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大家好，我是朱小五

matplotlib是基于Python語言的開源項(xiàng)目，旨在為Python提供一個數(shù)據(jù)繪圖包。

相信大家都用過它來數(shù)據(jù)可視化，之前我還分享過25個常用Matplotlib圖的Python代碼。

可是你了解過它繪圖的核心原理嗎？

那不如來看看黃同學(xué)的這篇文章吧！

使用matplotlib繪圖的原理，主要就是理解figure(畫布)、axes(坐標(biāo)系)、axis(坐標(biāo)軸)三者之間的關(guān)系。

以“美院學(xué)生張三寫生畫畫”為例，來說明這三者之間的關(guān)系。

張三的畫板

首先，張三想要畫畫，是不是需要在畫板上面準(zhǔn)備一張畫布。對比到matplotlib中，就相當(dāng)于初始化了一張figure(畫布)，我們畫的任何圖形，都是在這張figure(畫布)上操作的。

接著，張三需要給figure(畫布)分配不同的區(qū)域，指定哪一塊兒究竟該畫什么。對比到matplotlib中，就是需要指定axes(坐標(biāo)系)，每一個axes(坐標(biāo)系)相當(dāng)于一張畫布上的一塊區(qū)域。一張畫布上，可以分配不同區(qū)域，也就是說，一張畫布，可以指定多個axes(坐標(biāo)系)。

最后，張三就是在分配好的不同區(qū)域上進(jìn)行圖形繪制了，在一張畫布上，畫的最多的應(yīng)該就是2D圖，也可以畫3D圖，如圖所示，張三在區(qū)域一畫了一個小狗，在區(qū)域二畫了一個小貓，在區(qū)域三畫了一個光頭強(qiáng)。對比到matplotlib中，我們在axes1中畫了一個條形圖，在axes2中畫了一個餅圖，在axes3中畫了一個折線圖。當(dāng)是2D圖時，都會有一個X軸和一個Y軸；當(dāng)是3D圖時，都會有一個X軸、一個Y軸和一個Z軸，這個軸就是我們所說的“坐標(biāo)軸axis”。

matplotlib繪圖

通過上述分析，總結(jié)如下：一個figure(畫布)上，可以有多個區(qū)域axes(坐標(biāo)系)，我們在每個坐標(biāo)系上繪圖，也就是說每個axes(坐標(biāo)系)中，都有一個axis(坐標(biāo)軸)。

特別注意：在matplotlib中，figure畫布和axes坐標(biāo)軸并不能顯示的看見，我們能夠看到的就是一個axis坐標(biāo)軸的各種圖形。

1）安裝

2）導(dǎo)入相關(guān)庫

現(xiàn)在你不需要關(guān)注下面代碼具體是什么意思，有一個主觀印象即可。我將會在以后的文章中，給大家一一介紹你不懂的哪些參數(shù)。

import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib as mpl
import matplotlib.pyplot as plt

# 排除警告信息
import warnings
warnings.filterwarnings('ignore')

# 打印版本信息
display(np.__version__)
display(pd.__version__)
display(mpl.__version__)

# matplotlib畫圖常見參數(shù)設(shè)置
mpl.rcParams['font.family'] = 'SimHei' # 設(shè)置字體
mpl.rcParams['axes.unicode_minus']=False # 用來正常顯示負(fù)號
plt.rcParams['font.sans-serif']=['SimHei'] # 用來正常顯示中文標(biāo)簽

# 嵌入式顯示圖形
%matplotlib inline

結(jié)果如下：

1）繪制一個最簡單的折線圖

結(jié)果如下：

結(jié)果分析：

在前面的敘述中，我們已經(jīng)說過，想要使用matplotlib繪圖，必須先要創(chuàng)建一個figure(畫布)對象，然后還要有axes(坐標(biāo)系)。但是觀察上述代碼，我們并沒有創(chuàng)建figure對象，那么怎么又可以畫圖呢？

對于上述疑問，接下來我們就要講述創(chuàng)建figure(畫布)的兩種方式。

2）創(chuàng)建figure(畫布)的兩種方式

* 隱式創(chuàng)建
* 顯示創(chuàng)建

① 隱式創(chuàng)建figure對象

當(dāng)?shù)谝淮螆?zhí)行plt.xxx()畫圖代碼時，系統(tǒng)會去判斷是否已經(jīng)有了figure對象，如果沒有，系統(tǒng)會自動創(chuàng)建一個figure對象，并且在這個figure之上，自動創(chuàng)建一個axes坐標(biāo)系(注意：默認(rèn)創(chuàng)建一個figure對象，一個axes坐標(biāo)系)。

也就是說，如果我們不設(shè)置figure對象，那么一個figure對象上，只能有一個axes坐標(biāo)系，即我們只能繪制一個圖形。

② 隱式創(chuàng)建figure對象存在的問題

優(yōu)勢：如果只是繪制一個小圖形，那么直接使用plt.xxx()的方式，會自動幫我們創(chuàng)建一個figure對象和一個axes坐標(biāo)系，這個圖形最終就是繪制在這個axes坐標(biāo)系之上的。

劣勢：如果我們想要在一個figure對象上，繪制多個圖形，那么我們就必須拿到每個個axes對象，然后調(diào)用每個位置上的axes對象，就可以在每個對應(yīng)位置的坐標(biāo)系上，進(jìn)行繪圖，如下圖所示。注意：如果figure對象是被默認(rèn)創(chuàng)建的，那么我們根本拿不到axes對象。因此，需要我們顯示創(chuàng)建figure對象。

③ 顯示創(chuàng)建figure對象：以后的文章會詳細(xì)講述布局設(shè)置

如圖所示：

舉例說明：

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

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

結(jié)果如下：

① 導(dǎo)庫

② 創(chuàng)建figure畫布對象

    如果繪制一個簡單的小圖形，我們可以不設(shè)置figure對象，使用默認(rèn)創(chuàng)建的
figure對象，當(dāng)然我們也可以顯示創(chuàng)建figure對象。
    如果一張figure畫布上，需要繪制多個圖形。那么就必須顯示的創(chuàng)建figure
對象，然后得到每個位置上的axes對象，進(jìn)行對應(yīng)位置上的圖形繪制。

③ 根據(jù)figure對象進(jìn)行布局設(shè)置

④ 獲取對應(yīng)位置的axes坐標(biāo)系對象

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

⑤ 調(diào)用axes對象，進(jìn)行對應(yīng)位置的圖形繪制

⑥ 顯示圖形

    plt.show()或figure.show()
    如果在pycharm中繪圖的話，必須要加這句代碼，才能顯示。如果在notebook
中進(jìn)行繪圖，可以不用加這句代碼，而是自動顯示。

通過對matplotlib繪圖的原理，有所了解之后，我們需要學(xué)習(xí)的就是常見的matplotlib繪圖技巧。

常見的繪圖技巧如上所示，這些繪圖技巧都能夠很好的幫助我們畫出更美觀、更直觀的圖形。