Python使用matplotlib实现数据可视化教程

目前有很多 工具 都可以数实现据可视化，比如我们常用的Excel，还有数据科学另一门重要的语言R，以及百度的Echarts等可视化工具。今天我们的主角是 Python 中的matplotlib库（官网： http://matplotlib.org ），相对来说，matplotlib功能不是最强大的，但是对于基本的图形来说，matplotlib已经很不错了。

首先补充以下：7种颜色 r g b y m c k （红，绿，蓝，黄，品红，青，黑）

在科研的过程中，坐标系中的XY不一定就是等尺度的。例如在声波中对Y轴取对数。肆意我们也必须知道这种坐标系如何画出来的。

1，对数坐标图

有3个函数可以实现这种功能，分别是：semilogx（），semilogy（），loglog（）。它们分别表示对X轴，Y轴，XY轴取对数。下面在一个2*2的figure里面来比较这四个子图（还有plot（））。

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

w=np.linspace(0.1,1000,1000)

p=np.abs(1/(1+0.1j*w))

plt.subplot(221)

plt.plot(w,p,lw=2)

plt.xlabel('X')

plt.ylabel('y')

plt.subplot(222)

plt.semilogx(w,p,lw=2)

plt.ylim(0,1.5)

plt.xlabel('log(X)')

plt.ylabel('y')

plt.subplot(223)

plt.semilogy(w,p,lw=2)

plt.ylim(0,1.5)

plt.xlabel('x')

plt.xlabel('log(y)')

plt.subplot(224)

plt.loglog(w,p,lw=2)

plt.ylim(0,1.5)

plt.xlabel('log(x)')

plt.xlabel('log(y)')

plt.show()

如上面的代码所示，对一个低通滤波器函数绘图。得到四个不同坐标尺度的图像。如下图所示：

2，极坐标图像

极坐标系中的点由一个夹角和一段相对于中心位置的距离来表示。其实在plot（）函数里面本来就有一个polar的属性，让他为True就行了。下面绘制一个极坐标图像：

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

theta=np.arange(0,2*np.pi,0.02)

plt.subplot(121,polar=True)

plt.plot(theta,2*np.ones_like(theta),lw=2)

plt.plot(theta,theta/6,'--',lw=2)

plt.subplot(122,polar=True)

plt.plot(theta,np.cos(5*theta),'--',lw=2)

plt.plot(theta,2*np.cos(4*theta),lw=2)

plt.rgrids(np.arange(0.5,2,0.5),angle=45)

plt.thetagrids([0,45,90])

plt.show()

整个代码很好理解，在后面的13，14行没见过。第一个plt.rgrids(np.arange(0.5,2,0.5),angle=45) 表示绘制半径为0.5 1.0 1.5的三个同心圆，同时将这些半径的值标记在45度位置的那个直径上面。plt.thetagrids([0,45,90]) 表示的是在theta为0，45，90度的位置上标记上度数。得到的图像是：

3，柱状图：核心代码matplotlib.pyplot.bar(left, height, width=0.8, bottom=None, hold=None, **kwargs)里面重要的参数是左边起点，高度，宽度。下面例子：

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

n_groups = 5

means_men = (20, 35, 30, 35, 27)

means_women = (25, 32, 34, 20, 25)

fig, ax = plt.subplots()

index = np.arange(n_groups)

bar_width = 0.35

opacity = 0.4

rects1 = plt.bar(index, means_men, bar_width,alpha=opacity, color='b',label=    'Men')

rects2 = plt.bar(index + bar_width, means_women, bar_width,alpha=opacity,color='r',label='Women')

plt.xlabel('Group')

plt.ylabel('Scores')

plt.title('Scores by group and gender')

plt.xticks(index + bar_width, ('A', 'B', 'C', 'D', 'E'))

plt.ylim(0,40)

plt.legend()

plt.tight_layout()

plt.show()

得到的图像是：

4，散列图，有离散的点构成的。函数是：matplotlib.pyplot.scatter(x, y, s=20, c='b', marker='o', cmap=None, norm=None, vmin=None, vmax=None, alpha=None, linewidths=None, verts=None, hold=None,**kwargs)，其中，xy是点的坐标，s点的大小，maker是形状可以maker=（5，1）5表示形状是5边型，1表示是星型（0表示多边形，2放射型，3圆形）；alpha表示透明度；facecolor=‘none’表示不填充。例子如下：

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

plt.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=0.5,lw=2,facecolors='blue')

plt.xlim(0,1)

plt.ylim(0,1)

plt.show()

上面代码的facecolors参数使得前面的c=‘y’不起作用了。图像：

去掉c=‘y’

5，3D图像，主要是调用3D图像库。看下面的例子：

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

import mpl_toolkits.mplot3d

x,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.coolwarm,alpha=0.8)

ax.set_xlabel('x')

ax.set_ylabel('y')

ax.set_zlabel('z')

plt.show()

得到的图像如下图所示：

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