python3(三)Matplotlib
数据展示Matplotlib
目录
- 1 Matplotlib库
- 1.1 Matplotlib的介绍
- 1.2 pyplot的plot()函数
- 1.3 pyplot的中文显示
- 1.4 pyplot的文本显示
- 1.5 绘制子绘图区域
- 2 基础绘图函数
- 2.1 基础图标函数概述
- 2.2 饼图的绘制
- 2.3 直方图的绘制
- 2.4 极坐标的绘制
- 2.5 散点图的绘制
- 3 引力波的绘制
- 3.1 介绍
- 3.2 编写
正文
主要内容是Matplotlib库的基本使用和方法
1 Matplotlib库
1.1 Matplotlib的介绍
Python优秀的数据可视化第三方库
数据可视化就是将数据以特定的图形图像的方式展示出来, 使数据更加的直观明了
范例网站
Matplotlib库是由各种可视化类构成, 内部结构复杂
为了简洁使用, 可以使用matplotlib.pyplot这个绘制各类可视化图形的命令子库, 类似于快捷方式的库来简化操作
导入
import matplotlib.pyplot as plt
同样plt也是约定俗成的别名
基本使用
使用plt.plot(数组)传入数组, 如果只有一个一维数组, 那么数组的值会指定给Y轴, X轴为他们的索引值
使用plt.ylabel(名字)设置Y轴的名字
使用plt.savefig(文件名, dpi=dpi的大小)保存图像为图像文件, dpi一般设置为600, 默认是PNG格式保存
使用plt.show()在IPython中展示生成的图形
使用plt.axis([x1, x2, y1, y2])可以设置X轴的起点和终点, Y轴的起点和终点
相关代码如下
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import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot([ 0 , 2 , 4 , 6 , 8 ], [ 3 , 1 , 4 , 5 , 2 ])
plt.ylabel( "Y" )
plt.axis([ - 1 , 10 , 0 , 6 ])
plt.savefig( "test" , dpi = 600 )
plt.show()
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相关结果如下
pyplot的绘图区域
使用plt.subplot(nrows, ncols, plot_number)在全局绘图区域中创建一个分区体系, 然后指定在哪个子区域里绘图
其中nrows表示横向划分多少的区域, ncols表示纵向划分多少的区域, 子区域的标号是从1开始的, 从上到下从左到右依次排序
另外在数量小的时候, 这三个参数之间的逗号可以去掉
具体代码如下
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import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
def f(t):
return np.exp( - t) * np.cos( 2 * np.pi * t)
a = np.arange( 0.0 , 5.0 , 0.02 )
plt.subplot( 211 )
plt.plot(a, f(a))
plt.subplot( 2 , 1 , 2 )
plt.plot(a, np.cos( 2 * np.pi * a), 'r--' )
plt.show()
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具体效果如下
1.2 pyplot的plot()函数
plot()的具体形式如下:
plt.plot(x, y, format_string, **kwargs)
x: X轴的数据, 可以是列表或者数组, 可选项, 但是当绘制多条曲线的时候, 各条曲线的x不能省略
y: Y轴的数据, 列表或数组, 必填项
format_string: 控制曲线的格式的字符串, 可选项
**kwargs: 第二组或更多的 (x, y, format_string)
绘制多条图像
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import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
a = np.arange( 10 )
plt.plot(a, 1.5 * a, a, 2.5 * a, a, 3.6 * a, a, 4.5 * a)
plt.show()
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结果为

曲线的格式控制
format_string由制颜色字符, 风格字符和标记字符组成
具体有
更改之前的风格代码
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import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
a = np.arange( 10 )
plt.plot(a, 1.5 * a, 'go-' , a, 2.5 * a, 'rx' , a, 3.6 * a, '*' , a, 4.5 * a, 'b-.' )
plt.show()
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效果为
关于**kwargs
可以添加更多更详细的参数
color: 控制颜色, color=”green”
linestyle: 线条风格, linestyle=”dashed”
marker: 标记风格, marker=”o”, 这三个和前面的format是对应的, 此外还有
markerfacecolor: 标记的颜色, markerfacecolor=”blue”
markersize: 标记的尺寸, markersize=20
…
1.3 pyplot的中文显示
默认情况下, pyplot并不支持中文字符, 在最开始的折线图中, 如果设置ylabel()为中文, 则在图像中不能正常显示
要显示中文有种办法
1) 使用rcParams
设置其font.family为中文字符
具体代码如下
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import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib
matplotlib.rcParams[ 'font.family' ] = 'SimHei'
plt.plot([ 0 , 2 , 4 , 6 , 8 ], [ 3 , 1 , 4 , 5 , 2 ])
plt.ylabel( "Y轴坐标" )
plt.axis([ - 1 , 10 , 0 , 6 ])
plt.savefig( "test" , dpi = 600 )
plt.show()
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具体效果
其中SimHei是黑体
具体更多参数
相应的中文字体种类
参考实例
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import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib
matplotlib.rcParams[ 'font.family' ] = 'FangSong'
matplotlib.rcParams[ 'font.size' ] = 20
a = np.arange( 0.0 , 5.0 , 0.02 )
plt.xlabel( "X轴: 时间" )
plt.ylabel( "Y轴: 振幅" )
plt.plot(a, np.cos( 2 * np.pi * a) + 1 , 'r--' )
plt.savefig( 'test2' , dpi = 600 )
plt.show()
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效果为
2) 增加 fontproperties属性
在上述的例子中, 可以在xlabel中增加参数fontproperties来限定显示的字体, 用此来解决中文显示
具体代码如下
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import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
a = np.arange( 0.0 , 5.0 , 0.02 )
plt.xlabel( "X轴: 时间" , fontproperties = "FangSong" , fontsize = 20 )
plt.ylabel( "Y轴: 振幅" , fontproperties = "FangSong" , fontsize = 20 )
plt.plot(a, np.cos( 2 * np.pi * a) + 1 , 'r--' )
plt.show()
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两种方法的区别就是第一种是全局修改, 第二种是指定修改
建议使用第二种方法, 但是为了统一可以使用方法一
1.4 pyplot的文本显示
常见的文本显示函数是
其中title会在整个图形的正中上放写上文字
具体实例如下
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import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
a = np.arange( 0.0 , 5.0 , 0.02 )
plt.plot(a, np.cos( 2 * np.pi * a) + 2 , 'r--' )
plt.xlabel( "X轴: 时间" , fontproperties = "FangSong" , fontsize = 15 , color = 'green' )
plt.ylabel( "Y轴: 振幅" , fontproperties = "FangSong" , fontsize = 15 )
plt.title(r '正玄波实例$y=cos(2\pi x)$' , fontproperties = "SimHei" , fontsize = 25 )
plt.text( 2 , 3 , r '$\mu=100$' , fontsize = 15 )
plt.axis([ - 1 , 6 , 0 , 4 ])
plt.grid( True )
plt.savefig( 'test3' , dpi = 600 )
plt.show()
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效果为
其中$$这种是LeTeX的语法
title()第一个参数表示横坐标的位置, 第二个参数是纵坐标的位置
grid(True)增加网格显示
关于annotate函数
plt.annotate(s, xy=arrow_crd, xytext=text_crd, arrowprops=dict)
s: 要注解的字符串
xy: 箭头所在的位置, 元组类型
xytext: 文本显示的位置, 元组类型
arrowprops: 定义了整个箭头显示的属性, dict()
facecolor=”颜色” 箭头的颜色
shrink 起始会按照指定的比例缩进, 这样箭头与两边的内容会留有一下空白
width 箭头的宽度
具体代码如下
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import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
a = np.arange( 0.0 , 5.0 , 0.02 )
plt.plot(a, np.cos( 2 * np.pi * a) + 2 , 'r--' )
plt.xlabel( "X轴: 时间" , fontproperties = "FangSong" , fontsize = 15 , color = 'green' )
plt.ylabel( "Y轴: 振幅" , fontproperties = "FangSong" , fontsize = 15 )
plt.title(r '正玄波实例$y=cos(2\pi x)$' , fontproperties = "SimHei" , fontsize = 25 )
plt.annotate(r "$\mu=100$" , xy = ( 2 , 3 ), xytext = ( 3 , 3.5 ), arrowprops = dict (
facecolor = "black" , shrink = 0.1 , width = 2
))
plt.axis([ - 1 , 6 , 0 , 4 ])
plt.grid( True )
plt.savefig( 'test3' , dpi = 600 )
plt.show()
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效果为
1.5 绘制子绘图区域
使用subplot可以进行简单的分区, 具体实现复杂的分区需要另一个函数
plt.subplot2grid()
plt.subplot2grid(GridSpec, CurSpec, colspan=1, rowspan=1)
基本使用方法是: 先将整个布局进行均分, 然后指定一块小区域作为起始点, 然后使用colspan和rowspan来在横向和纵向上增加小块的个数
GridSpec: 整体划分, 元组类型
CurSpec: 指定起始小块位置, 元组类型
colspan: 横向小块数量
rawspan: 纵向小块数量
选择实例:
使用GridSpec类可以简化操作
导入
import matplotlib.gridspec as gridspec
生成gridspec对象
gs = gridspec.GridSpec(3, 3)
使用切片的方式来获取
具体如下
2 基础绘图函数
2.1 基础图标函数概述
使用绘制函数的基本思想:
图像的种类是繁多的, 我们应该专注于选择与更合适的图表来结合数据, 而不是学习使用所有的函数
2.2 饼图的绘制
常用于百分比的内容, 尤其是需要对比组成部分, 占有比例的时候, 更是直观
生成饼图的函数pie
plt.pie(sizes, explode=(), labels=(), autopct="", shadow=False, startangle=90)
sizes: 元组类型, 各个成分的占比
explode: 元组类型, 优先级, 优先级高的会突出来, 为0是正常组成部分
labels: 各个部分对应的标签名字, 要和sizes对应上
autopct: 显示比例的格式
shadow: 是否有阴影
startangle: 起始绘图时候的角度, 和极坐标角度类似
具体实例
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import matplotlib.pyplot as plt
labels = "Python" , "Java" , "C/C++" , "C#" , "Javascript" , "Other"
sizes = [ 31.2 , 19.6 , 15.9 , 7.4 , 3.6 , 22.3 ]
explode = [ 0.1 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 ]
plt.pie(sizes, explode = explode, labels = labels, autopct = "%.2f%%" , shadow = True , startangle = 90 )
plt.title(r '2015最受欢迎的编程语言' , fontproperties = "SimHei" , fontsize = 15 )
plt.show()
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具体效果
如果希望图形不是侧着的, 可以使用
plt.axis('equal')
2.3 直方图的绘制
使用hist画直方图
hist(x, bins, normed, histtype, facecolor, alpha)
x: 处理的数据
bins: 生成的图形中, 直方(在X轴上直立的长条矩形)的个数
具体情况是: 找到x中的最小值和最大值, 然后在这个值域中均分bins份, 每一份都是一个小的值域, x中的元素就会对应的落在相应的值域中, Y轴的值就是在这个值域的数量(normed=False时)
normed: 为True会归一化成概率, 为False时Y轴显示的是数量, 默认为False
具体代码如下
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import numpy as np
import matplotlib.pylab as plt
np.random.seed( 0 )
mu, sigma = 100 , 20
a = np.random.normal(mu, sigma, size = 100 )
plt.hist(a, 30 , normed = False , histtype = 'stepfilled' , facecolor = 'b' ,
alpha = 0.75 )
plt.title( "Histogram" )
plt.show()
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效果如下
2.4 极坐标的绘制
绘制极坐标用
ax = plt.subplot(111, projection='polar')
通过生成一个对象ax, 来绘制极坐标的图像
通过ax.bar()来设置图像
bar(left, height, width=0.8, bottom=None, **kwargs)
left: 绘制极坐标时的开始位置, 图中的某个位置
height: 中心点向边界延伸的长度
width: 旋转的宽度
具体代码如下
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import matplotlib.pylab as plt
import numpy as np
N = 20
theta = np.linspace( 0.0 , 2 * np.pi, N, endpoint = False )
radii = 10 * np.random.rand(N)
width = np.pi / 4 * np.random.rand(N)
ax = plt.subplot( 111 , projection = 'polar' )
bars = ax.bar(theta, radii, width = width, bottom = 0.0 )
for r, bar in zip (radii, bars):
bar.set_facecolor(plt.cm.viridis(r / 10. ))
bar.set_alpha( 0.5 )
plt.show()
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具体效果为
2.5 散点图的绘制
具体代码
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import matplotlib.pylab as plt
import numpy as np
fig, ax = plt.subplots()
ax.plot( 10 * np.random.random( 100 ), 10 * np.random.randn( 100 ), 'o' )
ax.set_title( "simple Scatter" )
plt.show()
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具体效果
3 引力波的绘制
3.1 介绍
引力波是因为时空弯曲对外以辐射形式传播的能量
爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在
3.2 编写
产生时间序列
读取应变数据
绘制H1 Strain
显示并保存图像
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