Python中使用matplotlib绘制各类图表示例

折线图

折线图是一种用于表示数据随时间、变量或其他连续性变化的趋势的图表。通过在横轴上放置时间或如此类似的连续变量，可以在纵轴上放置数据点的值，从而捕捉到数据随时间发生的变化。折线图可以用于比较不同变量的趋势，轻松地发现不同的变量之间的差异。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 生成数据
x = np.linspace(0, 10, 100)
y1 = np.sin(x)
y2 = np.cos(x)

# 创建一个绘图窗口，大小为8x6英寸
plt.figure(figsize=(8, 6))

# 绘制折线图
plt.plot(x, y1, label='sin(x)')
plt.plot(x, y2, label='cos(x)')

# 添加图例，显示在右上角
plt.legend(loc='upper right')

# 添加标题和轴标签
plt.title('Sin and Cos functions')
plt.xlabel('x')
plt.ylabel('y')

# 显示网格线
plt.grid(True)

# 保存图像，支持多种格式，如PNG、PDF、SVG等
plt.savefig('line_plot.png', dpi=300)

# 显示图像
plt.show()

示例结果：

参数说明：

• plt.figure(figsize=(8, 6))：创建一个大小为8×6英寸的绘图窗口。
• plt.plot(x, y1, label='sin(x)')：绘制折线图，x和y1是数据点的x坐标和y坐标，label是该折线的标签，用于图例中显示。
• plt.legend(loc='upper right')：添加图例，loc参数指定图例的位置，可以是字符串’upper right’等也可以是数字0~10。
• plt.title('Sin and Cos functions')：添加标题。
• plt.xlabel('x')：添加x轴标签。
• plt.ylabel('y')：添加y轴标签。
• plt.grid(True)：显示网格线。
• plt.savefig('line_plot.png', dpi=300)：保存图像到文件line_plot.png中，dpi参数指定输出分辨率。

柱状图

柱状图是一种用于比较不同组数据之间差异的图表。它通过将每个数据组的值表示为柱形的高度来显示差异。柱状图可用于比较不同分类数据的数量、频率或比率，用于显示该类别数据的相对大小。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 生成数据
x = ['A', 'B', 'C', 'D', 'E']
y1 = [3, 7, 2, 5, 9]
y2 = [5, 2, 6, 3, 1]

# 创建一个绘图窗口，大小为8x6英寸
plt.figure(figsize=(8, 6))

# 绘制柱状图
plt.bar(x, y1, color='lightblue', label='Group 1')
plt.bar(x, y2, color='pink', bottom=y1, label='Group 2')

# 添加图例，显示在右上角
plt.legend(loc='upper right')

# 添加标题和轴标签
plt.title('Bar Plot')
plt.xlabel('Category')
plt.ylabel('Value')

# 显示图像
plt.show()

示例结果：

参数说明：

• plt.bar(x, y1, color='lightblue', label='Group 1')：绘制柱状图，x是类别列表，y1是每个类别对应的值，label是该组数据的标签，用于图例中显示。color参数指定柱状图的颜色。
• plt.bar(x, y2, color='pink', bottom=y1, label='Group 2')：绘制第二组数据的柱状图，bottom参数指定该组数据的底部位置。
• plt.legend(loc='upper right')：添加图例，loc参数指定图例的位置，可以是字符串’upper right’等也可以是数字0~10。
• plt.title('Bar Plot')：添加标题。
• plt.xlabel('Category')：添加x轴标签。
• plt.ylabel('Value')：添加y轴标签。

直方图

直方图用于展示数据的分布情况，通常用于分析数据集的偏态和峰态等特征。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 生成随机数据
np.random.seed(42)
data = np.random.normal(size=1000)

# 绘制直方图
fig, ax = plt.subplots()
ax.hist(data, bins=30, density=True, alpha=0.5, color='blue')

# 设置图表标题和坐标轴标签
ax.set_title('Histogram of Random Data', fontsize=16)
ax.set_xlabel('Value', fontsize=14)
ax.set_ylabel('Frequency', fontsize=14)

# 设置坐标轴刻度标签大小
ax.tick_params(axis='both', which='major', labelsize=12)

# 显示图表
plt.show()

示例结果：

参数说明：

• data：要绘制的数据集。
• bins：直方图中的箱数。
• density：是否将频数转换为概率密度。
• alpha：直方图的透明度。
• color：直方图的颜色。
• ax.set_title()：设置图表标题。
• ax.set_xlabel()：设置x轴标签。
• ax.set_ylabel()：设置y轴标签。
• ax.tick_params()：设置坐标轴刻度标签的大小。

饼图

饼图用于展示数据的占比情况，通常用于比较不同类别或部分之间的占比情况。

import matplotlib.pyplot as plt

# 生成数据
labels = ['A', 'B', 'C', 'D']
sizes = [15, 30, 45, 10]
colors = ['red', 'green', 'blue', 'yellow']

# 绘制饼图
fig, ax = plt.subplots()
ax.pie(sizes, labels=labels, colors=colors, autopct='%1.1f%%', startangle=90)

# 设置图表标题
ax.set_title('Pie Chart of Data', fontsize=16)

# 显示图表
plt.show()

示例结果：

参数说明：

• labels：数据的类别标签。
• sizes：数据的占比。
• colors：数据的颜色。
• autopct：占比的显示格式。
• startangle：饼图的起始角度。
• ax.set_title()：设置图表标题。

括线图

括线图是一种用于比较不同组数据分布情况的图表。它用于显示数据的中位数、上下四分位数、最小值和最大值，可以帮助我们了解数据分布的形状、位置和离散程度。在括线图中，每个箱子代表数据的25%～75%分位数，中位线是每个箱子中的中位数，普通线是每个箱子之外的最小值和最大值。

import matplotlib.pyplot as plt

# 生成数据
data = [[3.4, 4.1, 3.8, 2.0], [2.3, 4.5, 1.2, 4.3]]

# 创建一个绘图窗口，大小为8x6英寸
plt.figure(figsize=(8, 6))

# 绘制括线图
bp = plt.boxplot(data, widths=0.5, patch_artist=True, notch=True)

# 设置每个箱线图的颜色和填充
for patch, color in zip(bp['boxes'], ['lightblue', 'pink']):
    patch.set_facecolor(color)

# 添加标题和轴标签
plt.title('Box Plot')
plt.xlabel('Group')
plt.ylabel('Data')

# 显示图像
plt.show()

示例结果：

参数说明：

• plt.boxplot(data, widths=0.5, patch_artist=True, notch=True)：绘制括线图，data是一个包含两个列表的列表，表示两组数据。widths参数指定每个箱线图的宽度，patch_artist参数指定使用补丁来填充箱线图，notch参数指定绘制出箱线图中的记分牌。
• patch.set_facecolor(color)：设置每个箱线图的颜色和填充，zip函数可以将两个列表打包成一个元组，逐个取出元组的值。
• plt.title('Box Plot')：添加标题。
• plt.xlabel('Group')：添加x轴标签。
• plt.ylabel('Data')：添加y轴标签。

散点图

散点图是一种用于展示两个变量之间关系的图表。每个点代表一个数据点，它的位置由变量的值确定。散点图可用于寻找变量之间的相关性，并显示数据中的任何异常值或离群值。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 生成数据
x = np.random.normal(size=100)
y = np.random.normal(size=100)

# 创建一个绘图窗口，大小为8x6英寸
plt.figure(figsize=(8, 6))

# 绘制散点图
plt.scatter(x, y, s=50, alpha=0.5)

# 添加标题和轴标签
plt.title('Scatter Plot')
plt.xlabel('x')
plt.ylabel('y')

# 显示图像
plt.show()

示例结果：

参数说明：

• plt.scatter(x, y, s=50, alpha=0.5)：绘制散点图，x和y是数据点的x坐标和y坐标，s指定点的大小，alpha指定点的透明度。
• plt.title('Scatter Plot')：添加标题。
• plt.xlabel('x')：添加x轴标签。
• plt.ylabel('y')：添加y轴标签。

箱线图

箱线图用于展示数据的分布情况和异常值等信息，通常用于比较不同数据集之间的差异。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 生成随机数据
np.random.seed(42)
data = np.random.normal(size=(100, 4), loc=0, scale=1.5)

# 绘制箱线图
fig, ax = plt.subplots()
ax.boxplot(data, notch=True, sym='o', vert=True, whis=1.5)

# 设置图表标题和坐标轴标签
ax.set_title('Boxplot of Random Data', fontsize=16)
ax.set_xlabel('Variable', fontsize=14)
ax.set_ylabel('Value', fontsize=14)

# 设置坐标轴刻度标签大小
ax.tick_params(axis='both', which='major', labelsize=12)

# 显示图表
plt.show()

示例结果：

参数说明：

• data：要绘制的数据集。
• notch：是否绘制缺口。
• sym：异常值的标记形状。
• vert：是否垂直绘制箱线图。
• whis：箱线图的须长度，以四分位距的1.5倍为标准。
• ax.set_title()：设置图表标题。
• ax.set_xlabel()：设置x轴标签。
• ax.set_ylabel()：设置y轴标签。
• ax.tick_params()：设置坐标轴刻度标签的大小。

热力图

热力图用于展示数据之间的关系和趋势，通常用于分析二维数据的相关性和变化。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 生成随机数据
np.random.seed(42)
data = np.random.normal(size=(10, 10), loc=0, scale=1)

# 绘制热力图
fig, ax = plt.subplots()
im = ax.imshow(data, cmap='YlOrRd')

# 添加颜色条
cbar = ax.figure.colorbar(im, ax=ax)
cbar.ax.set_ylabel('Values', rotation=-90, va='bottom')

# 添加轴标签和标题
ax.set_xticks(np.arange(len(data)))
ax.set_yticks(np.arange(len(data)))
ax.set_xticklabels(np.arange(1, len(data)+1))
ax.set_yticklabels(np.arange(1, len(data)+1))
ax.set_title('Heatmap of Random Data', fontsize=16)

# 显示图表
plt.show()

示例结果：

参数说明：

• data：要绘制的数据集。
• cmap：颜色映射，用于表示数据大小的颜色范围。
• ax.imshow()：绘制热力图。
• cbar.ax.set_ylabel()：设置颜色条的标签。
• ax.set_xticks()：设置x轴刻度标签。
• ax.set_yticks()：设置y轴刻度标签。
• ax.set_xticklabels()：设置x轴刻度标签的标签名。
• ax.set_yticklabels()：设置y轴刻度标签的标签名。
• ax.set_title()：设置图表标题。

树状图

树状图用于展示数据之间的层次结构和关系，通常用于分析树形结构和组织架构等问题。

import matplotlib.pyplot as plt

# 绘制树状图
fig, ax = plt.subplots()

ax.barh('CEO', 1, color='black')
ax.barh('VP1', 0.8, left=1, color='gray')
ax.barh('VP2', 0.8, left=1, color='gray')
ax.barh('Manager1', 0.6, left=1.8, color='gray')
ax.barh('Manager2', 0.6, left=1.8, color='gray')
ax.barh('Manager3', 0.6, left=1.8, color='gray')
ax.barh('Supervisor1', 0.4, left=2.4, color='gray')
ax.barh('Supervisor2', 0.4, left=2.4, color='gray')
ax.barh('Supervisor3', 0.4, left=2.4, color='gray')
ax.barh('Staff1', 0.2, left=3.2, color='gray')
ax.barh('Staff2', 0.2, left=3.2, color='gray')
ax.barh('Staff3', 0.2, left=3.2, color='gray')
ax.barh('Staff4', 0.2, left=3.2, color='gray')

# 设置轴标签和标题
ax.set_yticks([])
ax.set_xlim(0, 4)
ax.set_xlabel('Hierarchy', fontsize=14)
ax.set_title('Tree Diagram of Organization', fontsize=16)

# 显示图表
plt.show()

示例结果：

参数说明：

• ax.barh()：绘制水平条形图。
• ax.set_yticks()：设置y轴刻度标签。
• ax.set_xlim()：设置x轴坐标范围。
• ax.set_xlabel()：设置x轴标签。
• ax.set_title()：设置图表标题。