Python數(shù)據(jù)分析與應用 課件 第9章 matplotlib

第9章

Matplotlib

《Python數(shù)據(jù)分析與應用》MatplotlibMatplotlib發(fā)布于2007年，在其函數(shù)設計時參考MATLAB相關函數(shù)，故命名以“Mat”開頭，“Plot”表示繪圖，“Lib”為集合。Matplotlib可以繪制線圖、直方圖、餅圖、散點圖以及誤差線圖等各種圖形，主要用于將NumPy統(tǒng)計計算結果可視化。Matplotlib官方網(wǎng)址為：/Matplotlib繪圖步驟Matplotlib畫圖流程大致分為如下步驟：步驟1：figure函數(shù)創(chuàng)建畫布，決定是否創(chuàng)建子圖。步驟2：使用plot函數(shù)繪制圖形。步驟3：設置繪圖對象的各種屬性。importmatplotlib.pyplotaspltfig=plt.figure()ax=fig.add_subplot(111)ax.set(xlim=[0.5,4.5],ylim=[-2,8],title='AnExample Axes‘,ylabel='Y-Axis',xlabel='X-Axis')plt.show()

繪圖函數(shù)Matplotlib中繪圖函數(shù)為plot，使用語法如下：plt.plot(x,y,color,marker,linestyle,**kwargs)參數(shù)接收值說明默認值x，yarray表示

x軸與

y軸對應的數(shù)據(jù)；無colorstring表示折線的顏色；Nonemarkerstring表示折線上數(shù)據(jù)點處的類型；Nonelinestylestring表示折線的類型；-linewidth數(shù)值線條粗細：linewidth=1.=5.=0.31alpha

0~1之間的小數(shù)表示點的透明度；Nonelabelstring數(shù)據(jù)圖例內(nèi)容：label=‘實際數(shù)據(jù)’None子圖Matplotlib提供如下三種方式繪制子圖：（1）通過plt的subplot；（2）通過figure的add_subplot；（3）通過plt的subplots。子圖subplot(233)表示在當前畫布的右上角創(chuàng)建一個兩行三列的繪圖區(qū)域，選擇在第3個位置繪制子圖二維圖函數(shù)名稱描述函數(shù)名稱描述Bar繪制條形圖Polar繪制極坐標圖Barh繪制水平條形圖Scatter繪制x與y的散點圖Boxplot繪制箱型圖Stackplot繪制堆疊圖Hist繪制直方圖Stem繪制二維離散數(shù)據(jù)(“火柴圖”）his2d繪制2D直方圖Step繪制階梯圖Pie繪制餅狀圖Quiver繪制一個二維按箭頭線性圖使用plot函數(shù)實現(xiàn)畫線。plot函數(shù)的第一個數(shù)組是橫軸的值，第二個數(shù)組是縱軸的值,最后一個參數(shù)表示線的顏色。importmatplotlib.pyplotaspltplt.plot([1,2,3],[3,6,9],'-r')plt.plot([1,2,3],[2,4,9],':g')plt.show()

散點圖

scatter函數(shù)用來繪制散點圖。scatter函數(shù)也需要兩組配對的數(shù)據(jù)指定x和y軸的坐標。importmatplotlib.pyplotaspltimportnumpyasnp

N=20

plt.scatter(np.random.rand(N)*100,np.random.rand(N)*100,c='r',s=100,alpha=0.5)plt.scatter(np.random.rand(N)*100,np.random.rand(N)*100,c='g',s=200,alpha=0.5)plt.scatter(np.random.rand(N)*100,np.random.rand(N)*100,c='b',s=300,alpha=0.5)

plt.show()餅狀圖pie函數(shù)用來繪制餅狀圖,用來表達集合中各個部分的百分比。importnumpyasnplabels=['Mon','Tue','Wed','Thu','Fri','Sat','Sun']data=np.random.rand(7)*100plt.pie(data,labels=labels,autopct='%1.1f%%')plt.axis('equal')plt.legend()plt.show()條形圖bar函數(shù)用來繪制條形圖,用來描述一組數(shù)據(jù)的對比情況，例如：一周七天，每天的城市車流量。直方圖直方圖用hist函數(shù)用來繪制,看起來與條形圖有些類似。但它們的含義是不一樣，直方圖描述了某個范圍內(nèi)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的頻度。箱線圖importnumpyasnpimportpandasaspdimportmatplotlib.pyplotaspltnp.random.seed(2)df=pd.DataFrame(np.random.rand(5,4),columns=['A','B','C','D'])#生成0~1的5*4維度數(shù)據(jù)并存入4列DataFrame中

df.boxplot()plt.show()#顯示圖像三維圖三維圖創(chuàng)建主要有如下兩種方式：（1）利用關鍵字projection='3d’來實現(xiàn)（2）通過從mpl_toolkits.mplot3d導入對象Axes3D來實現(xiàn)三維曲線圖frommpl_toolkitsimportmplot3dimportmatplotlib.pyplotaspltimportnumpyasnp

ax=plt.axes(projection='3d')

#三維線的數(shù)據(jù)zline=np.linspace(0,15,1000)xline=np.sin(zline)yline=np.cos(zline)ax.plot3D(xline,yline,zline,'gray')三維散點圖importmatplotlib.pyplotaspltimportnumpyasnp

ax=plt.axes(projection='3d')

zdata=15*np.random.random(100)xdata=np.sin(zdata)+0.1*np.random.randn(100)ydata=np.cos(zdata)+0.1*np.random.randn(100)ax.scatter3D(xdata,ydata,zdata,c=zdata,cmap='Reds')三維等高線圖frommpl_toolkitsimportmplot3dimportmatplotlib.pyplotaspltimportnumpyasnp

deff(x,y):returnnp.sin(np.sqrt(x**2+y**2))x=np.linspace(-6,6,30)y=np.linspace(-6,6,30)X,Y=np.meshgrid(x,y)Z=f(X,Y)

fig=plt.figure()ax=plt.axes(projection='3d')ax.contour3D(X,Y,Z,50,cmap='binary')ax.set_xlabel('x')ax.set_ylabel('y')ax.set_zlabel('z')#俯仰角設為60度，把方位角調(diào)整為35度ax.view_init(60,35)動態(tài)圖matplotlib畫圖有阻塞和交互兩種顯示模式：（1）阻塞模式：采用plt.show顯示圖片，且圖片關閉之前代碼將阻塞在該行（2）交互模式：采用plt.plot顯示圖片，且不阻塞代碼的繼續(xù)運行。Matplotlib中默認是使用阻塞模式。

matplotlib的animation模塊實現(xiàn)動態(tài)圖較為繁瑣。而交互式繪圖和暫停功能較為簡單，通過“畫圖-->清理-->畫圖”的循環(huán)實現(xiàn)動態(tài)效果。相關函數(shù)如下所示：plt.ion()：打開交互模式plt.ioff()：關閉交互模式plt.clf()：清除當前的Figure對象plt.cla()：清除當前的Axes對象plt.pause()：暫停功能概率分布泊松分布正態(tài)分布均勻分布二項分布泊松分布importnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotaspltlist=np.random.poisson(9,10000)plt.hist(list,bins=8,color='b',alpha=0.4,edgecolor='r')plt.show()正態(tài)分布importnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotaspltlist=np.random.normal(0,1,10000)plt.hist(list,bins=8,color='r',alpha=0.5,edgecolor='r')plt.show()均勻分布importnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotasplt

list=np.random.uniform(0,10,10000)plt.hist(list,bins=7,color='g',alpha=0.4,edgecolor='b')plt.show()二項分布importnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotaspltlist=np.random.binomial(n=10,p=0.5,size=10000)plt.hist(list,bins=8,color='g',alpha=0.4,edgecolor='b')plt.show()三維圖三維圖創(chuàng)建主要有如下兩種方式利用關鍵字projection='3d’來實現(xiàn)通過從mpl_toolkits.mplot3d導入對象Axes3D來實現(xiàn)三維曲線圖frommpl_toolkitsimportmplot3dimportmatplotlib.pyplotaspltimportnumpyasnp

ax=plt.axes(projection='3d')

#三維線的數(shù)據(jù)zline=np.linspace(0,15,1000)xline=np.sin(zline)yline=np.cos(zline)ax.plot3D(xline,yline,zline,'gray')三維散點圖importmatplotlib.pyplotaspltimportnumpyasnp

ax=plt.axes(projection='3d')

zdata=15*np.random.random(100)xdata=np.sin(zdata)+0.1*np.random.randn(100)ydata=np.cos(zdata)+0.1*np.random.randn(100)ax.scatter3D(xdata,ydata,zdata,c=zdata,cmap='Reds')三維等高線圖import