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python 科研作圖_Python3.0科學計算學習之繪圖(一)

基本繪圖:

(1) plot是标準的繪圖庫,調用函數plot(x,y)就可以建立一個帶有繪圖的圖形視窗(其中y是x的函數)。輸入的參數為具有相同長度的數組(或清單);或者plot(y)是plot(range(len(y)),y)的簡寫。

例1:python實作使用200個采樣點來繪制sin(x),并且每隔四個點的位置設定标記。

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams['font.sans-serif']=['simhei'] #指定預設字型(因為matplotlib預設為英文字型,漢字會使其亂碼)

plt.rcParams['axes.unicode_minus']=False #可顯示‘-’負号

x=np.linspace(-2*np.pi,2*np.pi,200) #先設定x的取值範圍,從-2n到2n

samples=x[::4]

plt.plot(samples,np.sin(samples),color='red',marker='*')

plt.title('sin(x)函數及一些繪制的點')

plt.grid(color='black',linestyle='--',alpha=0.3)

plt.show()

#實作結果圖:

python 科研作圖_Python3.0科學計算學習之繪圖(一)

表明:标準圖是一條實線曲線,每個軸都會自動縮放來适應坐标值,但也可以手動進行設定。多次調用plot函數将會在同一視窗中疊加繪圖。

(2) python3.0曲線拟合(polyfit,polyval)

利用numpy自帶的polyfit和polyval函數進行回歸分析,polyfit表示多項式曲線拟合、polyval表示多項式曲線求值。

Z1=np.polyfit(x,y,3) #拟合,自由度為3,3為多項式最高次幂,結果為多項式的各個系數;最高系數為3,得到4個系數從最高到最低排列;最高次幂取幾要視情況而定。

P1=np.ploy1d(z1) #将系數帶入方程,得到函數式p1

Y=np.polyval(p,x) #計算多項式的函數值。傳回在x處多項式的值,p為多項式系數,元素按多項式降幂排序

執行個體2. 将多項式拟合為一系列的點

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams['font.sans-serif']=['simhei'] #指定預設字型

plt.rcParams['axes.unicode_minus']=False

x=np.arange(5)

y=[1,2,1,3,5]

p2=np.polyfit(x,y,2)

p4=np.polyfit(x,y,4)

xx=np.linspace(-1,5,200)

plt.plot(xx,np.polyval(p2,xx),label='二次多項式拟合') #繪制曲線

plt.plot(xx,np.polyval(p4,xx),label='四次多項式插值拟合')

plt.plot(x,y,'*') #原曲線

plt.axis([-1,5,0,6])#axis([xmin,xmax,ymin,ymax]) 來手動設定坐标軸的範圍

plt.legend(loc='upper left',fontsize='small') #legend()函數生成圖例,添加标簽來解釋多重繪圖,該處設定是将圖例放在左上角并用小字号排版。

plt.show()

#結果圖為:

python 科研作圖_Python3.0科學計算學習之繪圖(一)

2.. 二維散點圖

代碼如下:

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

x1=2*np.random.standard_normal((2,100))

x2=0.8*np.random.standard_normal((2,100))+np.array([[6],[2]]) #加二維數組

散點不重疊在一起

plt.plot(x1[0],x1[1],'g*')

plt.plot(x2[0],x2[1],'r*')

plt.title('2D散點圖')

plt.show() #結果圖為:

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3. 對數圖形繪制:

使用loglog函數即plt.loglog(x,y)

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams['font.sans-serif']=['simhei'] #指定預設字型

plt.rcParams['axes.unicode_minus']=False

x=np.linspace(0,10,200)

plt.loglog(x,2*x*2,label='二次多項式',linestyle='--',linewidth=3)

plt.loglog(x,4*x*4,label='四次多項式',linestyle='-.',linewidth=3)

plt.loglog(x,5*np.exp(x),label='指數次多項式',linewidth=3)

plt.title('對數圖')

#plt.axis([10*-2,10*2,10*-5,10*6]) #???思考遺留問題:如何調整指數函數x,y軸的範圍

plt.legend(loc='best')

plt.show()

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4. 繪圖格式化

(1) 常見的繪圖格式參數:

linestyle用于設定線條樣式,其中描述solid表字元串’-’(實線),dashed表‘--’(虛線),dashed dotted表‘-,’dotted表‘:’。

color用于設定繪圖的顔色,其中有描述blue(字元串用b),green(字元串用g),red(字元串用r),cyan青色(字元串表c),magenta洋紅(字元串表m),yellow、black、white(字元串表y、b、w)

Marker對圖形坐标點标記,其中字元串參數(描述)分别為:.(point)、,(pixel)、。(circle)、*(star)、d,D(thin diamond,diamond)等

注意:格式化指令可以使用短字元串文法格式:例如,plt.plot(x,’go’)

執行個體:疊代計算出了正弦曲線上噪點的平均值

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

def avg(x): #函數avg使用roll調用來移動數組中所有的值。

"""simple running average"""

return(np.roll(x,1)+x+np.roll(x,-1)) #np.roll(x,2)是循環移位函數,表示向右循環移位2位

x=np.linspace(-2*np.pi,2*np.pi,200)

y=np.sin(x)+0.4*np.random.rand(200)

for iteration in range(3):

plt.subplot(3,1,iteration+1) 使用subplot指令将多個繪圖放置于一個圖形視窗中

plt.plot(x,y,label='{:d} average{}'.format(iteration,'s' if iteration> 1 else''))

plt.yticks([])

plt.legend(loc='lower left',frameon=False)

y=avg(y)

plt.subplots_adjust(hspace=0.7) #在同一個圖形視窗中進行多次繪圖的執行個體圖

python 科研作圖_Python3.0科學計算學習之繪圖(一)

(2) savefig指令,允許使用者将圖形儲存為圖像格式,該指令支援多種圖像和檔案格式,可用檔案擴充名指定:plt.savefig('test.pdf')

為将圖像放在非白色的背景上,可設定transparent參數使得圖檔背景透明plt.savefig('test.pdf',transparent=True)

plt.savefig('test.pdf',bbox_inches='tight') #如果要将圖形嵌入LaTeX文檔中,為減少周圍的空白區域,建議通過在圖紙周圍設定圖形的邊框