除“命名空间”

    我喜欢 ElementTree 解析 xml 的方式 特别是 Xpath 功能 我有一个带有嵌套标签的应用程序的 xml 输出 我想按名称访问此标签而不指定名称空间 这可能吗 例如 root findall molpro job 代替 ro
  • gnuplot:第 1 行:无效命令

    stackoverflow 上可爱的人们大家好 我正在尝试使用 gnuplot 绘制数据 我首先阅读表格并提取我想要的数据 我将此数据写入 dat 文件 截至目前 我只是尝试通过命令行绘制它 但会添加必要的代码以在 python 脚本工作后
  • 如何从Python枚举类中获取所有值?

    我正在使用 Enum4 库创建一个枚举类 如下所示 class Color Enum RED 1 BLUE 2 我要打印 1 2 作为某处的列表 我怎样才能实现这个目标 您可以执行以下操作 e value for e in Color

随机推荐

  • php上传图片到MySQL数据库代码如下

    效果图入下 用到两个php文件 index php上传图片 img php获取图片 index php代码如下
  • 2023华为OD机试真题 C++【分奖金/单调栈】

    题目 代码 include
  • C++ 标准库

    C 标准库可以分为两部分 标准函数库 这个库是由通用的 独立的 不属于任何类的函数组成的 函数库继承自 C 语言 面向对象类库 这个库是类及其相关函数的集合 C 标准库包含了所有的 C 标准库 为了支持类型安全 做了一定的添加和修改 标准函
  • Seaborn系列教程(5)

    seaborn countplot 计数图 柱状图 解析 使用条形图 柱状图 显示每个分类数据中的数量统计 seaborn countplot x None y None hue None data None order None hue
  • 【Linux】缓冲区/磁盘inode/动静态库制作

    需要云服务器等云产品来学习Linux的同学可以移步 gt 腾讯云 lt gt 阿里云 lt gt 华为云 lt 官网 轻量型云服务器低至112元 年 新用户首次下单享超低折扣 目录 一 缓冲区 1 缓冲区的概念 2 缓冲区的意义 3 缓冲区
  • 【mitmproxy】python gui工具与mitmproxy的结合使用

    mitmproxy介绍 mitmproxy是一款流行的开源工具 用于拦截 修改和检查网络流量 它可以在中间人攻击 Man in the Middle 的场景下用于分析 调试和测试网络应用程序 其他地方很多介绍 可以跳过 以下是mitmpro
  • linux内核oops错误码说明,调试 – 了解内核oops错误代码

    在ARM的内核oops中跟踪日志打印在内核日志中 lt 1 gt 4205 112835 I 0 swapper 0 0 c0 Unable to handle kernel paging request at virtual addres
  • FPGA开发(4)——AXI_LITE总线协议

    一 AXI总线简介 对于axi总线的学习我主要是参考了赛灵思的ug1037文档以及arm的INI0022D手册 对其中的内容做了总结 AXI是amba总线的一种 包含三种 axi full axi lite和axi stream AXI工作
  • 关于CentOS7虚拟机配置静态IP地址及ping不通通百度等官网

    一 IP地址的配置 1 查看MAC地址 点击 虚拟机 gt gt gt 设置 gt gt gt 网络适配器 gt gt gt 高级 gt gt gt 记住MAC地址 后面会用到 2 查看子网掩码和网关IP 点击 编辑 gt gt gt 虚拟
  • Vue极简使用

    Vue 安装Vue 模板语法 安装Vue 安装nodejs 这里我安装的是14 5 4版本 https nodejs org download release v14 15 4 解压后配置一下环境变量就行 安装cnpm镜像 这个安装的版本可
  • python小游戏——走出迷宫代码开源

    作者 小刘在C站 个人主页 小刘主页 每天分享云计算网络运维课堂笔记 努力不一定有回报 但一定会有收获加油 一起努力 共赴美好人生 夕阳下 是最美的 绽放 愿所有的美好 再疫情结束后如约而至 目录 一 游戏代码效果呈现 二 游戏主代码 1
  • 矩阵运算(一)最小二乘法

    最小二乘法 前言 最小二乘法拟合一元多项式的简单推导 进一步的思考 CPP开发者封装最小二乘法 QR分解 Matlab中使用QR分解 Python numpy中使用 参考文献 作者说 前言 最小二乘法在函数拟合的过程中广为应用 不少读者使用
  • Spring Boot Maven Plugin -- repackage目标;spring-boot-maven-plugin的executable配置

    Spring Boot Maven Plugin repackage目标 Spring Boot Maven Plugin插件提供spring boot在maven中的支持 允许你打包可运行的jar包或war包 插件提供了几个maven目标
  • nginx server.conf demo

    server access log Users xx software nginx logs access log error log Users xx software nginx logs error log listen 50001
  • 大数据毕设 - 深度学习安全帽佩戴检测系统(python OpenCV yolov5)

    文章目录 0 前言 1 课题背景 2 效果演示 3 Yolov5框架 4 数据处理和训练 4 1 安全帽检测 4 2 检测危险区域内是否有人 5 最后 0 前言 Hi 大家好 这里是丹成学长的毕设系列文章 对毕设有任何疑问都可以问学长哦 这
  • rke2 在线部署 kubernetes

    文章目录 1 还原虚拟机 2 背景 3 介绍 4 预备条件 5 1 配置网卡 5 配置主机名 6 配置互信 7 安装 ansible 8 系统初始化 9 kube master01 部署 9 1 定制配置文件 可选 9 2 部署 9 3 命
  • 微信二维码的生成(java后端)--邀请新人

    目录 写在前言 1 微信官方文档 2 具体分析 写在前言 最近因为在学习微信小程序邀请新用户的功能 所以需要后端生成二维码并且携带本人的用户id或者其他的信息 传给前端 用户通过这个二维码去进行登录或者其他的操作 这时候前端人员记录下来邀请
  • Qt 2D绘图坐标系统

    一 坐标系简介 Qt中每一个窗口都有一个坐标系 默认的 窗口左上角为坐标原点 然后水平向右依次增大 水平向左依次减小 垂直向下依次增大 垂直向上依次减小 原点即为 0 0 点 然后以像素为单位增减 例如 void Dialog paintE
  • Qt之QGraphicsView实战篇

    作者 billy 版权声明 著作权归作者所有 商业转载请联系作者获得授权 非商业转载请注明出处 前言 前面的章节介绍了 Graphics View 绘图架构 终于到实战了 真的是千呼万唤始出来 这一章节就用 Graphics View 绘图
  • 第二章:Matplotlib之艺术画笔见乾坤

    第二章 艺术画笔见乾坤 一 概述 1 matplotlib的三层api matplotlib的原理或者说基础逻辑是 用Artist对象在画布 canvas 上绘制 Render 图形 就和人作画的步骤类似 准备一块画布或画纸 准备好颜料 画