詳解Python中matplotlib模塊的繪圖方式

更新時間：2022年07月05日 09:58:05 作者：pythonic生物人

Matplotlib是Python中最受歡迎的數(shù)據(jù)可視化軟件包之一，它是?Python常用的2D繪圖庫，同時它也提供了一部分3D繪圖接口。本文將詳細介紹Matplotlib的繪圖方式，需要的可以參考一下

1、matplotlib之父簡介

matplotlib之父John D. Hunter已經(jīng)去世，他的一生輝煌而短暫，但是他開發(fā)的的該開源庫還在繼續(xù)著輝煌。國內(nèi)介紹的資料太少了，查閱了一番整理如下：

1968 出身于美國的田納西州代爾斯堡。
之后求學(xué)于普林斯頓大學(xué)。
2003年發(fā)布Matplotlib 0.1版，初衷是博士研究期間為可視化癲癇患者的腦電圖（ECoG）數(shù)據(jù)；
之后，美國國家航空航天局（NASA）太空望遠鏡科學(xué)研究所的哈勃望遠鏡背后團隊（Hubble Space Telescope），選擇Matplotlib作為了畫圖程序包，并一直為 Matplotlib 開發(fā)團隊提供資金支持，從而大大促進了 Matplotlib 的發(fā)展。
2004 年于芝加哥大學(xué)獲得神經(jīng)生物學(xué)方向博士學(xué)位。
2005年供職于芝加哥的一家投資公司，從事量化分析（真是生物人遍布各行各業(yè)）。
之后以董事的身份創(chuàng)立了專為數(shù)據(jù)科學(xué)贊助的非盈利組織 NumFOCUS Foundation。
2007年美國鳳凰號探測器（Phoenix spacecraft）登錄火星，NASA使用Matplotlib可視化了第一張黑洞的圖片。
2012年因John D. Hunter個人對Python和數(shù)據(jù)科學(xué)方向的杰出貢獻，被Python社區(qū)授予第一屆PSF Distinguished Service Awards獎項。
2012.08 因患惡性結(jié)腸癌英年早逝，享年44歲。
雖然Matplotlib之父已經(jīng)去世，但是，大量開源愛好者在fork著這個可視化包，延續(xù)著輝煌 https://github.com/matplotlib。
NumFOCUS 組織每年夏天會贊助1到2個學(xué)生，在高級貢獻者的帶領(lǐng)下，為Matplolib全職工作10周左右（2018年獎金多達$6,000）：https://numfocus.org/programs/john-hunter-technology-fellowship 。
2013年起，SciPy每年舉行可視化比賽：John Hunter Excellence in Plotting Competition，一是為了為了紀念John Hunter的貢獻，二是為了強調(diào)數(shù)據(jù)可視化對科學(xué)進步的重要性，并展示開源軟件力量。；2020年報名截止日期為06月01號，獎金優(yōu)渥（1st prize: $1000；2nd prize: $750；3rd prize: $500）：https://jhepc.github.io/index.html 。

2、matplotlib圖形結(jié)構(gòu)

figure層

指整張圖，可設(shè)置整張圖的分辨率（dpi），長寬（figsize）、標題（title）等特征；

可包含多個axes，可簡單理解為多個子圖（下圖為兩個axes）；

figure置于canvas系統(tǒng)層之上，用戶不可見。

axes層

每個子圖，可以繪制各種圖形，例如柱狀圖（bar），餅圖（pie函數(shù)），箱圖（boxplot）等；

設(shè)置每個圖的外觀網(wǎng)格線（grid）的開關(guān)、坐標軸（axis）開關(guān)等；

設(shè)置每個坐標軸（axis）的名字（label）、子圖標題（title）、圖例（legend）等；

設(shè)置坐標軸范圍（scale）、坐標軸刻度（tricks）等；

下圖中具有兩個axes：

一張matplotlib圖的組成

下面這張matplotlib圖包含一張圖的常見元素，例如標題、坐標軸、軸標簽、刻度、文本注釋、圖例等。

3、matplotlib兩種畫繪圖方法

方法一：使用matplotlib.pyplot

matplotlib.pyplot簡介

這種繪圖主要使用pyplot模塊，pyplot.py代碼量有3000多行（windows下存儲于xxx\site-packages\matplotlib\pyplot.py），該腳本里面有大量def定義的函數(shù)，繪圖時就是調(diào)用pyplot.py中的函數(shù)。

pyplot方法繪圖舉例

#matplotlib.pyplot 接口
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt#導(dǎo)入pyplot，matplotlib.pyplot簡寫為plt
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(dpi=100)
plt.subplot(211)
plt.plot(t1, f(t1), color='tab:blue', marker='o')
plt.plot(t2, f(t2), color='black')
plt.title('demo')

plt.subplot(212)
plt.plot(t2, np.cos(2*np.pi*t2), color='tab:orange', linestyle='--')
plt.suptitle('matplotlib.pyplot api')
plt.show()

方法二：面向?qū)ο蠓椒?/h3>

畫比較復(fù)雜的圖形時，面向?qū)ο蠓椒〞奖?。這種繪圖方式主要使用matplotlib的兩個子類：matplotlib.figure.Figure和matplotlib.axes.Axes，畫每張圖時，畫布為matplotlib.figure.Figure的一個實例，每個子圖為matplotlib.axes.Axes的一個實例，分別可以繼承父類的所有方法，也就是說你繪圖時，你想設(shè)置的元素（網(wǎng)格線啊，坐標刻度啊等）都可以在二者的屬性中找出來使用。

matplotlib.figure.Figure

該對象主要用于figure的調(diào)整

matplotlib.axes.Axes

面向?qū)ο蠓椒ɡL圖舉例

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

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)

fig, axs = plt.subplots(2, dpi=100)
#fig為matplotlib.figure.Figure對象的實例figure
#axs為matplotlib.axes.Axes對象實例（每個子圖）組成的numpy.ndarray
axs[0].plot(t1, f(t1), color='tab:blue', marker='o')
axs[0].plot(t2, f(t2), color='black')

#兩種設(shè)置標題的方法
#axs[0].set_title('haha')#使用matplotlib.axes.Axes的set_title方法設(shè)置小標題
axs[0].set(title='demo1')

axs[1].plot(t2, np.cos(2*np.pi*t2), color='tab:orange', linestyle='--')
fig.suptitle('matplotlib object-oriented')#使用matplotlib.figure.Figure中的suptitle方法設(shè)置Figure標題
plt.show()