matplotlib绘图可视化知识点整理（一）

2021-12-03 02:47:02

matplotlib图标正常显示中文

import matplotlib mpl  
mpl.rcParams['font.sans-serif']=['SimHei'] #用来正常显示中文标签  
mpl.rcParams['axes.unicode_minus']=False #用来正常显示负号

matplotlib inline和pylab inline

可以使用ipython –pylab打开ipython命名窗口

matplotlib inline和pylab inline

这两个命令都可以在绘图时，将图片内嵌在交互窗口，而不是弹出一个图片窗口，但是，有一个缺陷：除非将代码一次执行，否则，无法叠加绘图，因为在这两种模式下，是要有plt出现，图片会立马show出来，因此：推荐在ipython notebook时使用，这样就能很方便的一次编辑完代码，绘图。

为项目设置matplotlib参数

在代码执行过程中，有两种方式更改参数：

使用参数字典(rcParams)

调用matplotlib.rc()命令通过传入关键字元祖，修改参数

如果不想每次使用matplotlib时都在代码部分进行配置，可以修改matplotlib的文件参数。可以用matplot.get_config()命令来找到当前用户的配置文件目录。

配置文件包括以下配置项：

axex: 设置坐标轴边界和表面的颜色、坐标刻度值大小和网格的显示
backend: 设置目标暑促TkAgg和GTKAgg
figure: 控制dpi、边界颜色、图形大小、和子区( subplot)设置
font: 字体集（font family）、字体大小和样式设置
grid: 设置网格颜色和线性
legend: 设置图例和其中的文本的显示
line: 设置线条（颜色、线型、宽度等）和标记
patch: 是填充2D空间的图形对象，如多边形和圆。控制线宽、颜色和抗锯齿设置等。
savefig: 可以对保存的图形进行单独设置。例如，设置渲染的文件的背景为白色。
verbose: 设置matplotlib在执行期间信息输出，如silent、helpful、debug和debug-annoying。
xticks和yticks: 为x,y轴的主刻度和次刻度设置颜色、大小、方向，以及标签大小。

统计作图函数举例

plot() 绘制线性二维图，折线图
D.plot(kind=’box’): line(线) ,bar(条形图)等
pie() 饼图
hist() 二维条形直方图，显示数据的分配情形
boxplot() 箱形图
plot(logy=True) 绘制y轴的对数图形
plot(yerr=error) 绘制误差条形图 -

绘制最基本的图行

%matplotlib inline
import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot([1,3,2,4])
plt.ylabel('some numbers')
plt.show()

在上面的图中，你也许会疑惑为什么y的取值是1-4而x的取值是0-3.如果你向plot()指令提供了一维的数组或列表，那么matplotlib将默认它是一系列的y值，并自动为你生成x的值。默认的x向量从0开始并且具有和y同样的长度，因此x的数据是[0,1,2,3].

plot()一个通用的命令，可以输入任意多的参数。例如，画y和x的关系，你可以使用如下指令：

plt.plot([1,2,3,4], [1,4,9,16])

对于每对x,y参数，都可以加上一个可选的第三参数，控制画图中的颜色和线型。控制字符的字母与matlab是统一的，并且颜色控制和线型控制可以叠加。默认的控制字符串是’b-‘，是蓝色实线。假如，你想画红色圆点，你可以通过以下指令来实现：

plt.plot([1,2,3,4], [1,4,9,16], 'ro')
plt.axis([0, 6, 0, 20])
plt.show()

上面例子里的axis()命令给定了坐标范围，格式是[xmin, xmax, ymin, ymax]

实际上，matplotlib不仅可以用于画向量，还可以用于画多维数据数组。下面，我们将演示用一条指令画多条不同格式的线。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# evenly sampled time at 200ms intervals
t = np.arange(0., 5., 0.2)

# red dashes, blue squares and green triangles
plt.plot(t, t, 'r--', t, t**2, 'bs', t, t**3, 'g^', linewidth=2.0)
plt.show()

上面我们都只画了一条线。这里，我们采用lines = plot(x1,y1,x2,y2)来画两条线。可以使用setp()命令，可以像MATLAB一样设置几条线的性质。 setp可以使用python 关键词，也可用MATLAB格式的字符串。

Line2D的性质包括.

性质	数据类型
alpha	float
animated	[True / False]
antialiased or aa	[True / False]
clip_box	a matplotlib.transform.Bbox instance
clip_on	[True / False]
clip_path	a Path instance and a Transform instance, a Patch
color or c	any matplotlib color
contains	the hit testing function
dash_capstyle	[‘butt’ / ‘round’ / ‘projecting’]
dash_joinstyle	[‘miter’ / ‘round’ / ‘bevel’]
dashes	sequence of on/off ink in points
data	(np.array xdata, np.array ydata)
figure	a matplotlib.figure.Figure instance
label	any string
linestyle or ls	[ ‘-’ / ‘–’ / ‘-.’ / ‘:’ / ‘steps’ / …]
linewidth or lw	float value in points
lod	[True or False]
marker	[ ‘+’ / ‘,’ / ‘.’ / ‘1’ / ‘2’ / ‘3’ / ‘4’ ]
markeredgecolor or mec	any matplotlib color
markeredgewidth or mew	float value in points
markerfacecolor or mfc	any matplotlib color
markersize or ms	float
markevery	[ None / integer / (startind, stride) ]
picker	used in interactive line selection
pickradius	the line pick selection radius
solid_capstyle	[‘butt’ / ‘round’ / ‘projecting’]
solid_joinstyle	[‘miter’ / ‘round’ / ‘bevel’]
transform	a matplotlib.transforms.Transform instance
visible	[True / False]
xdata	np.array
ydata	np.array
zorder	any number

线型：

性质	数据类型
‘-‘	实线
‘–’	虚线
‘-.’	点划线
‘:’	点
‘None’, ”,	不画

线标记

标记	描述
‘o’	圆圈
‘D’	钻石
‘h’	六边形1
‘H’	六边形2
‘x’	X
”, ‘None’	不画
‘8’	八边形
‘p’	五角星
‘,’	像素点
‘+’	加号
‘.’	点
’s’	正方形
‘*’	星型
‘d’	窄钻石
‘v’	下三角
‘<’	左三角
‘>’	右三角
‘^’	上三角

颜色

颜色	描述
‘b’	蓝色
‘g’	绿色
‘r’	红色
‘c’	蓝绿色
‘m’	品红
‘y’	黄色
‘k’	黑色
‘w’	白色

修改坐标范围

默认情况下，坐标轴的最小值和最大值与输入数据的最小、最大值一致。也就是说，默认情况下整个图形都能显示在所画图片上
我们可以通过xlim(xmin, xmax)和ylim(ymin, ymax)来调整x,y坐标范围，见下图

%matplotlib inline
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from pylab import *

x = np.arange(-5.0, 5.0, 0.02)
y1 = np.sin(x)

plt.figure(1)
plt.subplot(211)
plt.plot(x, y1)

plt.subplot(212)
#设置x轴范围
plt.xlim(-2.5, 2.5)
#设置y轴范围
plt.ylim(-1, 1)
plt.plot(x, y1)

创建子图

你可以通过plt.figure创建一张新的图，plt.subplot来创建子图。subplot()指令包含numrows(行数), numcols(列数), fignum(图像编号)，其中图像编号的范围是从1到行数 * 列数。在行数 * 列数\<10时，数字间的逗号可以省略。

def f(t):
    return np.exp(-t) * np.cos(2*np.pi*t)

t1 = np.arange(0.0, 5.0, 0.1)
t2 = np.arange(0.0, 5.0, 0.02)

plt.figure(1)
plt.subplot(211)
plt.plot(t1, f(t1), 'bo', t2, f(t2), 'k')

plt.subplot(212)
plt.plot(t2, np.cos(2*np.pi*t2), 'r--')
plt.show()

plt.figure(1)                # 第一张图
plt.subplot(211)             # 第一张图中的第一张子图
plt.plot([1,2,3])
plt.subplot(212)             # 第一张图中的第二张子图
plt.plot([4,5,6])


plt.figure(2)                # 第二张图
plt.plot([4,5,6])            # 默认创建子图subplot(111)

plt.figure(1)                # 切换到figure 1 ; 子图subplot(212)仍旧是当前图
plt.subplot(211)             # 令子图subplot(211)成为figure1的当前图
plt.title('Easy as 1,2,3')   # 添加subplot 211 的标题

使用text添加文字

text()可以在图中的任意位置添加文字，并支持LaTex语法
xlable(), ylable()用于添加x轴和y轴标签
title()用于添加图的题目

mu, sigma = 100, 15
x = mu + sigma * np.random.randn(10000)

# 数据的直方图
n, bins, patches = plt.hist(x, 50, normed=1, facecolor='g', alpha=0.75)


plt.xlabel('Smarts')
plt.ylabel('Probability')
#添加标题
plt.title('Histogram of IQ')
#添加文字
plt.text(60, .025, r'$\mu=100,\ \sigma=15$')
plt.axis([40, 160, 0, 0.03])
plt.grid(True)
plt.show()

注释文本

在数据可视化的过程中，图片中的文字经常被用来注释图中的一些特征。使用annotate()方法可以很方便地添加此类注释。在使用annotate时，要考虑两个点的坐标：被注释的地方xy(x, y)和插入文本的地方xytext(x, y)。

ax = plt.subplot(111)

t = np.arange(0.0, 5.0, 0.01)
s = np.cos(2*np.pi*t)
line, = plt.plot(t, s, lw=2)

plt.annotate('local max', xy=(2, 1), xytext=(3, 1.5),
            arrowprops=dict(facecolor='black', shrink=0.05),
            )

plt.ylim(-2,2)
plt.show()

plt.xticks()/plt.yticks()设置轴记号

就是人为设置坐标轴的刻度显示的值

# 创建一个 8 * 6 点（point）的图，并设置分辨率为 80  
figure(figsize=(8,6), dpi=80)  
# 创建一个新的 1 * 1 的子图，接下来的图样绘制在其中的第 1 块（也是唯一的一块）  
subplot(1,1,1)  
X = np.linspace(-np.pi, np.pi, 256,endpoint=True)  
C,S = np.cos(X), np.sin(X)  
# 绘制余弦曲线，使用蓝色的、连续的、宽度为 1 （像素）的线条  
plot(X, C, color="blue", linewidth=1.0, linestyle="-")  
# 绘制正弦曲线，使用绿色的、连续的、宽度为 1 （像素）的线条  
plot(X, S, color="r", lw=4.0, linestyle="-")  
plt.axis([-4,4,-1.2,1.2])  
# 设置轴记号  
xticks([-np.pi, -np.pi/2, 0, np.pi/2, np.pi],  
[r'$-\pi$', r'$-\pi/2$', r'$0$', r'$+\pi/2$', r'$+\pi$'])  
yticks([-1, 0, +1],  
[r'$-1$', r'$0$', r'$+1$'])  
# 在屏幕上显示  
show()

plt.axes()

我们先来看什么是Figure和Axes对象。在matplotlib中，整个图像为一个Figure对象。在Figure对象中可以包含一个，或者多个Axes对象。每个Axes对象都是一个拥有自己坐标系统的绘图区域。其逻辑关系如下

axes() by itself creates a default full subplot(111) window axis.

axes(rect, axisbg=’w’) where rect = [left, bottom, width, height] in normalized (0, 1) units. axisbg is the background color for the axis, default white.

axes(h) where h is an axes instance makes h the current axis. An Axes instance is returned.

rect=[左, 下, 宽, 高] 规定的矩形区域,rect矩形简写，这里的数值都是以figure大小为比例，因此，若是要两个axes并排显示，那么axes[2]的左=axes[1].左+axes[1].宽，这样axes[2]才不会和axes[1]重叠。

dt = 0.001  
t = np.arange(0.0, 10.0, dt)  
r = np.exp(-t[:1000]/0.05) # impulse response  
x = np.random.randn(len(t))  
s = np.convolve(x, r)[:len(x)]*dt # colored noise  
# the main axes is subplot(111) by default  
plt.plot(t, s)  
plt.axis([0, 1, 1.1*np.amin(s), 2*np.amax(s)])  
plt.xlabel('time (s)')  
plt.ylabel('current (nA)')  
plt.title('Gaussian colored noise')  
# this is an inset axes over the main axes  
a = plt.axes([.65, .6, .2, .2], axisbg='y')  
n, bins, patches = plt.hist(s, 400, normed=1)  
plt.title('Probability')  
plt.xticks([])  
plt.yticks([])  
# this is another inset axes over the main axes  
a = plt.axes([0.2, 0.6, .2, .2], axisbg='y')  
plt.plot(t[:len(r)], r)  
plt.title('Impulse response')  
plt.xlim(0, 0.2)  
plt.xticks([])  
plt.yticks([])

plt.gcf()与plt.gca()

plt.gcf函数获取当前的绘图对象(figure)
plt.gca 获取当前子图(axes)

Axis容器

Axis容器包括坐标轴上的刻度线、刻度文本、坐标网格以及坐标轴标题等内容。刻度包括主刻度和副刻度，分别通过Axis.get_major_ticks和Axis.get_minor_ticks方法获得。每个刻度线都是一个XTick或者YTick对象，它包括实际的刻度线和刻度文本。为了方便访问刻度线和文本，Axis对象提供了get_ticklabels和get_ticklines方法分别直接获得刻度线和刻度文本：

fig = plt.figure()
ax = fig.add_axes([0.15, 0.1, 0.7, 0.3])
line, = ax.plot([1,2,3],[1,2,1])
# ax.lines
# line
ax.set_xlabel("time")
axis=ax.xaxis
axis.get_ticklocs() # 获得刻度的位置列表

array([ 1. , 1.5, 2. , 2.5, 3. ])

axis.get_ticklabels() # 获得刻度标签列表
# <a list of 5 Text major ticklabel objects>
[x.get_text() for x in axis.get_ticklabels()]

axis.get_minor_locator() # 计算副刻度的对象
axis.get_major_locator() # 计算主刻度的对象

我们可以使用程序为Axis对象设置不同的Locator对象，用来手工设置刻度的位置；设置Formatter对象用来控制刻度文本的显示

记住，set_xticks是设定标签的实际数字，而set_xticklabels则是设定我们希望他显示的结果。

x轴时间显示

from matplotlib.dates import AutoDateLocator, DateFormatter  
autodates = AutoDateLocator()  
yearsFmt = DateFormatter('%Y-%m-%d %H:%M:%S')  
figure.autofmt_xdate()        #设置x轴时间外观  
ax.xaxis.set_major_locator(autodates)       #设置时间间隔  
ax.xaxis.set_major_formatter(yearsFmt)      #设置时间显示格式  
ax.set_xticks() #设置x轴间隔  
ax.set_xlim()   #设置x轴范围  


ax.xaxis.set_major_locator(autodates)
ax.set_xlabel("date")
ax.set_ylabel("values")
ax.xaxis.set_major_locator(DayLocator(bymonthday=range(1,32), interval=1)) 
ax.xaxis.set_major_formatter(DateFormatter('%Y%m%d')) 
plt.xticks(rotation=60)

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