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Matplotlib 教程(一):简介

Matplotlib 是什么

Python 是一种解释型、面向对象、动态数据类型的高级程序设计语言。Matplotlib 是 Python 的一个绘图库,包含了大量的工具,你可以使用这些工具创建各种图形,包括简单的散点图、直方图、柱状图、饼状图等,也包括复杂的 3D 绘图、Animation 动画等等。Python是目前最流行的数据分析、机器学习的语言,在进行数据分析的过程中,对数据进行可视化是必不可少的,而 Matplotlib 可以通过简单的命令即可绘制出复杂的图形。在 Matplotlib 中使用最多的模块是pyplot。pyplot 非常接近 MATLAB 的绘图实现,而且大多数的命令及其类似 MATLAB,对于有 MATLAB 经验的人,学习 pyplot 非常迅速。Matplotlib 内置的 mathtext 引擎支持 TeX 表达式,这意味着,你可以在绘图时输出 TeX。

Matplotlib 分为三部分:pylab 接口是 matplotlib.pylab 提供的一组函数,它允许用户创建具有与 MATLAB 图形生成代码非常相似的代码来作图。Matplotlib 前端或 Matplotlib API 是一组创建和管理图形、文本、线条、图表等等的类。这是一个对输出一无所知的抽象接口。后端是将前端表示转换为硬拷贝或用户接口,其依赖于设备的绘图设备,也称为渲染器。

Why Matplotlib

数据可视化的工具有很多,包括 MATLAB,R,Mathematica 等主流软件,也包括 DataGraph,Sagemath,SPSS等等不大常用的软件。那么,我们为什么要偏偏学 Matplotlib 呢?

首先,很重要的一点是,Matplotlib 是完全免费的。相比于 MATLAB 或者 Mathematica 高昂的售价,用 Matplotlib 能达到类似的效果我们已经很满足了。其次,Python 以及 Matplotlib 都是非常轻量级的,不像 Sagemath 那般特别庞大。最后,Python 作为最流行的数据分析语言,基于 Python 的绘图库自然也是我们需要学习的。

你需要准备什么

Python

Matplotlib 是 Python 的一个绘图库。所以你首先需要安装 Python。这个教程中使用的 Python 3.6.4。由于 Python 2 和 Python 3 的语法差别极大,这里建议使用 Python 3。对于 Mac 用户,系统中没有自带 Python 3,可以通过以下命令安装 Python 3:。对于 Linux 用户,系统已经自带 Python 3。对于 Windows 用户,请前往 Python 官网下载安装包进行安装,并同时勾选 "Add to Path" 与 "install pip"。

NumPy

NumPy 是 Python 的一种开源的数值计算扩展,是数据分析中常用的库。因此,我们进行数据绘图,也需要掌握一定的数据分析方法。当然,如果没有学过 NumPy,也不影响我们学习 Matplotlib 绘图。NumPy 可以通过 pip 或者 pip3 来安装:

Pandas

Pandas 是基于 NumPy 的一种工具,该工具是为了解决数据分析任务而创建的。Pandas 纳入了大量库和一些标准的数据模型,提供了高效地操作大型数据集所需的工具,Pandas提供了大量能使我们快速便捷地处理数据的函数和方法。当然如果没有学过 Pandas,也不影响我们学习 Matplotlib 绘图。NumPy 可以通过 pip 或者 pip3 来安装:

Matplotlib

Matplotlib 可以通过 pip 或者 pip3 来安装:

可以通过以下命令判断 Matplotlib 是否安装成功。

这个教程中使用的 Matplotlib 版本是 2.2.2。

Matplotlib、pyplot 与 pylab 的关系

Matplotlib是整个包,matplotlib.pyplot 是 Matplotlib 中的一个模块,而 pylab 是一个与 Matplotlib 一起安装的模块。

pyplot 是一个有命令风格的函数集合,它看起来和 MATLAB 很相似。每一个 pyplot 函数都使一副图像做出些许改变,例如创建一幅图,在图中创建一个绘图区域,在绘图区域中添加一条线等等。在 matplotlib.pyplot 中,各种状态通过函数调用保存起来,以便于可以随时跟踪像当前图像和绘图区域。

pylab 是一个便利的模块,可以在单个名称空间中批量导入matplotlib.pyplot(用于绘图)和numpy(用于数学和使用数组),对交互式使用来说比较方便,既可以画图又可以进行简单的计算,与 MATLAB 类似。尽管很多示例使用pylab,但并不推荐,对于一个项目来说,建议分别导入使用。

importnumpyasnp

importmatplotlib.pyplotasplt

在本教程中,我们将只对 matplotlib.pyplot 进行讲解,并简称为 plt。

这个教程包括什么

这是一个利用 Matplotlib 进行绘图的教程,包括 Matplotlib 的简介,以及基本绘图,绘图样式,标记数据,坐标轴,图例,多图绘制等等内容。教程所有内容如下:

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