matplotlib的核心是什么-創(chuàng)新互聯(lián)

小編給大家分享一下matplotlib的核心是什么，相信大部分人都還不怎么了解，因此分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后大有收獲，下面讓我們一起去了解一下吧！

站在用戶的角度思考問題，與客戶深入溝通，找到新縣網(wǎng)站設(shè)計(jì)與新縣網(wǎng)站推廣的解決方案，憑借多年的經(jīng)驗(yàn)，讓設(shè)計(jì)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，創(chuàng)造個(gè)性化、用戶體驗(yàn)好的作品，建站類型包括：網(wǎng)站設(shè)計(jì)、網(wǎng)站建設(shè)、企業(yè)官網(wǎng)、英文網(wǎng)站、手機(jī)端網(wǎng)站、網(wǎng)站推廣、域名注冊(cè)、網(wǎng)站空間、企業(yè)郵箱。業(yè)務(wù)覆蓋新縣地區(qū)。

matplotlib使用numpy進(jìn)行數(shù)組運(yùn)算，并調(diào)用一系列其他的Python庫(kù)來實(shí)現(xiàn)硬件交互。matplotlib的核心是一套由對(duì)象構(gòu)成的繪圖API。

matplotlib項(xiàng)目是由John D. Hunter發(fā)起的。John D. Hunter由于癌癥于去年過世，但他發(fā)為社區(qū)作出的無比貢獻(xiàn)將永遠(yuǎn)留存。

John D. Hunter

你需要安裝Python, numpy和matplotlib。(可以到python.org下載Python編譯器。相關(guān)Python包的安裝，請(qǐng)參看 我的Python小技巧)

matplotlib的官網(wǎng)是：  http://matplotlib.org/  官網(wǎng)有豐富的圖例和文檔說明。

matplotlib在github的地址為： /upload/otherpic22/p>

# a strait line: use pyplot functions

from matplotlib.pyplot 
import *plot([0, 1], [0, 1])      # plot a line from (0, 0) to (1, 1)title("a strait line")
xlabel("x value")
ylabel("y value")
savefig("demo.jpg")

上面的每一條命令都很簡(jiǎn)單，你可以從函數(shù)名讀出該函數(shù)所要實(shí)現(xiàn)的功能。比如plot為畫線，title為增加標(biāo)題。最終保存的demo.jpg如下：

上面的函數(shù)式調(diào)用很方便。在 Python特殊方法與多范式中，我們已經(jīng)談到，Python中的函數(shù)式編程是通過封裝對(duì)象實(shí)現(xiàn)的。matplotlib中的函數(shù)式調(diào)用其實(shí)也是如此。matplotlib本質(zhì)上還是構(gòu)建對(duì)象來構(gòu)建圖像。函數(shù)式編程將構(gòu)建對(duì)象的過程封裝在函數(shù)中，從而讓我們覺得很方便。

在matplotlib.pyplot中，你還可以找到下面的繪圖函數(shù)。如果你經(jīng)常使用數(shù)據(jù)繪圖程序，應(yīng)該會(huì)很熟悉這些圖形：

 

繪圖程序如下：

View Code

上面用到的marvin.jpg是下圖，請(qǐng)保存到當(dāng)?shù)仉娔X：

函數(shù)式編程創(chuàng)造了一個(gè)仿真MATLAB的工作環(huán)境，并有許多成形的繪圖函數(shù)。如果只是作為Matplotlib的一般用戶(非開發(fā)者)，pyplot可以滿足大部分的需求。

(當(dāng)然，matplotlib是免費(fèi)而開源的，MATLAB昂貴而封閉。這是不“仿真”的地方)

面向?qū)ο缶幊?/h4>

盡管函數(shù)式繪圖很便利，但利用函數(shù)式編程會(huì)有以下缺點(diǎn)：

1) 增加了一層“函數(shù)”調(diào)用，降低了效率。

2) 隸屬關(guān)系被函數(shù)掩蓋。整個(gè)matplotlib包是由一系列有組織有隸屬關(guān)系的對(duì)象構(gòu)成的。函數(shù)掩蓋了原有的隸屬關(guān)系，將事情變得復(fù)雜。

3) 細(xì)節(jié)被函數(shù)掩蓋。pyplot并不能完全復(fù)制對(duì)象體系的所有功能，圖像的許多細(xì)節(jié)調(diào)中最終還要回到對(duì)象。

4) 每件事情都可以有至少兩種方式完成，用戶很容易混淆。

而對(duì)于開發(fā)者來說，了解對(duì)象是參與到Matplotlib項(xiàng)目的第一步。

我們將上面的直線繪圖更改為面向?qū)ο笫?OO, object-oriented)的，為此，我們引入兩個(gè)類: Figure和FigureCanvas。(函數(shù)式編程也調(diào)用了這些類，只是調(diào)用的過程被函數(shù)調(diào)用所遮掩。)

# object-oriented plot

from matplotlib.figure 
import Figurefrom matplotlib.backends.backend_agg 
import FigureCanvasAgg as FigureCanvas
fig    = Figure()
canvas = FigureCanvas(fig)
ax     = fig.add_axes([0.1, 0.1, 0.8, 0.8])
line,  = ax.plot([0,1], [0,1])
ax.set_title("a straight line (OO)")
ax.set_xlabel("x value")
ax.set_ylabel("y value")
canvas.print_figure('demo.jpg')

新的demo.jpg如下：

理解對(duì)象

上面的例子中，我們至少構(gòu)建了四個(gè)對(duì)象： fig, canvas, ax, line。它們分別屬于Figure類，F(xiàn)igureCanvas類，Axes類和Line2D類。(使用obj.__class__.__name__來查詢對(duì)象所屬的類)

在深入各個(gè)對(duì)象之前，我們先來做一個(gè)比喻?？聪旅嬉粋€(gè)圖片：

這個(gè)圖片是用KTurtle繪制。參看 把你的孩子打造成為碼農(nóng)

可以看到，圖中有一個(gè)房子，房子上有窗戶和門，窗戶上有條紋，門上有把手，此外圖像外還有一只小烏龜。我們所提到的房子，窗戶，門，條紋，把手，都可以稱其為對(duì)象。不同的對(duì)象之間有依附關(guān)系，比如窗戶和門屬于房子，而把手屬于門。烏龜和房子則是并行的兩個(gè)對(duì)象。此外，整個(gè)圖像外有一個(gè)方框，用來表明可繪圖的范圍，所有上面提到的元素都依附于該方框。

這就是用面向?qū)ο蟮姆绞絹砝斫庖粋€(gè)圖像。事實(shí)上，對(duì)象是描述圖像的最自然的方式，面向?qū)ο缶幊套畛晒Φ念I(lǐng)域就是在計(jì)算機(jī)圖形方面。

我們先來看什么是Figure和Axes對(duì)象。在matplotlib中，整個(gè)圖像為一個(gè)Figure對(duì)象。在Figure對(duì)象中可以包含一個(gè)，或者多個(gè)Axes對(duì)象。每個(gè)Axes對(duì)象都是一個(gè)擁有自己坐標(biāo)系統(tǒng)的繪圖區(qū)域。其邏輯關(guān)系如下：

轉(zhuǎn)過頭來看直線圖。整個(gè)圖像是fig對(duì)象。我們的繪圖中只有一個(gè)坐標(biāo)系區(qū)域，也就是ax。此外還有以下對(duì)象。(括號(hào)中表示對(duì)象的基本類型)

Title為標(biāo)題。Axis為坐標(biāo)軸，Label為坐標(biāo)軸標(biāo)注。Tick為刻度線，Tick Label為刻度注釋。各個(gè)對(duì)象之間有下面的對(duì)象隸屬關(guān)系：

(yaxis同樣有tick, label和tick label，沒有畫出)

盡管data是數(shù)據(jù)繪圖的關(guān)鍵部分，也就是數(shù)據(jù)本身的圖形化顯示，但是必須和xaxis, yaxis, title一起，才能真正構(gòu)成一個(gè)繪圖區(qū)域axes。一個(gè)單純的，無法讀出刻度的線是沒有意義的。xaxis, yaxis, title合起來構(gòu)成了數(shù)據(jù)的輔助部分(data guide)。

上面元素又包含有多種圖形元素。比如說，我們的data對(duì)象是一條線(Line2D)。title, tick label和label都是文本(Text)，而tick是由短線(Line 2D)和tick label構(gòu)成，xaxis由坐標(biāo)軸的線和tick以及l(fā)abel構(gòu)成，ax由xaxis, yaxis, title, data構(gòu)成，ax自身又構(gòu)成了fig的一部分。上面的每個(gè)對(duì)象，無論是Line2D, Text還是fig，它們都來自于一個(gè)叫做Artist的基類。

OO繪圖的原程序還有一個(gè)canvas對(duì)象。它代表了真正進(jìn)行繪圖的后端(backend)。Artist只是在程序邏輯上的繪圖，它必須連接后端繪圖程序才能真正在屏幕上繪制出來(或者保存為文件)。我們可以將canvas理解為繪圖的物理(或者說硬件)實(shí)現(xiàn)。

在OO繪圖程序中，我們并沒有真正看到title, tick, tick label, xaxis, yaxis對(duì)象，而是使用ax.set_*的方法間接設(shè)置了這些對(duì)象。但這些對(duì)象是真實(shí)存在的，你可以從上層對(duì)象中找到其“真身”。比如，fig.axes[0].xaxis就是我們上面途中的xaxis對(duì)象。我們可以通過fig -> axes[0] (也就是ax) -> xaxis的順序找到它。因此，重復(fù)我們剛才已經(jīng)說過的，一個(gè)fig就構(gòu)成了一個(gè)完整的圖像。對(duì)于每個(gè)Artist類的對(duì)象，都有findobj()方法，來顯示該對(duì)象所包含的所有下層對(duì)象。

坐標(biāo)

坐標(biāo)是計(jì)算機(jī)繪圖的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)屏幕是由一個(gè)個(gè)像素點(diǎn)構(gòu)成的。想要在屏幕上顯示圖像，計(jì)算機(jī)必須告訴屏幕每個(gè)像素點(diǎn)上顯示什么。所以，最貼近硬件的坐標(biāo)體系是以像素為單位的坐標(biāo)體系。我們可以通過具體說明像素位置來標(biāo)明顯示器上的某一點(diǎn)。這叫做顯示坐標(biāo)(display coordinate)，以像素為單位。

然而，像素坐標(biāo)不容易被納入繪圖邏輯。相同的程序，在不同的顯示器上就要調(diào)整像素值，以保證圖像不變形。所以一般情況下，還會(huì)有圖像坐標(biāo)和數(shù)據(jù)坐標(biāo)。

圖像坐標(biāo)將一張圖的左下角視為原點(diǎn)，將圖像的x方向和y方向總長(zhǎng)度都看做1。x方向的0.2就是指20%的圖像在x方向的總長(zhǎng)，y方向0.8的長(zhǎng)度指80%的y方向總長(zhǎng)。(0.5, 0.5)是圖像的中點(diǎn)，(1, 1)指圖像的右上角。比如下面的程序，我們?cè)谑褂胊dd_axes時(shí)，傳遞的參數(shù)中，前兩個(gè)元素為axes的左下角在fig的圖像坐標(biāo)上的位置，后兩個(gè)元素指axes在fig的圖像坐標(biāo)上x方向和y方向的長(zhǎng)度。fig的圖像坐標(biāo)稱為Figure坐標(biāo)，儲(chǔ)存在為fig.transFigure

(類似的，每個(gè)axes，比如ax1，有屬于自己的圖像坐標(biāo)。它以ax1繪圖區(qū)域總長(zhǎng)作為1，稱為Axes坐標(biāo)。也就是ax1.transAxes。(0.5, 0.5)就表示在Axes的中心。Axes坐標(biāo)和Figure坐標(biāo)原理相似，只是所用的基準(zhǔn)區(qū)域不同。)

# object-oriented plotfrom matplotlib.figure import Figurefrom matplotlib.backends.backend_agg import FigureCanvasAgg as FigureCanvas
fig    = Figure()
canvas = FigureCanvas(fig)# first axesax1    = fig.add_axes([0.1, 0.1, 0.2, 0.2])
line,  = ax1.plot([0,1], [0,1])
ax1.set_title("ax1")# second axesax2    = fig.add_axes([0.4, 0.3, 0.4, 0.5])
sca    = ax2.scatter([1,3,5],[2,1,2])
ax2.set_title("ax2")
canvas.print_figure('demo.jpg')

我們?cè)诶L圖，比如使用plot的時(shí)候，繪制了兩點(diǎn)間的連線。這兩點(diǎn)分別為(0, 0)和(1, 1)。(plot中的第一個(gè)表為兩個(gè)x坐標(biāo)，第二個(gè)表為兩個(gè)y坐標(biāo))。這時(shí)使用的坐標(biāo)系為數(shù)據(jù)坐標(biāo)系(ax1.transData)。我們可以通過繪出的坐標(biāo)軸讀出數(shù)據(jù)坐標(biāo)的位置。

如果繪制的是具體數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)坐標(biāo)符合我們的需求。如果繪制的是標(biāo)題這樣的附加信息，那么Axes坐標(biāo)符合符合我們的需求。如果是整個(gè)圖像的注解，那么Figure坐標(biāo)更符合需求。每一個(gè)Artist對(duì)象都有一個(gè)transform屬性，用于查詢和改變所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)。如果為顯示坐標(biāo)，transform屬性為None。

深入基礎(chǔ)

在上面的例子中，無論是使用plot繪制線，還是scatter繪制散點(diǎn)，它們依然是比較成熟的函數(shù)。matplotlib實(shí)際上提供了更大的自由度，允許用戶以更基礎(chǔ)的方式來繪制圖形，比如下面，我們繪制一個(gè)五邊形。

# object-oriented plotfrom matplotlib.figure import Figurefrom matplotlib.backends.backend_agg import FigureCanvasAgg as FigureCanvas
fig    = Figure()
canvas = FigureCanvas(fig)
ax     = fig.add_axes([0.1, 0.1, 0.8, 0.8])from matplotlib.path import Pathimport matplotlib.patches as patches
verts = [
    (0., 0.), 
    (0., 1.),
    (0.5, 1.5),
    (1., 1.),
    (1., 0.),
    (0., 0.),
    ]
codes = [Path.MOVETO,
         Path.LINETO,
         Path.LINETO,
         Path.LINETO,
         Path.LINETO,
         Path.CLOSEPOLY,
         ]
path = Path(verts, codes)
patch = patches.PathPatch(path, facecolor='coral')
ax.add_patch(patch)
ax.set_xlim(-0.5,2)
ax.set_ylim(-0.5,2)
canvas.print_figure('demo.jpg')

在上面的程序中。我們首先確定頂點(diǎn)，然后構(gòu)建了一個(gè)path對(duì)象，這個(gè)對(duì)象實(shí)際上就是5個(gè)頂點(diǎn)的連線。在codes中，我們先使用MOVETO將畫筆移動(dòng)到起點(diǎn)，然后依次用直線連接(LINETO)(我們也可以用曲線來連線，比如CURVE4，但這里沒有用到)。 在path建立了封閉的5邊形后，我們?cè)趐ath的基礎(chǔ)上構(gòu)建了patch對(duì)象，是一個(gè)圖形塊。patch的背景顏色選為coral。最后，我們將這個(gè)patch對(duì)象添加到預(yù)先準(zhǔn)備好的ax上，就完成了整個(gè)繪圖。

上面的過程中，我們就好像拿著一個(gè)畫筆的小孩，一步步畫出心目中的圖畫。這就是深入理解matplotlib的魅力所在——?jiǎng)?chuàng)造你自己的數(shù)據(jù)繪圖函數(shù)！

(將上面的程序封裝到函數(shù)中，保留頂點(diǎn)以及其它參數(shù)接口，就構(gòu)成了一個(gè)五邊形繪圖函數(shù)。O(∩_∩)O~ 我們也創(chuàng)造了新的“一鍵繪圖”)

可以相像，一個(gè)plot函數(shù)如何用path對(duì)象實(shí)現(xiàn)。

以上是“matplotlib的核心是什么”這篇文章的所有內(nèi)容，感謝各位的閱讀！相信大家都有了一定的了解，希望分享的內(nèi)容對(duì)大家有所幫助，如果還想學(xué)習(xí)更多知識(shí)，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)-成都網(wǎng)站建設(shè)公司行業(yè)資訊頻道！

本文題目：matplotlib的核心是什么-創(chuàng)新互聯(lián)
URL標(biāo)題：http://www.muchs.cn/article32/dpjpsc.html

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