Matplotlib是一個Python工具箱，用於科學計算的數據可視化。借助它，Python可以繪制如Matlab和Octave多種多樣的數據圖形。
安裝
Matplotlib並不是Python的默認組件，需要額外安裝。
官方下載地址 http://matplotlib.org/downloads.html
必須下載與自己的Python版本，操作系統類型對應的安裝包。如Windows 64位+Python3.3，應該下載matplotlib-1.3.1.win-amd64-py3.3.exe
第一個程序
讓我們運行第一個Matplotlib程序：
import matplotlib.pyplot as plt plt.plot([1, 2, 3]) plt.ylabel('some numbers') plt.show()
如果Matplotlib已經正確安裝，您將會看到如下結果：
這個彈出窗口就是Matplotlib的繪圖輸出窗口，底部從左到右有七個按鈕：
-
- 重置視圖，顯示最初的視圖
- 上一個視圖
- 下一個視圖
- 移動工具，用於拖動繪圖的顯示區域
- 縮放工具，可以拖拽一個矩形縮放到窗口大小
- 配置工具，調整繪圖選項
- 保存圖片
接下來我們一起分析這個短小的程序代碼。
第1行：
import matplotlib.pyplot as plt
調用matplotlib的pyplot繪圖工具，之后我們就可以使用plt代替matplotlib.pyplot使用了。
第2行：
plt.plot([1, 2, 3])
繪制一個折線圖。plot()方法用於繪制折線圖，pyplot還有繪制柱狀圖、餅圖的方法。[1,2,3]是Y坐標，而缺省的X坐標為[0,1,2]。兩個一維數組X和Y構成了折線關鍵點的坐標(0,1),(1,2),(2,3)。您可以嘗試修改參數如：
plt.plot([0, 1, 2, 3], [0.1, 0.2, 0.15, 0.3]) # 第一個數組是X坐標，第二個數組是Y坐標
第3行：
plt.ylabel('some numbers')
為Y坐標軸添加標簽，通常用以標注此變量的名稱和單位。當然X軸也是可以添加標簽的：
plt.xlabel('Time (s)') plt.ylabel('Speed (m/s)')
第4行：
plt.show()
顯示繪圖窗口。在繪圖完成之后，我們要調用這個方法才能打開繪圖輸出窗口。
另一種圖形輸出方式是保存圖片，缺點是不能使用縮放、移動等交互瀏覽功能：
plt.save('output.png')
基本繪圖
折線圖和散點圖-plot()
plot()函數可以繪制折線圖和折線圖，取決於您使用的參數。
數據和坐標
一個最簡單的例子：
import matplotlib.pyplot as plt x = [0, 1, 2, 3, 4, 5] y = [0.1, 0.2, 0.2, 0.3, 0.2, 0.1] plt.plot(x, y) plt.show()
繪制折線圖/散點圖需要一系列關鍵點。x是關鍵點的x軸坐標，y是關鍵點的y軸坐標。
| x | y |
|---|---|
| 0 | 0.1 |
| 1 | 0.2 |
| 2 | 0.2 |
| 3 | 0.3 |
| 4 | 0.2 |
| 5 | 0.1 |
未附加額外參數時，將繪制最基本的折線圖：
x軸坐標是可以缺省的：
plot(y)
y是一個一維數組，是折線圖關鍵點的y軸坐標。而x軸坐標沒有給出，會默認以[0,1,2,...]的常數列作為x軸坐標。
樣式
散點圖和折線圖只是線條樣式的差異，我們可以通過簡單的參數設置線條的樣式和顏色。樣式和顏色參數都是一個或多個字符構成的字符串。
-
- 既可以單獨設定顏色或樣式，如'g'代表綠色，'-'代表實線
- 也可以同時設定樣式和顏色，比如'--g'代表綠色虛線，其中'--'代表虛線，'g'代表綠色
- 樣式字符串中的參數字符是無順序的，'g--'和'--g'的意義是相同的
- 也可以同時設定折線和散點，如'-or'代表紅色實線+圓圈
例子：
import matplotlib.pyplot as plt x = [0, 1, 2, 3, 4, 5] y = [0.1, 0.2, 0.2, 0.3, 0.2, 0.1] plt.plot(x, y, '-or') plt.show()
折線樣式：
| 參數 | 樣式 |
|---|---|
| '-' | 實線 |
| '--' | 虛線 |
| '-.' | 線-點 |
| ':' | 點虛線 |
散點樣式：
| 參數 | 樣式 |
|---|---|
| '.' | 實心點 |
| 'o' | 圓圈 |
| ',' | 一個像素點 |
| 'x' | 叉號 |
| '+' | 十字 |
| '*' | 星號 |
| '^' 'v' '<' '>' | 三角形(上下左右) |
| '1' '2' '3' '4' | 三叉號（上下左右） |
顏色：
| 參數 | 顏色 |
|---|---|
| 'b' | 藍 |
| 'g' | 綠 |
| 'r' | 紅 |
| 'c' | 青 |
| 'm' | 品紅 |
| 'y' | 黃 |
| 'k' | 黑 |
| 'w' | 白 |
更多樣式參見 http://matplotlib.org/api/pyplot_api.html#matplotlib.pyplot.plot
您也可以不必使用樣式字符串，而直接使用參數名，這種方式更加靈活：
plot(x, y, color='green', linestyle='dashed', marker='o', markerfacecolor='blue', markersize=12)
多條線
我們可以在一個坐標中繪制多條折線或散點，plot(第一條線的參數,第二條線的參數...)：
import matplotlib.pyplot as plt x = [0, 1, 2, 3, 4, 5] y = [0.1, 0.2, 0.2, 0.3, 0.2, 0.1] y2 = [0.2, 0.2, 0.3, 0.2, 0.3, 0] plt.plot(x, y, 'b', x, y2, 'g') plt.show()
柱狀圖-bar()
bar()函數可以繪制各種樣式的柱狀圖，barh()則可繪制水平方向的柱狀圖。兩個方法除了繪圖方向外，其他屬性和用法的是相同的。
數據和坐標
bar()至少需要兩個數組left和height：left是每個柱向左到坐標原點的距離；height是每個柱的高度。
import matplotlib.pyplot as plt left = [0, 1, 2, 3, 4, 5] height = [0.1, 0.2, 0.2, 0.3, 0.2, 0.1] plt.bar(left, height) plt.show()
樣式
bar()函數的參數可以控制柱狀圖的多種樣式，最常用的有：
-
- width，第3個參數，柱的寬度。可以是一個常數或數組。數組將對每條柱設定不同的值。
- bottom，第4個參數，柱底部的y軸坐標。可以是一個常數或數組。數組將對每條柱設定不同的值。
- color，關鍵字參數，柱的填充顏色。可以是一個常數或數組。數組將對每條柱設定不同的值。
- edgecolor，關鍵字參數，柱的邊框顏色。
- linewidth，關鍵字參數，邊框寬度。
- xerr，yerr，關鍵字參數，x和y軸誤差線。
- ecolor，關鍵字參數，誤差線顏色。
| 提示 | 以上參數都可以是一個常數或數組。常數為所有柱設定相同的值，數組將對每條柱設定不同的值。 |
-
- align，關鍵字參數，設定柱的對齊方式。'edge'將x坐標設為左邊界，'center'將x坐標設為中軸線。
下面的柱狀圖要表達一件商品12個月的銷量：
import matplotlib.pyplot as plt month = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12] sales = [112, 105, 111, 109, 103, 110, 113, 112, 108, 106, 111, 114] plt.bar(month, sales, 0.5, color='y', edgecolor='g', linewidth=3, align='center') plt.show()
我們設置柱寬度0.5，填充顏色'y'(黃色)，邊框顏色'g'(綠色)，線框寬度3，對齊方式為'center'
為了讓銷量變化看起來更明顯，我們現在只繪出100以上的部分：
import matplotlib.pyplot as plt month = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12] sales = [12, 5, 11, 9, 3, 10, 13, 12, 8, 6, 11, 14] plt.bar(month, sales, 0.5, 100, color='y', edgecolor='g', linewidth=3, align='center') plt.show()
我們添加了新的參數，設置柱狀圖的底部為100，而sales數據則減去100。
現在我們想將四個季度用顏色區分出來：
import matplotlib.pyplot as plt month = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12] sales = [12, 5, 11, 9, 3, 10, 13, 12, 8, 6, 11, 14] colors = ['g', 'g', 'g', 'm', 'm', 'm', 'y', 'y', 'y', 'c', 'c', 'c'] plt.bar(month, sales, 0.5, 100, color=colors, linewidth=0, align='center') plt.show()
我們用一個數組來存儲每個柱的顏色，其長度必須與month和sales相同。
多段柱圖和水平柱圖
繪制多段柱圖的原理是：先后繪制多張柱圖，依次重疊在上方，如果后面繪制的柱圖比前者的柱圖短，就可以顯示出前者長出的部分。
import matplotlib.pyplot as plt month = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12] cost = [8, 7, 9, 9, 3, 10, 10, 12, 8, 6, 11, 10] profit = [12, 11, 11, 13, 5, 11, 13, 15, 10, 9, 12, 13] bar1 = plt.bar(month, profit, 0.5, color='y', linewidth=0, align='center') bar2 = plt.bar(month, cost, 0.5, color='g', linewidth=0, align='center') plt.legend( (bar1[0], bar2[0]), ('Profits', 'Costs') ) plt.show()
我們還是用了legend()方法標識兩段柱圖的圖例。legend()的更多用法見#繪圖樣式一節。
最后，讓我們來繪制一個水平柱圖，只需將bar()替換成barh()：
import matplotlib.pyplot as plt month = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12] cost = [8, 7, 9, 9, 3, 10, 10, 12, 8, 6, 11, 10] profit = [12, 11, 11, 13, 5, 11, 13, 15, 10, 9, 12, 13] bar1 = plt.barh(month, profit, 0.5, color='y', linewidth=0, align='center') bar2 = plt.barh(month, cost, 0.5, color='g', linewidth=0, align='center') plt.legend( (bar1[0], bar2[0]), ('Profits', 'Costs') ) plt.show()
圓餅圖-pie()
pie()是繪制餅圖的函數。
數據
pie()最基本的輸入數據是一個數組。它可以根據數組元素的比例繪制扇形，因此不必要事先計算好百分比。
import matplotlib.pyplot as plt rate = [1, 7, 3, 9] plt.pie(rate) plt.show()
樣式
有幾個最常用的參數可以控制繪圖樣式：
-
- colors - 數組，扇形顏色
- explode - 數組，扇形偏離圓心的距離
- labels - 數組，扇形的標簽
首先，讓我們為餅圖設定顏色，並讓第三個扇形抽離出來：
import matplotlib.pyplot as plt rate = [1, 7, 3, 9] explode = [0, 0, 0.1, 0] colors = ['c', 'm', 'y', 'g'] plt.pie(rate, explode=explode, colors=colors) plt.show()
然后，要為每個扇形添加標簽：
import matplotlib.pyplot as plt rate = [1, 7, 3, 9] explode = [0, 0, 0.1, 0] colors = ['c', 'm', 'y', 'g'] labels = ['Apple', 'Pear', 'Peach', 'Orange'] plt.pie(rate, explode=explode, colors=colors, labels=labels) plt.show()
百分比
如何顯示百分比數值呢？我們需要使用autopct參數：
-
- None，不顯示百分比
- 格式字符串，如'%d percent'，顯示“40 percent”形式的百分比
- 方法，調用方法輸出百分比
import matplotlib.pyplot as plt rate = [1, 7, 3, 9] explode = [0, 0, 0.1, 0] colors = ['c', 'm', 'y', 'g'] labels = ['Apple', 'Pear', 'Peach', 'Orange'] plt.pie(rate, explode=explode, colors=colors, labels=labels, autopct='%d%%') plt.show()
autopct='%d%%'表示我們將百分比以整數(%d)形式輸出，后綴是百分號'%'。在格式化字符串中，百分號要用'%%'轉義字符表示。
繪圖樣式
這一節介紹如何為圖表添加標題，刻度，標簽，圖例，注釋等元素，讓圖表更加清晰易懂。
標題-title()
title()方法用於繪制圖表標題，一般位於頂部。最簡單的方法是使用title('title')，繪制默認格式的標題文本。
import matplotlib.pyplot as plt month = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12] cost = [8, 7, 9, 9, 3, 10, 10, 12, 8, 6, 11, 10] profit = [12, 11, 11, 13, 5, 11, 13, 15, 10, 9, 12, 13] plt.barh(month, profit, 0.5, color='y', linewidth=0, align='center') plt.barh(month, cost, 0.5, color='g', linewidth=0, align='center') plt.title('Sales Statistics') plt.show()
若只想設置水平對齊，可以直接使用loc參數：
import matplotlib.pyplot as plt month = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12] cost = [8, 7, 9, 9, 3, 10, 10, 12, 8, 6, 11, 10] profit = [12, 11, 11, 13, 5, 11, 13, 15, 10, 9, 12, 13] plt.barh(month, profit, 0.5, color='y', linewidth=0, align='center') plt.barh(month, cost, 0.5, color='g', linewidth=0, align='center') plt.title('Sales Statistics', loc='right') plt.show()
您也可以額外使用fontdict參數定義格式，fontdict是一個字典數據(dict)，有以下字段
-
- 'fontsize': 字體大小
- 'verticalalignment': 垂直對齊
- 'horizontalalignment': 水平對齊
import matplotlib.pyplot as plt month = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12] cost = [8, 7, 9, 9, 3, 10, 10, 12, 8, 6, 11, 10] profit = [12, 11, 11, 13, 5, 11, 13, 15, 10, 9, 12, 13] plt.barh(month, profit, 0.5, color='y', linewidth=0, align='center') plt.barh(month, cost, 0.5, color='g', linewidth=0, align='center') font = {'fontsize': 22, 'verticalalignment': 'bottom', 'horizontalalignment': 'center'} plt.title('Sales Statistics', fontdict=font) plt.show()
刻度-xticks()&yticks()
xticks()和yticks()會修改默認的x軸y軸刻度。
繼續上一個例子，現在我們將要把y軸的刻度從1,2,3...換成月份Jan,Feb,Mar...
import matplotlib.pyplot as plt month = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12] cost = [8, 7, 9, 9, 3, 10, 10, 12, 8, 6, 11, 10] profit = [12, 11, 11, 13, 5, 11, 13, 15, 10, 9, 12, 13] plt.barh(month, profit, 0.5, color='y', linewidth=0, align='center') plt.barh(month, cost, 0.5, color='g', linewidth=0, align='center') plt.title('Sales Statistics') ticks = ['Jan', 'Feb', 'Mar', 'Apr', 'May', 'Jun', 'Jul', 'Aug', 'Sep', 'Oct', 'Nov', 'Dec'] plt.yticks(month, ticks) plt.show()
yticks()有兩個參數，第一個數組是每個刻度的位置，第二個數組是各個刻度。兩個數組等長，設定某刻度的值應該定位於何處。
標簽-xlabel()&ylabel()
接下來，添加x軸和y軸的標簽：
import matplotlib.pyplot as plt month = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12] cost = [8, 7, 9, 9, 3, 10, 10, 12, 8, 6, 11, 10] profit = [12, 11, 11, 13, 5, 11, 13, 15, 10, 9, 12, 13] plt.barh(month, profit, 0.5, color='y', linewidth=0, align='center') plt.barh(month, cost, 0.5, color='g', linewidth=0, align='center') plt.title('Sales Statistics') ticks = ['Jan', 'Feb', 'Mar', 'Apr', 'May', 'Jun', 'Jul', 'Aug', 'Sep', 'Oct', 'Nov', 'Dec'] plt.yticks(month, ticks) plt.xlabel('Money (10000RMB)') plt.ylabel('Month') plt.show()
圖例-legend()
因為有多段柱圖，黃色和綠色，我們需要圖例區分它們的含義：
import matplotlib.pyplot as plt month = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12] cost = [8, 7, 9, 9, 3, 10, 10, 12, 8, 6, 11, 10] profit = [12, 11, 11, 13, 5, 11, 13, 15, 10, 9, 12, 13] bar1 = plt.barh(month, profit, 0.5, color='y', linewidth=0, align='center') bar2 = plt.barh(month, cost, 0.5, color='g', linewidth=0, align='center') plt.title('Sales Statistics') ticks = ['Jan', 'Feb', 'Mar', 'Apr', 'May', 'Jun', 'Jul', 'Aug', 'Sep', 'Oct', 'Nov', 'Dec'] plt.yticks(month, ticks) plt.xlabel('Money (10000RMB)') plt.ylabel('Month') plt.legend( (bar1[0], bar2[0]), ('Profits', 'Costs') ) plt.show()
legend()有兩個數組參數：第一個是樣式對象，比如這里選了bar1的第1個柱，bar2的第1個柱(如果是折線圖則是某一點的樣式)；第二個是描述字符，對應描述每一個樣式。
子圖-subplot()
使用subplot()替代plot，可以在同一畫布里繪制多個圖表，它們的數量，大小都是可調的。