Python3.0科學計算學習之繪圖(一)


  1. 基本繪圖:

(1)  plot是標准的繪圖庫,調用函數plot(x,y)就可以創建一個帶有繪圖的圖形窗口(其中y是x的函數)。輸入的參數為具有相同長度的數組(或列表);或者plot(y)是plot(range(len(y)),y)的簡寫。

1python實現使用200個采樣點來繪制sin(x),並且每隔四個點的位置設置標記。

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams['font.sans-serif']=['simhei']         #指定默認字體(因為matplotlib默認為英文字體,漢字會使其亂碼)

plt.rcParams['axes.unicode_minus']=False    #可顯示‘-’負號

x=np.linspace(-2*np.pi,2*np.pi,200)     #先設定x的取值范圍,從-2n2n

samples=x[::4]

plt.plot(samples,np.sin(samples),color='red',marker='*')

plt.title('sin(x)函數及一些繪制的點')

plt.grid(color='black',linestyle='--',alpha=0.3)

plt.show()

#實現結果圖:

              

表明:標准圖是一條實線曲線,每個軸都會自動縮放來適應坐標值,但也可以手動進行設置。多次調用plot函數將會在同一窗口中疊加繪圖。

(2) python3.0曲線擬合(polyfit,polyval

利用numpy自帶的polyfit polyval 函數進行回歸分析,polyfit 表示多項式曲線擬合、polyval 表示多項式曲線求值。

Z1=np.polyfit(x,y,3)    #擬合,自由度為33為多項式最高次冪,結果為多項式的各個系數;最高系數為3,得到4個系數從最高到最低排列;最高次冪取幾要視情況而定。

P1=np.ploy1d(z1)   #將系數帶入方程,得到函數式p1

Y=np.polyval(p,x)  #計算多項式的函數值。返回在x處多項式的值,p為多項式系數,元素按多項式降冪排序

實例2. 將多項式擬合為一系列的點

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams['font.sans-serif']=['simhei']         #指定默認字體

plt.rcParams['axes.unicode_minus']=False

x=np.arange(5)

y=[1,2,1,3,5]

p2=np.polyfit(x,y,2)        

p4=np.polyfit(x,y,4)

xx=np.linspace(-1,5,200)

plt.plot(xx,np.polyval(p2,xx),label='二次多項式擬合')        #繪制曲線

plt.plot(xx,np.polyval(p4,xx),label='四次多項式插值擬合')

plt.plot(x,y,'*')       #原曲線

plt.axis([-1,5,0,6])     #axis([xmin,xmax,ymin,ymax]) 來手動設置坐標軸的范圍

plt.legend(loc='upper left',fontsize='small')    #legend()函數生成圖例,添加標簽來解釋多重繪圖,該處設置是將圖例放在左上角並用小字號排版。

plt.show()

#結果圖為:

            

2.. 二維散點圖

代碼如下:

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

x1=2*np.random.standard_normal((2,100))

x2=0.8*np.random.standard_normal((2,100))+np.array([[6],[2]])   #加二維數組

散點不重疊在一起

plt.plot(x1[0],x1[1],'g*')

plt.plot(x2[0],x2[1],'r*')

plt.title('2D散點圖')

plt.show()    #結果圖為:

                                     

3. 對數圖形繪制:

使用loglog函數即plt.loglog(x,y)

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams['font.sans-serif']=['simhei']         #指定默認字體

plt.rcParams['axes.unicode_minus']=False

x=np.linspace(0,10,200)

plt.loglog(x,2*x*2,label='二次多項式',linestyle='--',linewidth=3)

plt.loglog(x,4*x*4,label='四次多項式',linestyle='-.',linewidth=3)

plt.loglog(x,5*np.exp(x),label='指數次多項式',linewidth=3)

plt.title('對數圖')

#plt.axis([10*-2,10*2,10*-5,10*6])  #???思考遺留問題:如何調整指數函數xy軸的范圍

plt.legend(loc='best')

plt.show()

                      

4. 繪圖格式化

(1) 常見的繪圖格式參數:

 linestyle用於設置線條樣式,其中描述solid 表字符串’-’(實線)dashed表‘--’(虛線),dashed dotted表‘- ,’dotted表‘:’。

 color用於設置繪圖的顏色,其中有描述blue(字符串用b),green(字符串用g),red(字符串用r),cyan青色(字符串表c),magenta洋紅(字符串表m),yellowblackwhite(字符串表ybw

Marker對圖形坐標點標記,其中字符串參數(描述)分別為:.(point) ,(pixel)、。(circle)*(star)d,D(thin diamond,diamond)

注意:格式化命令可以使用短字符串語法格式:例如,plt.plot(x,’go’)

實例:迭代計算出了正弦曲線上噪點的平均值

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

def avg(x):                          #函數avg使用roll調用來移動數組中所有的值。

    """simple running average"""

    return(np.roll(x,1)+x+np.roll(x,-1)) #np.roll(x,2)是循環移位函數,表示向右循環移位2

x=np.linspace(-2*np.pi,2*np.pi,200)

y=np.sin(x)+0.4*np.random.rand(200)

for iteration in range(3):

    plt.subplot(3,1,iteration+1)    使用subplot命令將多個繪圖放置於一個圖形窗口中

    plt.plot(x,y,label='{:d} average{}'.format(iteration,'s' if iteration> 1 else''))

    plt.yticks([])

    plt.legend(loc='lower left',frameon=False)

    y=avg(y)

plt.subplots_adjust(hspace=0.7)   #在同一個圖形窗口中進行多次繪圖的實例圖

                                                                        

 

(2) savefig命令,允許用戶將圖形保存為圖像格式,該命令支持多種圖像和文件格式,可用文件擴展名指定:plt.savefig('test.pdf')

為將圖像放在非白色的背景上,可設置transparent參數使得圖片背景透明  plt.savefig('test.pdf',transparent=True)  

plt.savefig('test.pdf',bbox_inches='tight')  #如果要將圖形嵌入LaTeX文檔中,為減少周圍的空白區域,建議通過在圖紙周圍設置圖形的邊框


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