Python的绘图库matplotlib快速入门课件

PYTHON的绘图库MATPLOTLIB快速入门1Python的绘图库matplotlib快速入门12Matplotlib绘制精美的图表2Matplotlib绘制精美的图表 matplotlib 是python最著名的绘图库，它提供了一整套和matlab相似的命令API，十分适合交互式地进行制图。而且也可以方便地将它作为绘图控件，嵌入GUI应用程序中。它的文档相当完备，并且Gallery页面中有上百幅缩略图，打开之后都有源程序。因此如果你需要绘制某种类型的图，只需要在这个页面中浏览/复制/粘贴一下，基本上都能搞定。展示页面的地址：http:/ matplotlib 是python最著快速绘图快速绘图 matplotlib的pyplot子库提供了和matlab类似的绘图API，方便用户快速绘制2D图表。(matplotlib_simple_plot.py)pylab模块 matplotlib还提供了名为pylab的模块，其中包括了许多numpy和pyplot中常用的函数，方便用户快速进行计算和绘图，可以用于IPython中的快速交互式使用。4快速绘图快速绘图4快速绘图 matplotlib中的快速绘图的函数库可以通过如下语句载入：接下来调用figure创建一个绘图对象，并且使它成为当前的绘图对象。通过figsize参数可以指定绘图对象的宽度和高度，单位为英寸；dpi参数指定绘图对象的分辨率，即每英寸多少个像素，缺省值为80。因此本例中所创建的图表窗口的宽度为8*80=640像素。5import matplotlib.pyplot as plt plt.figure(figsize=(8,4)快速绘图 matplotlib中的快速绘图快速绘图也可以不创建绘图对象直接调用接下来的plot函数直接绘图，matplotlib会自动创建一个绘图对象。如果需要同时绘制多幅图表的话，可以是给figure传递一个整数参数指定图标的序号，如果所指定序号的绘图对象已经存在的话，将不创建新的对象，而只是让它成为当前绘图对象。下面的两行程序通过调用plot函数在当前的绘图对象中进行绘图：6plt.plot(x,y,label=$sin(x)$,color=red,linewidth=2)plt.plot(x,z,b-,label=$cos(x2)$)快速绘图 也可以不创建绘图对象直接调用接下快速绘图 plot函数的调用方式很灵活，第一句将x,y数组传递给plot之后，用关键字参数指定各种属性：label:给所绘制的曲线一个名字，此名字在图示(legend)中显示。只要在字符串前后添加$符号，matplotlib就会使用其内嵌的latex引擎绘制的数学公式。color:指定曲线的颜色 linewidth:指定曲线的宽度第三个参数b-指定曲线的颜色和线型7plt.plot(x,y,label=$sin(x)$,color=red,linewidth=2)plt.plot(x,z,b-,label=$cos(x2)$“)快速绘图7plt.plot(x,y,label=$sin(快速绘图接下来通过一系列函数设置绘图对象的各个属性：xlabel/ylabel:设置X轴/Y轴的文字 title:设置图表的标题 ylim:设置Y轴的范围 legend:显示图示最后调用plt.show()显示出创建的所有绘图对象。8plt.xlabel(Time(s)plt.ylabel(Volt)plt.title(PyPlot First Example)plt.ylim(-1.2,1.2)plt.legend()快速绘图 接下来通过一系列函数设置绘图对象快速绘图 9import numpy as npimport matplotlib.pyplot as plt x=np.linspace(0,10,1000)y=np.sin(x)z=np.cos(x*2)plt.figure(figsize=(8,4)plt.plot(x,y,label=$sin(x)$,color=red,linewidth=2)plt.plot(x,z,b-,label=$cos(x2)$)plt.xlabel(Time(s)plt.ylabel(Volt)plt.title(PyPlot First Example)plt.ylim(-1.2,1.2)plt.legend()plt.show()快速绘图 9import numpy as np快速绘图10快速绘图10快速绘图 还可以调用plt.savefig()将当前的Figure对象保存成图像文件，图像格式由图像文件的扩展名决定。下面的程序将当前的图表保存为“test.png”，并且通过dpi参数指定图像的分辨率为 120，因此输出图像的宽度为“8X120=960”个像素。实际上不需要调用show()显示图表，可以直接用savefig()将图表保存成图像文件.使用这种方法可以很容易编写出批量输出图表的程序.11run matplotlib_simple_plot.pyplt.savefig(test.png,dpi=120)快速绘图 还可以调用plt.savefig(快速绘图绘制多轴图一个绘图对象(figure)可以包含多个轴(axis)，在Matplotlib中用轴表示一个绘图区域，可以将其理解为子图。上面的第一个例子中，绘图对象只包括一个轴，因此只显示了一个轴(子图(Axes)。可以使用subplot函数快速绘制有多个轴的图表。subplot函数的调用形式如下：12subplot(numRows,numCols,plotNum)快速绘图绘制多轴图12subplot(numRows,nu快速绘图 subplot将整个绘图区域等分为numRows行和numCols列个子区域，然后按照从左到右，从上到下的顺序对每个子区域进行编号，左上的子区域的编号为1。如果numRows，numCols和plotNum这三个数都小于10的话，可以把它们缩写为一个整数，例如subplot(323)和subplot(3,2,3)是相同的。subplot在plotNum指定的区域中创建一个轴对象。如果新创建的轴和之前创建的轴重叠的话，之前的轴将被删除。13快速绘图 subplot将整个绘图区域等分为快速绘图下面的程序创建3行2列共6个轴，通过axisbg参数给每个轴设置不同的背景颜色。如果希望某个轴占据整个行或者列的话，可以如下调用subplot：14for idx,color in enumerate(rgbyck):plt.subplot(320+idx+1,axisbg=color)plt.show()plt.subplot(221)#第一行的左图plt.subplot(222)#第一行的右图plt.subplot(212)#第二整行plt.show()快速绘图 下面的程序创建3行2列共6个轴，通快速绘图当绘图对象中有多个轴的时候，可以通过工具栏中的Configure Subplots按钮，交互式地调节轴之间的间距和轴与边框之间的距离。如果希望在程序中调节的话，可以调用subplots_adjust函数，它有left,right,bottom,top,wspace,hspace等几个关键字参数，这些参数的值都是0到1之间的小数，它们是以绘图区域的宽高为1进行正规化之后的坐标或者长度。15快速绘图 当绘图对象中有多个轴的时候，可以快速绘图subplot()返回它所创建的Axes对象，可以将它用变量保存起来，然后用sca()交替让它们成为当前Axes对象，并调用plot()在其中绘图。如果需要同时绘制多幅图表，可以给figure()传递一个整数参数指定Figure对象的序号，如果序号所指定的figure对象已经存在，将不创建新的对象，而只是让它成为当前的Figure对象。下面的程序演示了如何依次在不同图表的不同 子图中绘制曲线。(matplotlib_multi_figure.py)16快速绘图 subplot()返回它所创建的快速绘图 首先通过figure()创建了两个图表，它们的序号分别为1和2。然后在图表2中创建了上下 并排的两个子图，并用变量ax1和ax2保存。17import numpy as npimport matplotlib.pyplot as pltplt.figure(1)#创建图表1plt.figure(2)#创建图表2ax1=plt.subplot(211)#在图表2中创建子图1ax2=plt.subplot(212)#在图表2中创建子图2x=np.linspace(0,3,100)快速绘图 首先通过figure()创建了两快速绘图 在循环中，先调用figure(1)让图表1成为当前图表，并在其中绘图。然后调用sca(ax1)和sca(ax2)分别让子图ax1和ax2成为当前子图，并在其中绘图。当它们成为当前子图时，包含它们的图表2也自动成为当前图表，因此不需要调用figure(2)依次在图表1和图表2的两个子图之间切换，逐步在其中添加新的曲线 18for i in xrange(5):plt.figure(1)#选择图表1plt.plot(x,np.exp(i*x/3)plt.sca(ax1)#选择图表2的子图1plt.plot(x,np.sin(i*x)plt.sca(ax2)#选择图表2的子图2plt.plot(x,np.cos(i*x)plt.show()快速绘图 在循环中，先调用figure(1快速绘图19快速绘图 19快速绘图坐标轴设定 Axis容器包括坐标轴的刻度线、刻度标签、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get_major_ticks()和get_minor_ticks()方法获得。每个刻度线都是一 个XTick或YTick对象，它包括实际的刻度线和刻度标签。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,可以直接获得刻度标签和刻度线。下面例子进行绘图并得到当前子图的X轴对象axis:20 plt.plot(1,2,3,4,5,6)plt.show()axis=plt.gca().xaxis快速绘图坐标轴设定20 plt.plot(1,2,3快速绘图 获得axis对象的刻度位置列表：下面获得axis对象的刻度标签以及标签中的文字:21 axis.get_ticklocs()array(1.,1.5,2.,2.5,3.)axis.get_ticklabels()#获得刻度标签列表 x.get_text()for x in axis.get_ticklabels()#获得刻度的文本字符串u1.0,u1.5,u2.0,u2.5,u3.0 快速绘图 获得axis对象的刻度位置列表：21快速绘图22快速绘图22快速绘图 下面获得X轴上表示主刻度线的列表，可看到X轴上共有10条刻度线 由于没有副刻度线，因此副刻度线列表的长度为0：使用pyplot模块中的xticks()能够完成X轴上刻度标签的配置：23 axis.get_ticklines()axis.get_ticklines(minor=True)#获得副刻度线列表plt.xticks(fontsize=16,color=red,rotation=45)快速绘图 下面获得X轴上表示主刻度线的列表，快速绘图 上面的例子中副刻度线列表为空，这是因为用于计算副刻度位置的对象默认为 NullLocator,它不产生任何刻度线。而计算主刻度位置的对象为AutoLocator,它会根据当前的缩放等配置自动计算刻度的位置.matplotlib提供了多种配置刻度线位置的Locator类，以及控制刻度标签显示的Formatter 类。下面的程序设置X轴的主刻度为/4,副刻度为/20,并且主刻度上的标签用数学符号显示。(matplotlib_axis_text.py自定义坐标轴的刻度和文字)24快速绘图 上面的例子中副刻度线列表为空，这快速绘图 与刻度定位和文本格式化相关的类都在matplotlib.ticker模块中定义，程序从中载入了两个类：MultipleLocaton,FuncFormatter.25from matplotlib.ticker import MultipleLocator,FuncFormatterimport matplotlib.pyplot as plfrom matplotlib.ticker import MultipleLocator,FuncFormatter import numpy as npx=np.arange(0,4*np.pi,0.01)y=np.sin(x)pl.figure(figsize=(8,4)pl.plot(x,y)ax=pl.gca()快速绘图 与刻度定位和文本格式化相关的类都在快速绘图程序中通过pi_formatter()计算出刻度值对应的刻度文本.（很繁琐）26def pi_formatter(x,pos):m=np.round(x/(np.pi/4)n=4while m!=0 and m%2=0:m,n=m/2,n/2if m=0:return 0if m=1 and n=1:return$pi$if n=1:return r$%d pi$%mif m=1:return r$fracpi%d$%nreturn r$frac%d pi%d$%(m,n)快速绘图 程序中通过pi_formatter快速绘图 27X=np.linspace(0,4*np.pi,17,endpoint=True)Xarray(0.,0.78539816,1.57079633,2.35619449,3.14159265,3.92699082,4.71238898,5.49778714,6.28318531,7.06858347,7.85398163,8.6393798,9.42477796,10.21017612,10.99557429,11.78097245,12.56637061)plt.xticks(0.,0.78539816,1.57079633,2.35619449,3.14159265,3.92699082,4.71238898,5.49778714,6.28318531,7.06858347,7.85398163,8.6393798,9.42477796,10.21017612,10.99557429,11.78097245,12.56637061,r$0$,r$pi/4$,r$pi/2$,r$3pi/4$,r$pi$,r$5pi/4$,r$3pi/2$,r$7pi/4$,r$2pi$,r$9pi/4$,r$5pi/2$,r$11pi/4$,r$3pi$,r$13pi/4$,r$7pi/2$,r$15pi/4$,r$4pi$)#r$frac2pi3$,快速绘图 27X=np.linspace(0,快速绘图 以指定值的整数倍为刻度放置主、副刻度线。使用指定的函数计算刻度文本，它会将刻度值和刻度的序号作为参数传递给计算刻度文本的函数.28ax.xaxis.set_major_locator(MultipleLocator(np.pi/4)ax.xaxis.set_minor_locator(MultipleLocator(np.pi/20)ax.xaxis.set_major_formatter(FuncFormatter(pi_formatter)#设置两个坐标轴的范围pl.ylim(-1.5,1.5)pl.xlim(0,np.max(x)快速绘图 以指定值的整数倍为刻度放置主、副刻度线。2快速绘图 29pl.subplots_adjust(bottom=0.15)#设置图的底边距pl.grid()#开启网格#主刻度为pi/4ax.xaxis.set_major_locator(MultipleLocator(np.pi/4)#主刻度文本用pi_formatter函数计算ax.xaxis.set_major_formatter(FuncFormatter(pi_formatter)#副刻度为pi/20ax.xaxis.set_minor_locator(MultipleLocator(np.pi/20)#设置刻度文本的大小for tick in ax.xaxis.get_major_ticks():tick.label1.set_fontsize(16)pl.show()快速绘图 29pl.subplots_adjust(bot快速绘图30快速绘图 30绘图函数简介对数坐标图 前面介绍过如何使用plot()绘制曲线图，所绘制图表的X-Y轴坐标都是算术坐标。下面看看如何在对数坐标系中绘图。绘制对数坐标图的函数有三个：semilogx()、semilogy()和loglog(),它们分别绘制X轴为对数坐标、Y轴为对数坐标以及两个轴都为对数坐标时的图表。31绘图函数简介对数坐标图31绘图函数简介 下面的程序使用4种不同的坐标系绘制低通滤波器的频率响应曲线。其中，左上图为plot()绘制的算术坐标系，右上图为semilogx()绘制的X轴对数坐标系，左下图为semilogy()绘制的Y轴对数坐标系，右下图为loglog()绘制的双对数坐标系。使用双对数坐标系表示的频率响应曲线通常被称为波特图。(matplotlib_log.py)32import numpy as npimport matplotlib.pyplot as pltw=np.linspace(0.1,1000,1000)p=np.abs(1/(1+0.1j*w)#计算低通滤波器的频率响应绘图函数简介 下面的程序使用4种不同的坐标绘图函数简介33plt.subplot(221)plt.plot(w,p,linewidth=2)plt.ylim(0,1.5)plt.subplot(222)plt.semilogx(w,p,linewidth=2)plt.ylim(0,1.5)plt.subplot(223)plt.semilogy(w,p,linewidth=2)plt.ylim(0,1.5)plt.subplot(224)plt.loglog(w,p,linewidth=2)plt.ylim(0,1.5)plt.show()绘图函数简介33plt.subplot(221)绘图函数简介 34绘图函数简介34绘图函数简介极坐标图 极坐标系是和笛卡尔(X-Y)坐标系完全不同的坐标系，极坐标系中的点由一个夹角和一段相对中心点的距离来表示。下面的程序绘制极坐标图，(matplotlib_polar.py)。35import numpy as npimport matplotlib.pyplot as plttheta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)绘图函数简介极坐标图35import numpy as np绘图函数简介程序中调用subplot()创建子图时通过设 polar参数为True,创建一个极坐标子图。然后调用plot()在极坐标子图中绘图。也可以使用polar()直接创建极坐标子图并在其中绘制曲线。36plt.subplot(121,polar=True)plt.plot(theta,1.6*np.ones_like(theta),linewidth=2)plt.plot(3*theta,theta/3,-,linewidth=2)绘图函数简介36plt.subplot(121,polar绘图函数简介 rgrids()设置同心圆栅格的半径大小和文字标注的角度。因此右图中的虚线圆圈有三个，半径分别为0.5、1.0和1.5,这些文字沿着45线排列。Thetagrids()设置放射线栅格的角度，因此右图中只有两条放射线，角度分别为0和45。37plt.subplot(122,polar=True)plt.plot(theta,1.4*np.cos(5*theta),-,linewidth=2)plt.plot(theta,1.8*np.cos(4*theta),linewidth=2)plt.rgrids(np.arange(0.5,2,0.5),angle=45)plt.thetagrids(0,45)plt.show()绘图函数简介37plt.subplot(122,polar绘图函数简介 38绘图函数简介38绘图函数简介柱状图 柱状图用其每根柱子的长度表示值的大小，它们通常用来比较两组或多组值。下面的程序从文件中读入中国人口的年龄分布数据,并使用柱状图比较男性和女性的年龄分布。（matplotlib_bar.py绘制比较男女人口的年龄分布图）39import numpy as npimport matplotlib.pyplot as plt绘图函数简介柱状图39import numpy as np绘图函数简介 读入的数据中，第0列为年龄，它将作为柱状图的横坐标。首先计算柱状图中每根柱子的宽度，因为要在每个年龄段上绘制两根柱子，因此柱子的宽度应该小于年龄段的二分之一。这里以年龄段的0.4倍作为柱子的宽度。40data=np.loadtxt(china_population.txt)width=(data1,0-data0,0)*0.4 绘图函数简介 40data=np.loadtxt(绘图函数简介 调用bar()绘制男性人口分布的柱状图。它的第一个参数为每根柱子左边缘的横坐标，为 了让男性和女性的柱子以年龄刻度为中心，这里让每根柱子左侧的横坐标为“年龄减去柱子的宽度”。Bar()的第二个参数为每根柱子的高度，第三个参数指定所有柱子的宽度。当第三个参数为序列时，可以为每根柱子指定宽度。41plt.figure(figsize=(8,5)plt.bar(data:,0-width,data:,1/1e7,width,color=b,label=u男)绘图函数简介41plt.figure(figsize=(8,绘图函数简介 绘制女性人口分布的柱状图，这里以年龄为柱子的左边缘横坐标，因此女性和男性的人 口分布图以年龄刻度为中心。由于bar()不自动修改颜色，因此程序中通过color参数设置两个 柱状图的颜色。42plt.bar(data:,0,data:,2/1e7,width,color=r,label=u女)plt.xlim(-width,100)plt.xlabel(u年龄)plt.ylabel(u人口（千万）)plt.legend()plt.show()绘图函数简介 42plt.bar(data绘图函数简介 43绘图函数简介 43绘图函数简介散列图 使用plot()绘图时，如果指定样式参数为仅绘制数据点，那么所绘制的就是一幅散列图。例如：但是这种方法所绘制的点无法单独指定颜色和大小。而scatter()所绘制的散列图却可以指定每个点的颜色和大小。下面的程序演示scatter()的用法(matplotlib_scatter.py).44plt.plot(np.random.random(100),np.random.random(100),o)绘图函数简介散列图 44plt.plot(np.ran绘图函数简介 scatter()的前两个参数是数组，分别指定每个点的X轴和Y轴的坐标。s参数指定点的大 小，值和点的面积成正比。它可以是一个数，45import numpy as npimport matplotlib.pyplot as pltplt.figure(figsize=(8,4)x=np.random.random(100)y=np.random.random(100)plt.scatter(x,y,s=x*1000,c=y,marker=(5,1),alpha=0.8,lw=2,facecolors=none)plt.xlim(0,1)plt.ylim(0,1)plt.show()绘图函数简介45import numpy as np绘图函数简介 指定所有点的大小；也可以是数组，分别对每个点指定大小。c参数指定每个点的颜色，可以是数值或数组。这里使用一维数组为每个点指定了一个数值。通过颜色映射表，每个数值都会与一个颜色相对应。默认的颜色映射表中蓝色与最小值对应，红色与最大值对应。当c参数是形状为(N,3)或(N,4)的二维数组时，则直接表示每个点的RGB颜色。marker参数设置点的形状，可以是个表示形状的字符串，也可以是表示多边形的两个元素的元组，第一个元素表示多边形的边数，46绘图函数简介 指定所有点的大小；也可以是数组，分别对每绘图函数简介 第二个元素表示多边形的样式，取值范围为0、1、2、3。0表示多边形，1表示星形，2表示放射形，3表示忽略边数而显示为圆形。最后，通过alpha参数设置点的透明度，通过lw参数设置线宽，lw是line width的缩写。facecolors参数为“none”时，表示散列点没有填充色。47绘图函数简介 第二个元素表示多边形的样式，取值范围为0绘图函数简介48绘图函数简介48绘图函数简介图像 imread()和imshow()提供了简单的图像载入和显示功能.imread()可以从图像文件读入数据，得到一个表示图像的NumPy数组。它的第一个参数是文件名或文件对象，format参数指定图像类型，如果省略，就由文件的扩展名决定图像类型。对于灰度图像，它返回一个形状为(M，N)的数组；对于彩色图像，返冋形状为(M，N，C)的数组。其中,M为图像的高度,N为图像的宽度,C为3或4,表示图像的通道数。49img=plt.imread(“lena.jpg“)绘图函数简介图像49img=plt.imread(绘图函数简介 下面的程序从“lena.jpg”中读入图像数据，得到的数组img是一个形状为(393,512,3)的单字节无符号整数数组。这是因为通常使用的图像都是采用单字节分别保存每个像素的红、绿、蓝三个通道的分量：50 img=plt.imread(lena.jpg)img.shape (393L,512L,3L)img.dtypedtype(uint8)绘图函数简介 下面的程序从“lena.jp绘图函数简介 imshow()可以用来显示imread()返回的数组。如果数组是表示多通道图像的三维数组，那么每个像素的颜色由各个通道的值决定：请注意，从JPG图像中读入的数据是上下颠倒的，为了正常显示图像，可以将数组的第0轴反转，或者设置imshow()的origin参数为“lower”,从而让所显示图表的原点在左下角：51 plt.imshow(img)#注意图像是上下颠倒的 plt.imshow(img:-1)#反转图像数组的第0轴#or plt.imshow(img,origin=lower)#让图表的原点在左下角绘图函数简介 imshow()可以用来显示绘图函数简介 如果三维数组的元素类型为浮点数，那么元素的取值范围为0.0到1.0,与颜色值0到255对应。超出这个范围可能会出现颜色异常的像素。下面的例子将数组img转换为浮点数组并用 imshow()进行显示：52 img=img:-1 plt.imshow(img*1.0)#取值范围为0.0到255.0的浮点数组，不能正确显示颜色 plt.imshow(img/255.0)#取值范围为0.0到1.0的浮点数组，能正确显示颜色 plt.imshow(np.clip(img/200.0,0,1)#使用 clip()限制取值范围，整个图像变亮绘图函数简介 如果三维数组的元素类型为浮点绘图函数简介 如果imshow()的参数是二维数组，就使用颜色映射表决定每个像素的颜色。下面显示图像中的红色通道：显示效果比较吓人，因为默认的图像映射将最小值映射为蓝色、将最大值映射为红色.可以使用colorbar()将颜色映射表在图表中显示出来：53 plt.imshow(img:,:,0)plt.colorbar()绘图函数简介 如果imshow()的参数是绘图函数简介 通过imshow()的cmap参数可以修改显示图像时所采用的颜色映射表。颜色映射表是一个 ColorMap对象，matplotlib中已经预先定义好了很多颜色映射表，可通过下面的语句找到这 些颜色映射表的名字：(matplotlib_imshow.py)下面使用名为copper的颜色映射表显示图像的红色通道，很有老照片的味道：54 import matplotlib.cm as cm cm._cmapnamesSpectral,copper,RdYlGn,Set2,sumner,spring,gist_ncar，plt.imshow(img:,:,0,cmap=cm.copper)绘图函数简介 通过imshow()的cmap绘图函数简介 55import numpy as npimport matplotlib.pyplot as pltimport matplotlib.cm as cmplt.subplots_adjust(0,0,1,1,0.05,0.05)plt.subplot(331)img=plt.imread(lena.jpg)plt.imshow(img)plt.subplot(332)plt.imshow(img:-1)plt.subplot(333)plt.imshow(img,origin=lower)img=img:-1plt.subplot(334)plt.imshow(img*1.0)绘图函数简介 55import numpy as np绘图函数简介 56plt.subplot(335)plt.imshow(img/255.0)plt.subplot(336)plt.imshow(np.clip(img/200.0,0,1)plt.subplot(325)plt.imshow(img:,:,0)plt.colorbar()plt.subplot(326)plt.imshow(img:,:,0,cmap=cm.copper)plt.colorbar()for ax in plt.gcf().axes:ax.set_axis_off()ax.set_axis_off()plt.show()绘图函数简介 56plt.subplot(335)绘图函数简介57绘图函数简介57绘图函数简介 还可以使用imshow()显示任意的二维数据，例如下面的程序使用图像直观地显示了二元函数 .(matplotlib_2dfunc.py 使用imshow()可视化二元函数)58import numpy as npimport matplotlib.pyplot as pltimport matplotlib.cm as cmy,x=np.ogrid-2:2:200j,-2:2:200jz=x*np.exp(-x*2-y*2)extent=np.min(x),np.max(x),np.min(y),np.max(y)绘图函数简介 还可以使用imshow()显绘图函数简介 首先通过数组的广播功能计算出表示函数值的二维数组Z,注意它的第0轴表示Y轴、第1轴表示X轴。然后将X、Y轴的取值范围保存到extent列表中。59plt.figure(figsize=(10,3)plt.subplot(121)plt.imshow(z,extent=extent,origin=lower)plt.colorbar()plt.subplot(122)plt.imshow(z,extent=extent,cmap=cm.gray,origin=lower)plt.colorbar()plt.show()绘图函数简介59plt.figure(figsize=(10绘图函数简介 将extent列表传递给 imshow()的extent参数，这样一来，图表的X、Y轴的刻度标签将使用extent列表所指定的范围.60绘图函数简介 将extent列表传递给 im绘图函数简介等值线图 还可以使用等值线图表示二元函数。所谓等值线，是指由函数值相等的各点连成的平滑曲线。等值线可以直观地表示二元函数值的变化趋势，例如等值线密集的地方表示函数值在此处的变化较大。matplotlib中可以使用contour()和contourf()描绘等值线，它们的区别是：contourf()所得到的是带填充效果的等值线。(matplotlib_contour.py用contour和contourf描绘等值线图)61绘图函数简介等值线图61绘图函数简介 62import numpy as npimport matplotlib.pyplot as plty,x=np.ogrid-2:2:200j,-3:3:300j z=x*np.exp(-x*2-y*2)extent=np.min(x),np.max(x),np.min(y),np.max(y)plt.figure(figsize=(10,4)plt.subplot(121)cs=plt.contour(z,10,extent=extent)plt.clabel(cs)plt.subplot(122)plt.contourf(x.reshape(-1),y.reshape(-1),z,20)plt.show()绘图函数简介62import numpy as np绘图函数简介 为了更淸楚地区分X轴和Y轴，这里让它们的取值范围和等分次数均不相同.这样得 到的数组z的形状为(200,300),它的第0轴对应Y轴、第1轴对应X轴。调用contour()绘制数组z的等值线图，第二个参数为10,表示将整个函数的取值范围等分为10个区间,即显示的等值线图中将有9条等值线。和imshow()一样，可以使用extent参 数指定等值线图的X轴和Y轴的数据范围。contour()所返回的是一个QuadContourSet对象，将它传递给clabel(),为其中的等值线标上对应的值。63绘图函数简介 为了更淸楚地区分X轴和Y轴，这绘图函数简介 调用contourf(),绘制将取值范围等分为20份、带填充效果的等值线图。这里演示了另外一种设置X、Y轴取值范围的方法。它的前两个参数分别是计算数组z时所使用的X轴和Y轴上的取样点,这两个数组必须是一维的。64绘图函数简介 调用contourf(),绘绘图函数简介 还可以使用等值线绘制隐函数曲线.显然，无法像绘制一般函数那样，先创建一个等差数组表示变量的取值点，然后计算出数组中每个x所对应的y值。可以使用等值线解决这个问题，显然隐函数的曲线就是值等于0的那条等值线。下面的程序绘制函数 在f(x,y)=0和 f(x,y)-0.1=0时的曲线.(matplotlib_implicit_func.py)65import numpy as npimport matplotlib.pyplot as plty,x=np.ogrid-1.5:1.5:200j,-1.5:1.5:200jf=(x*2+y*2)*4-(x*2-y*2)*2绘图函数简介 还可以使用等值线绘制隐函数曲绘图函数简介 66plt.figure(figsize=(9,4)plt.subplot(121)extent=np.min(x),np.max(x),np.min(y),np.max(y)cs=plt.contour(f,extent=extent,levels=0,0.1,colors=b,r,linestyles=solid,dashed,linewidths=2,2)plt.subplot(122)for c in cs.collections:data=c.get_paths()0.vertices plt.plot(data:,0,data:,1,color=c.get_color()0,linewidth=c.get_linewidth()0)plt.show()绘图函数简介 66plt.figure(figsize=(9绘图函数简介67绘图函数简介67绘图函数简介 在调用contour()绘制等值线时，可以通过levels参数指定所绘制等值线对应的函数值，这 里设置levels参数为0，0.1,因此最终将绘制两条等值线。观察图会发现，表示隐函数f(x)=0蓝色实线并不是完全连续的，在图的中间部分它由许多孤立的小段构成。因为等值线在原点附近无限靠近，因此无论对函数f的取值空间如何进行细分，总是会有无法分开的地方，最终造成了图中的那些孤立的细小区域。而表示隐函数f(x,y)-0.1=0的红色虚线则是闭合且连续的。68绘图函数简介 在调用contour()绘制绘图函数简介 可以通过contour()返回的对象获得等值线上每点的数据，下面在IPython中观察变量cs,它是一个 QuadContourSet 对象：cs对象的collections属性是一个等值线列表，每条等值线用一个LineCollection对象表示：69 cs.collections run matplotlib_implicit_func.pycs绘图函数简介 可以通过contour()返绘图函数简介 每个LineCollection对象都有它自己的颜色、线型、线宽等属性，注意这些属性所获得的结果外面还有一层封装，要获得其第0个元素才是真正的配置：由类名可知，LineCollection对象是一组曲线的集合，因此它可以表示像蓝色实线那样由多条线构成的等值线。它的get_paths()方法获得构成等值线的所有路径，本例中蓝色实线70 c.get_color()0array(1.,0.,0.,1.)c.get_linewidth()02绘图函数简介 每个LineCollecti绘图函数简介所表示的等值线由42条路径构成：路径是一个Path对象，通过它的vertices属性可以获得路径上所有点的坐标:71 len(cs.collections0.get_paths()42 path=cs.collections0.get_paths()0 type(path)path.verticesarray(-0.08291457,-0.98938936,-0.09039269,-0.98743719,-0.08291457,-0.98938936)绘图函数简介所表示的等值线由42条路径构成：71 le绘图函数简介 下面的程序从等值线集合cs中找到表示等值线的路径，并使用plot()将其绘制出来.72plt.subplot(122)for c in cs.collections:data=c.get_paths()0.vertices plt.plot(data:,0,data:,1,color=c.get_color()0,linewidth=c.get_linewidth()0)绘图函数简介 下面的程序从等值线集合cs中绘图函数简介三维绘图 mpl_toolkits.mplot3d模块在matplotlib基础上提供了三维绘图的功能。由于它使用matplotlib的二维绘图功能来实现三维图形的绘制工作，因此绘图速度有限，不适合用于大规模数据的三维绘图。如果需要更复杂的三维数据可视化功能，可使用Mayavi。(matplotlib_surface.py 使用matplotlib绘制三维曲面)73绘图函数简介三维绘图73绘图函数简介 74演示matplotlib的三维绘图功能。import numpy as npimport mpl_toolkits.mplot3d import matplotlib.pyplot as pltx,y=np.mgrid-2:2:20j,-2:2:20j z=x*np.exp(-x*2-y*2)ax=plt.subplot(111,projection=3d)ax.plot_surface(x,y,z,rstride=2,cstride=1,cmap=plt.cm.Blues_r)ax.set_xlabel(X)ax.set_ylabel(Y)ax.set_zlabel(Z)plt.show()绘图函数简介 74绘图函数简介75绘图函数简介75绘图函数简介 首先载入mplot3d模块，matplotlib中与三维绘图相关的功能均在此模块中定义。使用 mgrid创建X-Y平面的网格并计算网格上每点的高度z。由于绘制三维曲面的函数要求X、Y 和Z轴的数据都用相同形状的二维数组表示，因此这里不能使用ogrid创建。和之前的imshow()不同.数组的第0轴可以表示X和Y轴中的任意一个，在本例中第0轴表示X轴、第1轴表示Y轴。在当前图表中创建一个子图，通过projection参数指定子图的投影模式为“3d”,这样 subplot()将返回一个用于三维绘图的Axes3D子图对象。76绘图函数简介 首先载入mplot3d模块，绘图函数简介 投影模式:投影模式决定了点从数据坐标转换为屏幕坐标的方式.可以通过下面的语句获得当前有效的投影模式的名称：只有在载入mplot3d模块之后，此列表中才会出現3d投影模式.aitoff、hammer,lamberf,mollweide等均为地图投影，,polar 为极坐标投影,rectilinear則是默认的直线投影模式.77 from matplotlib import projections projections.get_projection_names()3d,aitoff,hammer,lambert,mollweide1,polar,rectilinear绘图函数简介 投影模式:投影模式决定了点从数据绘图函数简介 调用Axes3D对象的plot_surface()绘制三维曲面。其中：参数x、y、z都是形状为(20,20)的二维数组，数组x和y构成了 X-Y平面上的网格，而数组z则是网格上各点在曲面上的取值。通过cmap参数来指定值和颜色之间的映射，即曲面上各点的高度值与其颜色的对应关系。rstride 和cstride参数分别是数组的第0轴和第1轴的下标间隔.对于很大的数组，使用较大的间隔可以提高曲面的绘制速度。程序中，plot_surfece()调用和下面的语句是等价的：78ax.plot_surface(x:2,:,y:2,:,z:2,:,rstride=1,cstride=1)绘图函数简介 调用Axes3D对象的plot绘图函数简介 除了绘制三维曲面之外，Axes3D对象还提供了许多其他的三维绘图方法。可以通过下面的链接地址找到各种三维绘图的演示程序:http:/ 除了绘制三维曲面之外，Axe