如何美化 Matplotlib 3D坐標系

前言

~mpl_toolkits.mplot3d 生成的3D坐標系背景色是灰色的，刻度線也向內延伸了，如果搭配上其他白色背景的 2D 圖，看起來很奇怪，比如下面這張圖：

網上有一些辦法可以將3D坐標區的背景設置為白色，比如：

ax.w_xaxis.set_pane_color((1.0, 1.0, 1.0, 1.0))
ax.w_yaxis.set_pane_color((1.0, 1.0, 1.0, 1.0))
ax.w_zaxis.set_pane_color((1.0, 1.0, 1.0, 1.0))

使用這段代碼可以改變背景色，但是解決不了刻度線向內延伸的問題，有沒有什么辦法可以一勞永逸的解決這兩個問題呢？

修改背景色

在 ~mpl_toolkits.mplot3d.axis3d.Axis 的類屬性定義處，有：

_AXINFO = {
        'x': {
            'i': 0,
            'tickdir': 1,
            'juggled': (1, 0, 2),
            'color': (0.95, 0.95, 0.95, 0.5),
        },
        'y': {
            'i': 1,
            'tickdir': 0,
            'juggled': (0, 1, 2),
            'color': (0.90, 0.90, 0.90, 0.5),
        },
        'z': {
            'i': 2,
            'tickdir': 0,
            'juggled': (0, 2, 1),
            'color': (0.925, 0.925, 0.925, 0.5),
        },
    }

很容易看出 color 的值控制着3個平面的背景色，把 3 個 color 的值全部改為 (1, 1, 1, 1) ，背景色就全部變成白色的了。

修改刻度線

在 ~mpl_toolkits.mplot3d.axis3d.Axis 的構造函數中，有：

self._axinfo.update({
                'label': {
                    'va': 'center',
                    'ha': 'center'
                },
                'tick': {
                    'inward_factor': 0.2,
                    'outward_factor': 0.1,
                    'linewidth': {
                        True: (  # major
                            rcParams['xtick.major.width'] if adir in 'xz' else
                            rcParams['ytick.major.width']),
                        False: (  # minor
                            rcParams['xtick.minor.width'] if adir in 'xz' else
                            rcParams['ytick.minor.width']),
                    }
                },
                'axisline': {
                    'linewidth': rcParams['axes.linewidth'],
                    'color': rcParams['axes.edgecolor'],
                },
                'grid': {
                    'color': rcParams['grid.color'],
                    'linewidth': rcParams['grid.linewidth'],
                    'linestyle': rcParams['grid.linestyle'],
                },
            })

測試一波后，發現 inward_factor 控制刻度線向外延伸部分的長度，outward_factor 控制向內延伸部分的長度，把 inward_factor 的值改為 0.3 ，outward_factor 的值改為0，就再也見不到煩人的內刻度線了（￣︶￣）↗　。

測試

# coding:utf-8
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.decomposition import PCA
from matplotlib.gridspec import GridSpec
from sklearn.datasets import make_s_curve
from sklearn.manifold import MDS, LocallyLinearEmbedding, Isomap

plt.style.use(['matlab'])

# 創建數據
X, c = make_s_curve(1000, random_state=0)

# 數據降維
X_mds = MDS().fit_transform(X)
X_pca = PCA(2).fit_transform(X)
X_iso = Isomap(n_neighbors=10).fit_transform(X)
X_lle = LocallyLinearEmbedding(n_neighbors=10).fit_transform(X)
Xs = [X_pca, X_iso, X_lle, X_mds]
titles = [
    'Principal Components Analysis', 'Isometric Mapping',
    'Locally Linear Embedding', 'Multiple Dimensional Scaling'
]

# 繪制圖像
fig = plt.figure('S型數據集上的流形學習', tight_layout=True)
gs = GridSpec(2, 3)
ax = fig.add_subplot(gs[:, 0], projection='3d')
ax.scatter(X[:, 0], X[:, 1], X[:, 2], c=c, cmap=plt.cm.Spectral)
ax.set(title='S curve', xlabel='x', ylabel='y', zlabel='z')
ax.view_init(14, -64)

for i, (x, title) in enumerate(zip(Xs, titles)):
    ax = fig.add_subplot(gs[i // 2, i + 1 - 2 * (i // 2)])
    ax.scatter(x[:, 0], x[:, 1], c=c, cmap=plt.cm.Spectral)
    ax.set_title(title)

plt.show()

代碼 plt.style.use(['matlab']) 中用到的 mplstyle 文件見《如何美化 Matplotlib 的工具欄和繪圖風格》，運行得到的圖像如下：

至此美化大功告成，喜歡的話就點個贊吧 o(￣▽￣)ｄ