如何在Python中利用matplotlib.pyplot畫出函數圖詳解

2022-08-02 14:04:34

0、引言

為了讓使用者能夠使用python時，方便地繪製 2D 圖表，PYTHON的模組中提供Matplotlib模組中所含的子庫pyplot，提供了和 MATLAB 類似的繪圖功能。Pyplot 包含一系列繪圖函數的相關函數，每個函數會對當前的影象進行一些修改。本文通過繪製三角函數cos()來對其中一些重要函數進行講解。

1、繪圖

（1）匯入所需庫

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 用於顯示中文字元
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False

（2）設定函數

t = np.arange(0, 12, 0.01)
s = np.cos(2 * np.pi * t)

（3）plt.figure()

figure()函數用於展開和設定畫布相關引數，figure(num, figsize)，num設定為數位時為畫布編號，字串時為畫布名；figsize用於設定畫布大小（長，寬）。兩者不是必須設定的，如果沒有，會自動生成合適的結果。還有其他一些引數可以設定，但不常用，就不介紹了，想了解的自行搜尋相關內容。

plt.figure(num=1, figsize=(10, 10))

（4）plt.plot（），plt.axhline（），plt.axvline（），plt.axhspan()，plt.axvspan()

plot（）用於繪製點和線

plt.plot(x, y, format_string, **kwargs)，其中：

x:X軸資料，列表或陣列，可選
y:Y軸資料，列表或陣列
format_string:控制曲線的格式字串，可選。包括線條的顏色，樣式，寬度等
**kwargs:第二組或更多(x,y,format_string)，可畫多條曲線

plt.plot(t, s, color='red', ls='-', label='sinx')

plt.axhline（），plt.axvline（）分別用於繪製平行於x軸和y軸的直線，引數設定和plt.plot（）相似。

# 畫y=o的直線,平行於x軸；
plt.axhline(y=0, color='green', lw=2, label='分割線')
# 畫x=4的直線，平行於y軸；
plt.axvline(x=0, color='b', lw=2, label='分割線2')

plt.axhspan()，plt.axvspan()用於繪製垂直於y軸和x軸的參考區域

# 繪製垂直於x軸的參考區域
plt.axhspan(ymin=0, ymax=.1, facecolor='r', alpha=0.2)
plt.axvspan(xmin=0, xmax=1, facecolor='r', alpha=0.2)

（5）設定 x，y 軸的數值範圍

plt.axis([xmin, xmax, ymin, ymax])和plt.xlim(xmin, xmax)，plt.ylim(ymin, ymax)功能相同，用於設定座標軸範圍；plt.xticks(list(range(xmin, xmax, 刻度間距)))，plt.yticks(list(range((ymin, ymax, 刻度間距)))能更加精確地設定自己想要刻度。

# plt.axis([x_min, x_max, y_min, y_max])
# plt.xlim(0, 12)
# plt.ylim(-1, 1)
plt.xticks(list(range(0, 12, 2)))
plt.yticks(list(range(-1, 2, 1)))

（6）設定 x，y 軸的標題文字

plt.xlabel('x軸')
plt.ylabel('y軸')

（7）設定圖例和標題

plt.legend()'
plt.title("正弦函數")

plt.legend()要想正常實現功能效果，plt.plot（）中label必須設定。

（8）plt.show()

必須有的函數。在關閉show()函數彈出的影象視窗前，show()函數後面的程式碼不會執行，直到使用者關閉影象視窗，才會繼續。
完整程式碼：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 用於顯示中文字元
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
# 預設引數
t = np.arange(0, 12, 0.01)
s = np.cos(2 * np.pi * t)
s2 = np.sin(2 * np.pi * t)
# 開啟一個畫布
plt.figure(num=1, figsize=(10, 10))

# 畫函數線，沒有label，圖例舊無法顯示
plt.plot(t, s, color='red', ls='-', label='cosx', )
# 畫y=o的直線,平行於x軸；
plt.axhline(y=0, color='green', lw=2, label='分割線')
# 畫x=4的直線，平行於y軸；
plt.axvline(x=0, color='b', lw=2, label='分割線2')
# 繪製垂直於x軸的參考區域
plt.axhspan(ymin=0, ymax=.1, facecolor='r', alpha=0.2)
plt.axvspan(xmin=0, xmax=1, facecolor='r', alpha=0.2)

# 設定 x，y 軸的數值範圍
# plt.axis([x_min, x_max, y_min, y_max])
# plt.xlim(0, 12)
# plt.ylim(-1, 1)
plt.xticks(list(range(0, 12, 2)))# 可調刻度
plt.yticks(list(range(-1, 2, 1)))
# 設定 x，y 軸的標題文字
plt.xlabel('x軸')
plt.ylabel('y軸')

# 設定圖例
#plt.legend(loc='upper left', bbox_to_anchor=(0.2, 0.95))
plt.legend()
plt.title("正弦函數")

# 在關閉show()函數彈出的影象視窗前，show()函數後面的程式碼不會執行，直到使用者關閉影象視窗，才會繼續。
plt.show()