pyplot 是 Matplotlib 的子庫，該子庫提供了與 MATLAB 類似的繪圖 API，使用 pyplot 子庫可快速地繪制 2D 圖表。下面將介紹利用 pyplot 子庫繪制圖表的方法。

創建簡單圖形

1. 導入快速繪圖的函數庫—— pyplot 子庫

其代碼如下：

import matplotlib.pyplot as plt

2. 創建繪圖對象—— figure 對象

由于 Matplotlib 的圖像均位于繪圖對象中，在繪圖前，先要創建繪圖對象。如果不創建就直接調用繪圖 plot 函數，Matplotlib 會自動創建一個繪圖對象。

創建 figure 對象的函數語法格式如下：

plt.figure(num=None,figsize=None,dpi=None,facecolor=None,edgecolor=None,

frameon=True,FigureClass=,clear=False,**kwargs)

函數中的參數說明如下：

num：接收 int 或 string，可選，默認值為 None。如果該參數未提供，將創建新圖形，并且圖形編號將遞增，圖形對象將此數字保存在數字屬性中。如果提供了 num，并且已存在具有此 num 的數字，請將其設置為活動狀態，并返回對它的引用。如果此圖不存在，則創建它并返回它。如果 num 是一個字符串，則窗口標題將設置為此數字的 num；

figsize：接收整數元組（tuple），可選，默認值為 None。該參數指定繪圖對象的寬度和高度，單位為英寸。如果沒有提供，默認為 rcfigure.figsize；

dpi：接收 int，可選，默認值為 None。該參數指定繪圖對象的分辨率，即每英寸多少個像素。如果沒有提供，默認值為 80 或默認為 rcfigure.dpi；

facecolor：可選，默認值為 None。該參數指定背景顏色。如果未提供，默認為 rcfigure.facecolor；

edgecolor：可選，默認值為 None。該參數指定邊框顏色。如果未提供，則默認為 rcfigure.edgecolor；

frameon：接收 boolean，可選，默認值為 True。如果為 False，則禁止繪制圖框；

FigureClass：從 matplotlib.figure.Figure 派生的類，可選，使用自定義圖形實例；

clear：接收 boolean，可選，默認值為 False。如果為 True，并且該圖已經存在，那么它將被清除。

3. 繪制圖表

通過調用 plot 函數可實現在當前繪圖對象中繪制圖表，plot 函數的語法格式如下：

plt.plot(x,y,label,color,linewidth,linestyle)或 plt.plot(x,y,fmt,label)

函數中的參數說明如下：

x,y：表示所繪制的圖形中各點位置在 x 軸和 y 軸上的數據，用數組表示；

label：給所繪制的曲線設置一個名字，此名字在圖例（Legend）中顯示。只要在字符串前后添加“$”符號，Matplotlib 就會使用其內嵌的 LaTeX 引擎來繪制數學公式；

color：指定曲線的顏色；

linewidth：指定曲線的寬度；

linestyle：指定曲線的樣式；

fmt：指定曲線的顏色和線型，如“b—”，其中b表示藍色，“—”表示線型為虛線，該參數也稱為格式化參數。在 IPython 中輸入“plt.plot?”，可以查看格式化字符串的詳細配置。

注意：調用 plot 函數前，先定義所繪制圖形的坐標，即圖形在 x 軸和 y 軸上的數據。

4. 添加各類標簽和圖例

在調用 plot 函數完成繪圖后，還需要為圖表添加各類標簽和圖例，pyplot 中添加各類標簽和圖例的函數如表 1 所示。

表1：pyplot 中添加各類標簽和圖例的函數

函數

說明

plt.xlabel()

在當前圖形中指定 x 軸的名稱，可加指定位置、顏色、字體大小等參數

plt.ylabel()

在當前圖形中指定 y 軸的名稱，可以指定位置、顏色、字休大小等參數

plt.title()

在當前圖形中指定圖表的標題，可以指定標題名稱、位置、顏色、字體大小等參數

plt.xlim()

指定當前圖形 x 軸的范圍，只能輸入一個數值區間，不能使用字符串

plt.ylim()

指定當前圖形 y 軸的范圍，只能輸入一個數值區間，不能使用字符串

plt.xticks()

指定 x 軸刻度的數目與取值

plt.yticks()

指定 y 軸刻度的數目與取值

plt.legend()

指定當前圖形的圖例，可以指定圖例的大小、位置和標簽

5. 保存和顯示圖表

在完成圖表繪制、添加各類標簽和圖例后，下一步所要完成的任務是將圖表保存為圖片，并在本機上顯示圖表。保存和顯示圖表的函數如表 2 所示。

表 2：保存和顯示圖表的函數

函數

說明

plt.savefig()

保存繪制的圖表為圖片,可以指定圖表的分辨率、邊緣和顏色等參數

plt.show()

在本機顯示圖表

注意：要先將繪制的圖表保存為圖片，再顯示圖表。

6. 示例程序代碼

【例 1】用 Matplotlib 繪制一個正弦函數曲線，要求為所繪制的正弦函數曲線設置名字為“sin(x)”，曲線的顏色為紅色，曲線的寬度為 3。另外，再繪制一個余弦函數曲線，要求為所繪制的余弦函數曲線設置名字為“cos(x)”，曲線的顏色為藍色，曲線為虛線。

其程序代碼 test1.py 如下。

# -*- coding: utf-8 -*-

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

x = np.linspace(0,10,1000)#在[0,10]之間等距取1000個數作為x的取值

y = np.sin(x) #定義y軸坐標

z = np.cos(x) #定義z軸坐標

plt.figure(figsize=(10,6)) #創建繪圖對象

plt.plot(x,y,label="$sin(x)$",color="red",linewidth=3)

plt.plot(x,z,"b--",label="$cos(x)$")

#設置各類圖例和標簽

plt.xlabel("Time(s)")

plt.ylabel("Volt")

plt.title("PyPlot First Example")

plt.ylim(-1.2,1.2)

plt.legend()

plt.show()

運行程序后，顯示的函數曲線如圖 1 所示。

圖 1：正弦函數和余弦函數

創建子圖

在 Matplotlib 中，可以將一個繪圖對象分為幾個繪圖區域，在每個繪圖區域中可以繪制不同的圖像，這種繪圖形式稱為創建子圖。創建子圖可以使用 subplot() 函數，該函數的語法格式如下：

subplot(numRows,numCols,plotNum)

函數中的參數說明如下：

numRows：表示將整個繪圖區域等分為 numRows 行；

numCols：表示將整個繪圖區域等分為 numCols 列；

plotNum：表示當前選中要操作的區域。

subplot() 函數的作用就是將整個繪圖區域等分為 numRows（行）×numCols（列）個子區域，然后按照從左到右、從上到下的順序對每個子區域進行編號，左上的子區域的編號為 1。

如果 numRows、numCols 和 plotNum 這 3 個數都小于 10，可以把它們縮寫為一個整數，例如 subplot(223) 和 subplot(2,2,3) 是相同的。subplot() 在 plotNum 指定的區域中創建圖形。如果新創建的圖形和先前創建的圖形重疊，則先前創建的圖形將被刪除。

【例 2】創建 3 個子圖，分別繪制正弦函數、余弦函數和線性函數。

其程序代碼 test2.py 如下。

# -*- coding: utf-8 -*-

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

x = np.linspace(0, 10, 1000)

y = np.sin(x)

z = np.cos(x)

k = x

plt.subplot(221) # 第一行的左圖

plt.plot(x,y,label="$sin(x)$",color="red",linewidth=2)

plt.subplot(222) # 第一行的右圖

plt.plot(x,z,"b--",label="$cos(x)$")

plt.subplot(212) # 第二整行

plt.plot(x,k,"g--",label="$x$")

plt.legend()

plt.savefig('image.png',dpi=100) #dpi是指保存圖像的分辨率，默認值為80

plt.show()

運行程序后，顯示的圖形如圖 2 所示。

圖 2：創建3個子圖

總結

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