『Python』matplotlib初识

1. 核心原理

使用matplotlib绘图的原理，主要就是理解figure(画布)、axes(坐标系)、axis(坐标轴)三者之间的关系。

下面这幅图更详细：

以“美院学生张三写生画画”为例，来说明这三者之间的关系。

首先，张三想要画画，是不是需要在画板上面准备一张画布。对比到matplotlib中，就相当于初始化了一张figure(画布)，我们画的任何图形，都是在这张figure(画布)上操作的。

接着，张三需要给figure(画布)分配不同的区域，指定哪一块儿究竟该画什么。对比到matplotlib中，就是需要指定axes(坐标系)，每一个axes(坐标系)相当于一张画布上的一块区域。一张画布上，可以分配不同区域，也就是说，一张画布，可以指定多个axes(坐标系)。

最后，张三就是在分配好的不同区域上进行图形绘制了，在一张画布上，画的最多的应该就是2 D图，也可以画3 D图，如图所示，张三在区域一画了一个小狗，在区域二画了一个小猫，在区域三画了一个光头强。对比到matplotlib中，我们在axes1中画了一个条形图，在axes2中画了一个饼图，在axes3中画了一个折线图。当是2 D图时，都会有一个X轴和一个Y轴；当是3 D图时，都会有一个X轴、一个Y轴和一个Z轴，这个轴就是我们所说的“坐标轴axis”。

matplotlib绘图

一个figure(画布)上，可以有多个区域axes(坐标系)，我们在每个坐标系上绘图，也就是说每个axes(坐标系)中，都有一个axis(坐标轴)。

特别注意：在matplotlib中，figure画布和axes坐标轴并不能显示的看见，我们能够看到的就是一个axis坐标轴的各种图形。

2. 基本使用

2.1 创建figure(画布)的两种方式

2.1.1 隐式创建figure对象

当第一次执行plt.xxx()画图代码时，系统会去判断是否已经有了figure对象，如果没有，系统会自动创建一个figure对象，并且在这个figure之上，自动创建一个axes坐标系。

【注意】默认创建一个figure对象，一个axes坐标系

也就是说，如果我们不设置figure对象，那么一个figure对象上，只能有一个axes坐标系，即我们只能绘制一个图形。

隐式创建figure对象存在的问题

• 优势：如果只是绘制一个小图形，那么直接使用plt.xxx()的方式，会自动帮我们创建一个figure对象和一个axes坐标系，这个图形最终就是绘制在这个axes坐标系之上的。

• 劣势：如果我们想要在一个figure对象上，绘制多个图形，那么我们就必须拿到每个个axes对象，然后调用每个位置上的axes对象，就可以在每个对应位置的坐标系上，进行绘图，如下图所示。注意：如果figure对象是被默认创建的，那么我们根本拿不到axes对象。因此，需要我们显示创建figure对象。

2.1.2 显示创建figure对象

以后的文章会详细讲述布局设置

# 手动创建一个figure对象
figure = plt.figure()
# 获取每个位置的axes对象
axes1 = figure.add_subplot(2,1,1)
axes2 = figure.add_subplot(2,1,2)

如图所示：

【Example】

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib
matplotlib.use('Qt5Agg') 

figure = plt.figure()
axes1 = figure.add_subplot(2,1,1)
axes2 = figure.add_subplot(2,1,2)
axes1.plot([1,3,5,7],[4,9,6,8])
axes2.plot([1,2,4,5],[8,4,6,2])
figure.show()

结果如下：

2.2 完整的绘图步骤

1. 导库

   import matplotlib as mpl
   import matplotlib.pyplot as plt
   mpl.use('Qt5Agg')  # 现在matplotlib改了，只能这样，不然无法显示图片
   

2. 创建figure画布对象
   如果绘制一个简单的小图形，我们可以不设置figure对象，使用默认创建的figure对象，当然我们也可以显示创建figure对象。如果一张figure画布上，需要绘制多个图形。那么就必须显示的创建figure对象，然后得到每个位置上的axes对象，进行对应位置上的图形绘制。

3. 根据figure对象进行布局设置
   后面详说

4. 获取对应位置子图的axes坐标系对象

   figure = plt.figure()
   axes1 = figure.add_subplot(2,1,1)
   axes2 = figure.add_subplot(2,1,2)
   

5. 调用axes对象，进行对应位置的图形绘制
   这一步，是我们传入数据，进行绘图的一步。对于图形的一些细节设置，都可以在这一步进行。

6. 显示图形
   plt.show()或figure.show()如果在PyCharm中绘图的话，必须要加这句代码，才能显示。如果在notebook中进行绘图，可以不用加这句代码，而是自动显示。