Python数据可视化利器Matplotlib从入门到高级3
Matplotlib的本质是基于对象的,我们从下面这幅图开始介绍Matplotlib的各种重要的对象。
Matplotlib 绘图的主要构成部分
这张图当然可以使用Matplotlib代码绘制出来,我将在文章的结尾处放出绘图的源代码,以便大家对照源代码理解绘图中的各种对象。大家也可以自己去官方文档中搜索关键词"Anatomy"下载。当然,这张图的具体绘制方法不是这里的重点。我们关注的是这张绘图中的各个对象——图中用蓝色字体和黑色圆圈标出来的部分。下面为大家一一介绍:Figure
Figure即图形,指的是整个绘图,大家能看到的所有部分都属于Figure。创建新图形最简单的方法是使用pyplot:fig = plt.figure() # 创建一个空图 fig, ax = plt.subplots() # 创建带有一个 Axes 的图形 fig, axs = plt.subplots(2, 2) # 创建一个带有 2x2网格 Axes的图形
如果增加一句 plt.show() (大家别忘了导入模块)就可以显示出这三张图形来。其中第一句代码生成的图片就是一张白板,什么内容都没有;第二句代码生成的是一个带有坐标系的空图;第三句代码则会生成一个呈网格状分布的由四个坐标系组成的空图。下面附上的是第三张图。
2 2网格的Axes组成的空绘图
一般情况下,我们使用第二句或第三句在实例化一个Figure对象的同时创建一个Axes。但也可以使用第一句创建一个空的Figure,然后使用类似于下面的代码手动生成Axes(Axes到底是什么?相信你一定会问):ax = fig.subplots()Axes
我们在上一段已经提到了Axes,但没有深入解释它。需要特别注意的是这里的Axes并不是Axis的复数形式(吐槽一下使用Axes名称的Matplotlib设计师),而是Figure上一个由两个(x轴、y轴)坐标轴(包括坐标轴在内)围成的可供绘制数据的区域,我们可以将它称为"轴域"。一张图就是一个Figure,但一个Figure可以有一个或多个轴域,就像上面附的图上就有四个轴域。每个Axes都有一个标题(通过 set_title()设置,默认为None)、一个x轴标签(通过set_xlabel()设置)以及一个y轴标签(通过set_xlabel()设置)。
Axes类及其成员函数是使用面向对象接口的主要入口点,Matplotlib在其上定义了大多数绘图方法(例如我们前一篇介绍Matplotlib面向对象的代码风格时用到的 ax.plot()方法)。
注意:如果是3D图的话,那么每个轴域则是由三个坐标系围成的绘图区域构成。Axis
Axis就是坐标轴。在Matplotlib的2D绘图中,每个Axes都有两个平行的同类型轴(比如上下两个水平的x轴,左右两个垂直的y轴,极坐标等非常规图除外),它们刚好围成一个矩形区域。默认情况下,左边的y轴和下边的x轴都带有数字(其实是个字符串)刻度标签(tick label)和刻度(tick);而上边的x轴和右边的y轴则只有一根光凸凸的线。这根光凸凸的线就是所谓的"Spines",轴脊线。刻度标签和刻度都有主标签/刻度(Major)和次标签/刻度(Minor)之分,通常主标签/刻度要突出一些。组成Axis的这些刻度(实际上是Line2D对象)和标签(实际上是Text对象)本身也是对象,也可以进行单独的设置。Artist
直译的话,可以叫作艺术家。Matplotlib把画布(canvas,这是一个底层概念,涉及到它的地方不多)想像成一个舞台,所有在这个舞台上展示自我的都被形象的称作艺术家Artist,比如文本对象Text、2D曲线对象Line2D(图上用蓝色"Line"文字示出的就是两个2D曲线对象)等。Artist的范围非常广泛,甚至包括我们前面提到的三种对象(Figure、Axes、Axis)。后面专门讲一讲它。
现在组成图中还有三个对象没介绍,它们分别是:Legend图例、Grid网格线和Markers点标记。网格线比较简单,不单独说了;点标记的边线和中间区域可以使用不同的颜色;Legend的设置比较丰富,后面争取专门介绍。小结
Artist对象包括了所有在我们的绘图舞台上展示各种造型的所有对象。Figure就是整个图形,它包括一个或多个Axes对象。Axes对象则包括多个Axis对象,而我们在绘图过程中打交道最多的可能就是Axes对象。在后面的介绍中我们将会了解到Figure、Axes和Axis实际上都是一类容器对象。
Matplotlib绘图中的最主要对象就是这些。那么今天的内容就到这里为止,最后附上文章开头的那个组成图的绘图代码:import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from matplotlib.ticker import AutoMinorLocator, MultipleLocator, FuncFormatter np.random.seed(19680801) X = np.linspace(0.5, 3.5, 100) Y1 = 3+np.cos(X) Y2 = 1+np.cos(1+X/0.75)/2 Y3 = np.random.uniform(Y1, Y2, len(X)) fig = plt.figure(figsize=(8, 8)) ax = fig.add_subplot(1, 1, 1, aspect=1) def minor_tick(x, pos): if not x % 1.0: return "" return "%.2f" % x ax.xaxis.set_major_locator(MultipleLocator(1.000)) ax.xaxis.set_minor_locator(AutoMinorLocator(4)) ax.yaxis.set_major_locator(MultipleLocator(1.000)) ax.yaxis.set_minor_locator(AutoMinorLocator(4)) ax.xaxis.set_minor_formatter(FuncFormatter(minor_tick)) ax.set_xlim(0, 4) ax.set_ylim(0, 4) ax.tick_params(which="major", width=1.0) ax.tick_params(which="major", length=10) ax.tick_params(which="minor", width=1.0, labelsize=10) ax.tick_params(which="minor", length=5, labelsize=10, labelcolor="0.25") ax.grid(linestyle="--", linewidth=0.5, color=".25", zorder=-10) ax.plot(X, Y1, c=(0.25, 0.25, 1.00), lw=2, label="Blue signal", zorder=10) ax.plot(X, Y2, c=(1.00, 0.25, 0.25), lw=2, label="Red signal") ax.plot(X, Y3, linewidth=0, marker="o", markerfacecolor="w", markeredgecolor="k") ax.set_title("Anatomy of a figure", fontsize=20, verticalalignment="bottom") ax.set_xlabel("X axis label") ax.set_ylabel("Y axis label") ax.legend(loc=1) def circle(x, y, radius=0.15): from matplotlib.patches import Circle from matplotlib.patheffects import withStroke circle = Circle((x, y), radius, clip_on=False, zorder=10, linewidth=1, edgecolor="black", facecolor=(0, 0, 0, .0125), path_effects=[withStroke(linewidth=5, foreground="w")]) ax.add_artist(circle) def text(x, y, text): ax.text(x, y, text, backgroundcolor="white", ha="center", va="top", weight="bold", color="blue") # Minor tick circle(0.50, -0.10) text(0.50, -0.32, "Minor tick label") # Major tick circle(-0.03, 4.00) text(0.03, 3.80, "Major tick") # Minor tick circle(0.00, 3.50) text(0.00, 3.30, "Minor tick") # Major tick label circle(-0.15, 3.00) text(-0.15, 2.80, "Major tick label") # X Label circle(1.80, -0.27) text(1.80, -0.45, "X axis label") # Y Label circle(-0.27, 1.80) text(-0.27, 1.6, "Y axis label") # Title circle(1.60, 4.13) text(1.60, 3.93, "Title") # Blue plot circle(1.75, 2.80) text(1.75, 2.60, "Line (line plot)") # Red plot circle(1.20, 0.60) text(1.20, 0.40, "Line (line plot)") # Scatter plot circle(3.20, 1.75) text(3.20, 1.55, "Markers (scatter plot)") # Grid circle(3.00, 3.00) text(3.00, 2.80, "Grid") # Legend circle(3.70, 3.80) text(3.70, 3.60, "Legend") # Axes circle(0.5, 0.5) text(0.5, 0.3, "Axes") # Figure circle(-0.3, 0.65) text(-0.3, 0.45, "Figure") color = "blue" ax.annotate("Spines", xy=(4.0, 0.35), xycoords="data", xytext=(3.3, 0.5), textcoords="data", weight="bold", color=color, arrowprops=dict(arrowstyle="->", connectionstyle="arc3", color=color)) ax.annotate("", xy=(3.15, 0.0), xycoords="data", xytext=(3.45, 0.45), textcoords="data", weight="bold", color=color, arrowprops=dict(arrowstyle="->", connectionstyle="arc3", color=color)) ax.text(4.0, -0.4, "Made with http://matplotlib.org", fontsize=10, ha="right", color=".5") plt.show()
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