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Matplotlib入门指南：从安装到绘制基本图形

news 2025/7/5 0:05:30

1. Matplotlib简介

Matplotlib是Python中最著名的2D绘图库，它提供了一个类似于MATLAB的绘图框架，可以轻松地将数据可视化。无论是简单的折线图，还是复杂的三维图形，Matplotlib都能胜任。

作为一个开源库，Matplotlib被广泛应用于数据科学、机器学习、工程计算等领域。它的主要特点包括：

支持多种图形类型（线图、柱状图、散点图、饼图等）
高度可定制化（颜色、线型、标签等）
支持LaTeX格式的文本和公式
可以导出多种格式（PNG、PDF、SVG等）

2. Matplotlib安装

在开始使用Matplotlib之前，我们需要先安装它。安装方法非常简单，可以通过Python的包管理工具pip来完成。

安装步骤

确保你已经安装了Python（推荐Python 3.6+版本）
打开命令行（Windows）或终端（Mac/Linux）
输入以下命令并回车：

pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple matplotlib

验证安装

安装完成后，可以通过以下代码验证是否安装成功：

import matplotlib
print(matplotlib.__version__)

如果没有报错并输出版本号，说明安装成功。

3. Matplotlib Pyplot基础

Pyplot是Matplotlib的一个子模块，提供了类似于MATLAB的绘图接口，是初学者最容易上手的部分。

3.1 使用plot绘制图案

plot() 用于画图它可以绘制点和线，语法格式如下：

# 画单条线
#API怎么看: [arg] 代表可以省略这个参数 arg=None代表默认为None
plot([x], y, [fmt], *, data=None, **kwargs)

# 画多条线
plot([x], y, [fmt], [x2], y2, [fmt2], ..., **kwargs)

3.1.1 绘制直线图

最简单的图形就是直线图，下面是绘制一条从(0,0)到(1,1)的直线的代码：

import matplotlib.pyplot as plt# 定义x和y的值
x = [0, 1]
y = [0, 1]# 绘制图形
plt.plot(x, y)# 显示图形
plt.show()

运行这段代码，你会看到一个简单的直线图窗口。

3.1.2 绘制折线图

折线图是数据分析中最常用的图形之一，下面是绘制折线图的示例：

import matplotlib.pyplot as plt# 定义x和y的值
x = [1, 2, 3, 4, 5]
y = [2, 4, 6, 8, 10]# 绘制图形
plt.plot(x, y)# 添加标题和标签
plt.title("简单的折线图")
plt.xlabel("X轴")
plt.ylabel("Y轴")# 显示图形
plt.show()

3.1.3 省略x轴的值

当只提供y值时，Matplotlib会自动使用0,1,2,...作为x值：

import matplotlib.pyplot as plt# 只定义y的值
y = [3, 5, 2, 7, 4]# 绘制图形
plt.plot(y)# 显示图形
plt.show()

3.1.4 绘制sin和cos图案

Matplotlib非常适合绘制数学函数图形，下面是绘制sin和cos函数的示例：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np# 生成x值（从0到2π，间隔0.1）
x = np.arange(0, 2*np.pi, 0.1)# 计算sin和cos值
y_sin = np.sin(x)
y_cos = np.cos(x)# 绘制两条曲线
plt.plot(x, y_sin, label='sin(x)')
plt.plot(x, y_cos, label='cos(x)')# 添加图例
plt.legend()# 添加标题
plt.title("Sin和Cos函数图形")# 显示图形
plt.show()

3.1.5 绘制圆形图案

虽然plot主要用于绘制线图，但通过巧妙使用参数，我们也可以绘制圆形：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np# 生成角度值（0到2π）
theta = np.linspace(0, 2*np.pi, 100)# 圆的x和y坐标
r = 5  # 半径
x = r * np.cos(theta)
y = r * np.sin(theta)# 绘制圆形
plt.plot(x, y)# 设置坐标轴比例相同，使圆形不变形
plt.axis('equal')# 添加标题
plt.title("圆形图案")# 显示图形
plt.show()