Python matplotlib绘制图形，包括点、曲线、注释和箭头

Python的matplotlib模块绘制图形功能很强大，今天就用pyplot绘制一个简单的图形，图形中包括曲线、曲线上的点、注释和指向点的箭头。

1. 结果预览：

2. 代码如下：

1. from matplotlib import pyplot as plt
2. import numpy as np
3. # 绘制曲线
4. x = np.linspace(2, 21, 20) # 取闭区间[2, 21]之间的等差数列，列表长度20
5. y = np.log10(x) + 0.5
6. plt.figure() # 添加一个窗口。如果只显示一个窗口，可以省略该句。
7. plt.plot(x, y) # plot在一个figure窗口中添加一个图，绘制曲线，默认颜色
8. # 绘制离散点
9. plt.plot(x, y, '.y') # 绘制黄色的点，为了和曲线颜色不一样
10. x0, y0 = 15, np.log10(15) + 0.5
11. plt.annotate('Interpolation point', xy=(x0, y0), xytext=(x0, y0 - 1), arrowprops=dict(arrowstyle='->')) # 添加注释
12. for x0, y0 in zip(x, y):
13. plt.quiver(x0, y0 - 0.3, 0, 1, color='g', width=0.005) # 绘制箭头
14. x = range(2, 21, 5)
15. y = np.log10(x) + 0.5
16. plt.plot(x, y, 'om') # 绘制紫红色的圆形的点
17. x0, y0 = 7, np.log10(7) + 0.5
18. plt.annotate('Original point', xy=(x0, y0), xytext=(x0, y0 - 1), arrowprops=dict(arrowstyle='->'))
19. for x0, y0 in zip(x, y):
20. plt.quiver(x0, y0 + 0.3, 0, -1, color='g', width=0.005) # 绘制箭头
21. # 设置坐标范围
22. plt.xlim(2, 21) # 设置x轴范围
23. plt.xticks(range(0, 23, 2)) # 设置X轴坐标点的值，为[0， 22]之间的以2为差值的等差数组
24. plt.ylim(0, 3) # 设置y轴范围
25. # 显示图形
26. plt.show() # 显示绘制出的图

3. 解析

1）导入matplotlib模块的pyplot类，这里主要用了pyplot里的一些方法。导入numpy用于生成一些数列。分别给pyplot和numpy记个简洁的别名plt和np，方便使用。

2）np.linspace(start, stop, num)，可生成闭区间[stop, stop]里的数组长度为num的等差数列。本例子中想作为插值点显示出来。

3）plt.figure()用于添加窗口。如果把所有图形绘制在一个窗口里，该句可以省略，因为figure(1)会被默认创建。

如果想添加窗口，就再添加一句plt.figure()，plt.figure(num)的窗口序号num自动自增。

4）plt.plot()向窗口里绘制曲线，传递x, y参数，分别为横轴和纵轴。

本例中所有图形绘制在一个绘图区域里。如果想添加2个绘图区域呢？如下列代码：

1. x = np.linspace(2, 21, 20)
2. y1 = np.log10(x) + 0.5
3. y2 = np.log10(x) + 1
4. plt.subplot(211)
5. plt.plot(x, y1)
6. plt.subplot(212)
7. plt.plot(x, y2)
8. plt.show()

plt.subplot(rows, cols, figurenum)添加子绘图区域，参数分别为：把窗口划分为rows行cols列绘图区域，figurenum表示第几个绘图区域。plt.subplot(211)=plt.subplot(2, 1, 1)，绘图区域数小于10时可省略逗号。创建的图形为：

5） plt.plot(x, y, '.y')  # 多写该句为了显示点和曲线的颜色不一样。'.y'表示只把绘制曲线的点表示出来，颜色为黄色。

6）plt.annotate(s, xy, xytext)  # 添加注释，除s、xy外其余还有若干可选参数。

s：注释文本，

xy：指定要注释的（x，y）坐标点， 

xytext：可选，指定要放置文本的（x，y）坐标点。如果没有，则默认为xy注释点。

arrowprops：可选，字典形式，用于在xy坐标和xytext间绘制一个指定形状的箭头，本例中指定一个'->'类型的箭头，箭头头部宽和高为0.2/0.4。

7）plt.quiver(X, Y, U, V, C, **kw)  # 绘制一个二维的箭头，X, Y, C可以缺失。

X, Y：箭头的位置，

U, V：表示箭头的方向，

C：设置箭头的颜色，

**kw里还有一系列参数可以设置，包括单位、箭头角度、箭头的头部宽高设置等，这里设置了颜色color和箭头的轴宽度width。

如果设置了C，再设置color将不生效。

有C为啥还有color可选设置呢？疑问暂留，没找到结果。

8）plt.xlim(min, max) / plt.ylim(min, max) 设置x轴/y轴的范围。

9）plt.xticks() 设置x轴坐标点的值。如果plt.xlim和plt.xticks设置的范围不一致，怎么显示？以最后设置的范围为准。

10）plt.show()  # 最后调用此句，显示出绘制的图形。