專題第19篇：Python繪圖神器之matplotlib

今天，繼續(xù)施工專題第19篇：Python繪圖神器：matplotlib(上)

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本文使用的 matplotlib 版本: 3.1.3

使用的 NumPy 版本: 1.18.1

順便說(shuō)一句，matplotlib 的近親是 NumPy，對(duì)其的親緣性最好，無(wú)縫支持。官檔中說(shuō)對(duì)Pandas數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)某些情況支持可能有問(wèn)題，這點(diǎn)需要注意，可能出現(xiàn)非預(yù)期的結(jié)果。

1 兩套不同的繪圖API使用場(chǎng)景是怎樣的？

Matplotlib 構(gòu)建的繪圖體系是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，它提供基本的兩套繪圖API：

1. 基于 matplotlib.pyplot 模塊，優(yōu)點(diǎn)：寫(xiě)法簡(jiǎn)潔，適用交互性強(qiáng)，如Jupyter Notebook，一邊寫(xiě)一邊出圖的場(chǎng)景；缺點(diǎn)：不適宜在大項(xiàng)目中，構(gòu)建復(fù)雜的GUI圖形場(chǎng)景。

2. 基于面向?qū)ο?OO)的API繪圖，需要自己手動(dòng)創(chuàng)建諸如，figure 對(duì)象，axes 對(duì)象，調(diào)用它們開(kāi)放出的API，優(yōu)點(diǎn)定制能力更強(qiáng)，適應(yīng)于大型項(xiàng)目，很多行腳本時(shí)；缺點(diǎn)：沒(méi)有pyplot那般簡(jiǎn)潔。

2 分別如何使用這兩套API?

網(wǎng)上matplotlib的繪圖例子非常多，這篇文章我不想去羅列一個(gè)一個(gè)繪圖例子，而是想結(jié)合繪圖方法和例子，教會(huì)大家學(xué)會(huì)使用matplotlib的兩種繪圖體系，包括常用的API，以及如何調(diào)整屬性，直至把一幅圖做完美。

那么，先使用兩套繪圖方法，繪制一個(gè)簡(jiǎn)單圖，重點(diǎn)體會(huì)它們書(shū)寫(xiě)的不同。

使用第一種方法繪圖，即pyplot模塊，在極坐標(biāo)系下繪制一條螺旋線，完全使用pyplot模塊內(nèi)的方法：

#?創(chuàng)建figure
fig?=?plt.figure(dpi=120)
#?準(zhǔn)備好極坐標(biāo)系的數(shù)據(jù)
#?半徑為[0,1]
r?=?np.arange(0,?1,?0.001)
theta?=?2?*?2*np.pi?*?r
#?極坐標(biāo)下繪制
line,?=?plt.polar(theta,?r,?color='#ee8d18',?lw=3)
plt.show()

使用面向?qū)ο蟮姆椒?，調(diào)用axes對(duì)象同樣繪制出上圖：

fig?=?plt.figure(dpi=120)
#?添加一個(gè)坐標(biāo)系到figure中，返回這個(gè)坐標(biāo)系
ax?=?fig.add_subplot(111,?polar=True)
r?=?np.arange(0,?1,?0.001)
theta?=?2?*?2*np.pi?*?r
#?調(diào)用坐標(biāo)系ax對(duì)象內(nèi)的plot繪圖
#?而不是pyplot內(nèi)的plot
line,?=?ax.plot(theta,?r,?color='#ee8d18',?lw=3)
plt.show()

3 如何解剖圖中各個(gè)元素？

matplotlib 繪圖元素與我們上一個(gè)專題的繪圖入門(mén)介紹的元素基本對(duì)應(yīng)，基本的元素包括：Figure(整個(gè)圖形)，Axes(坐標(biāo)系)，

主tick(major tick)，次tick(minor tick)，主tick的標(biāo)簽(major tick)，次tick的標(biāo)簽(minor tick label)，y軸標(biāo)簽(y axis label)，線(line)，標(biāo)題(title)，網(wǎng)格(Grid)，圖例(Legend)，標(biāo)注點(diǎn)(Markers)，

Spines 是連接軸刻度標(biāo)記的線，而且標(biāo)明了數(shù)據(jù)區(qū)域的邊界。

4 Figure 和 Axes 的關(guān)系是什么？

Figure 是所有繪圖元素的最頂層容器， 而 Axes 是 Figure 上的其中一個(gè)坐標(biāo)系，言外之意，一個(gè) Figure 能包括多個(gè) Axes!

如下創(chuàng)建 Figure 時(shí)，會(huì)默認(rèn)創(chuàng)建一個(gè) Axes

#?figure()?創(chuàng)建一個(gè)Figure對(duì)象
fig?=?plt.figure()
print(type(fig))
#?并且默認(rèn)創(chuàng)建一個(gè)坐標(biāo)系A(chǔ)xes
print(plt.gca)
plt.plot()
plt.show()

當(dāng)然我們也可以一個(gè) Figure 對(duì)象中包括多個(gè) Axes 對(duì)象，如下包括4個(gè)：

fig?=?plt.figure()

for?i?in?range(1,5):
????ax?=?fig.add_subplot(220+i)
????ax.plot()
????plt.title('Axes'+str(i))

#?解決元素重疊問(wèn)題
fig.tight_layout()
plt.show()

5 多圖時(shí)元素重疊如何解決？

正如上圖所示，matplotlib 有2個(gè)方法能自動(dòng)解決重疊問(wèn)題，一個(gè)就是上面用到的tight_layout方法，再有一個(gè)subplots_adjust：

fig.subplots_adjust(0,0,1,1,hspace=0.5,wspace=0.5)

那么問(wèn)題來(lái)了，如果實(shí)現(xiàn)更加雞血的布局，該如何做？借助 GridSpec，使用方法如下所示：

fig?=?plt.figure()

fig.suptitle("gs[y,?x]",?x=0.5,?y=1.2,?fontsize=20)
#?創(chuàng)建4*4的對(duì)象
gs?=?fig.add_gridspec(4,?4)

#?創(chuàng)建第一行
ax1?=?fig.add_subplot(gs[0,0:4])
ax1.set_title('[0,0:4]')

#?創(chuàng)建中間四行
ax2?=?fig.add_subplot(gs[1,1:3])
ax2.set_title('[1,1:3]')

ax3?=?fig.add_subplot(gs[2:4,1])
ax3.set_title('[2:4,1]')

ax4?=?fig.add_subplot(gs[2,2])
ax4.set_title('[2,2]')

plt.tight_layout()

6 圖中的漢字總是亂碼怎么解決？

借助全局參數(shù)配置字典rcParams，只需要在代碼開(kāi)頭，添加如下兩行代碼：

#解決中文顯示問(wèn)題

#?指定默認(rèn)字體
plt.rcParams['font.sans-serif']?=?['KaiTi']?
#?解決保存圖像是負(fù)號(hào)'-'顯示為方塊的問(wèn)題
plt.rcParams['axes.unicode_minus']?=?False?

7 matplotlib中如何繪制動(dòng)畫(huà)？

詳細(xì)參考前幾天的推送，專題第18篇：Python 繪圖入門(mén)，使用animation模塊，FuncAnimation方法，定義好回調(diào)函數(shù)，入?yún)檎麛?shù)，代表幀數(shù)。

如下為繪制餅圖的動(dòng)畫(huà)，展示邏輯如下：

fig,ax?=?plt.subplots()
explode=[0.01,0.01,0.01,0.01]?


def?getmepie(i):
????def?absolute_value(val):
????????a?=?np.round(val/100.*df1.head(i).max().sum(),?0)
????????return?int(a)
????ax.clear()
????plot?=?df1.head(i).max().plot.pie(y=df1.columns,autopct=absolute_value,?label='',explode?=?explode,?shadow?=?True)
????plot.set_title('Total?Number?of?Deaths\n'?+?str(df1.index[min(?i,?len(df1.index)-1?)].strftime('%Y-%m-%d')),?fontsize=12)

animator = ani.FuncAnimation(fig, getmepie, interval = 200) plt.show() 繪制動(dòng)畫(huà)只有這一行，調(diào)用FuncAnimation，它的第二個(gè)參數(shù)為上面定義的函數(shù)getmepie:

animator = ani.FuncAnimation(fig, getmepie, interval = 200) plt.show() 繪制后的餅圖部分 gif 動(dòng)畫(huà)，錄制效果如下：