Python怎么用matplotlib画图_Matplotlib数据可视化绘图教程-Python教程-PHP中文网

答案：Matplotlib是Python数据可视化基础库，提供精细控制绘图细节的能力，核心步骤包括导入模块、准备数据、调用绘图函数并展示图表；它支持线图、散点图、柱状图、直方图等多种图表类型，结合Seaborn可实现高效美观的统计可视化；通过设置中文字体（如SimHei）解决中文显示问题；利用animation模块可创建动态图，通过事件处理和Widgets实现交互式图表。

python怎么用matplotlib画图_matplotlib数据可视化绘图教程

Python中，要用Matplotlib画图，核心步骤就是导入

matplotlib.pyplot

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模块，准备好你的数据，然后调用各种绘图函数（比如

plt.plot()

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用于线图，

plt.scatter()

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用于散点图），最后通常会加上标题、轴标签，并用

plt.show()

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来展示图表。它提供了一个非常灵活的画布，让你能精细控制图表的每一个细节。

解决方案

说起Matplotlib，我总觉得它就像是Python数据可视化领域的一把瑞士军刀，虽然有时候用起来感觉有点“原始”，但它几乎能满足你所有天马行空的需求。初次接触，你可能会觉得它的API有点庞杂，但一旦掌握了基础，你会发现它强大的定制能力简直是绘图者的福音。

首先，当然是安装和导入：

pip install matplotlib

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然后在你的Python脚本里：

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import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np # 经常会和numpy一起用，用来生成数据

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最基本的绘图，我们从一个简单的线图开始。假设我们有一些随时间变化的数据：

# 准备数据
x = np.linspace(0, 10, 100) # 0到10之间100个点
y = np.sin(x) # y是x的正弦值

# 创建图表
plt.figure(figsize=(8, 4)) # 可以指定图表的尺寸，比如宽8英寸，高4英寸
plt.plot(x, y, label='sin(x)曲线', color='blue', linestyle='--', marker='o', markersize=4) # 绘制线图，可以指定颜色、线型、标记点等

# 添加图表元素
plt.title('简单的正弦曲线图') # 图表标题
plt.xlabel('X轴') # X轴标签
plt.ylabel('Y轴') # Y轴标签
plt.legend() # 显示图例
plt.grid(True) # 显示网格

# 展示图表
plt.show()

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这里我用了

plt.figure()

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来创建一个新的图形，虽然不显式调用也行，但显式地管理图形和子图（Axes）是Matplotlib更推荐的面向对象用法。

plt.plot()

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是画线图的，它有很多参数可以控制线的样式。

除了线图，散点图也极其常用：

# 散点图示例
np.random.seed(42) # 为了结果可复现
x_scatter = np.random.rand(50) * 10
y_scatter = np.random.rand(50) * 10
sizes = np.random.rand(50) * 100 + 20 # 随机大小
colors = np.random.rand(50) # 随机颜色

plt.figure(figsize=(7, 6))
plt.scatter(x_scatter, y_scatter, s=sizes, c=colors, alpha=0.7, cmap='viridis', edgecolors='w')
plt.title('随机散点图')
plt.xlabel('X值')
plt.ylabel('Y值')
plt.colorbar(label='颜色强度') # 添加颜色条
plt.show()

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这里

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参数控制点的大小，

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控制颜色，

alpha

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控制透明度，

cmap

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指定色图。

绘制柱状图和直方图也很直接：

# 柱状图示例
categories = ['A', 'B', 'C', 'D', 'E']
values = [23, 45, 56, 12, 39]

plt.figure(figsize=(6, 5))
plt.bar(categories, values, color=['skyblue', 'lightcoral', 'lightgreen', 'orange', 'purple'])
plt.title('各类别的数值分布')
plt.xlabel('类别')
plt.ylabel('数值')
plt.show()

# 直方图示例
data_hist = np.random.randn(1000) # 1000个服从标准正态分布的随机数

plt.figure(figsize=(7, 5))
plt.hist(data_hist, bins=30, color='teal', alpha=0.7, edgecolor='black') # bins指定直方图的条数
plt.title('随机数分布直方图')
plt.xlabel('数值范围')
plt.ylabel('频数')
plt.show()

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你会发现，Matplotlib的灵活性在于，几乎所有元素——从线条粗细到字体大小，从背景颜色到边框样式——都可以通过参数或方法进行调整。更高级的用法，比如多子图布局（

plt.subplot()

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或

plt.subplots()

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），3D绘图（

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

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），甚至是动画，它都有对应的模块和函数支持。理解

Figure

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（整个画布）和

Axes

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（实际绘图区域）的概念，是掌握Matplotlib面向对象编程的关键，它能让你更好地组织和控制复杂的图表。

Matplotlib和Seaborn有什么区别，我应该选择哪个库？

这绝对是初学者最常问的问题之一，而且我也曾为此纠结过。简单来说，Matplotlib是Python绘图的基石，它提供了非常底层且精细的控制能力，就像是你手里拿着画笔和颜料，可以从零开始创作一幅画。你可以精确地控制每一个像素、每一条线、每一个文本的位置和样式。这种“完全掌控”的感觉既是它的优点，也是它的学习曲线所在。

而Seaborn，你可以把它理解为在Matplotlib之上封装的一个高级统计图形库。它就像是Matplotlib的“升级版”或者“助手”，专注于统计数据可视化，并且默认的图表样式更加美观、专业。Seaborn内置了许多常用的统计图表类型（如热力图、小提琴图、联合分布图等），并且在处理Pandas DataFrame时更加得心应手。它会自动帮你处理很多Matplotlib中需要手动设置的细节，比如颜色方案、图例位置、轴标签等，让你能用更少的代码画出更漂亮的图。

那么，应该选择哪个呢？我的看法是，它们并非互斥，而是互补的。

选择Matplotlib：当你需要对图表有极致的控制力，或者需要绘制一些非常规、高度定制化的图表时。例如，你可能需要在一个图上叠加多种不同类型的子图，或者需要精确调整某个元素的边距。如果你对性能有较高要求，或者需要绘制大量的简单图表，Matplotlib的底层特性可能会更直接。
选择Seaborn：当你主要进行统计数据分析，需要快速生成美观且信息量丰富的统计图表时。它能让你更专注于数据本身，而不是绘图的细节。Seaborn的默认样式通常比Matplotlib更吸引人，而且它与Pandas的集成非常紧密，使得数据探索变得非常高效。

实际上，最好的实践是结合使用。你完全可以用Seaborn来快速生成一个漂亮的统计图，然后利用Matplotlib的API对其进行微调，比如修改字体、添加自定义注释、调整轴的范围等。Seaborn负责“大方向”和“美学”，Matplotlib负责“细节”和“定制”。例如，你可以先用

sns.scatterplot()

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画出散点图，然后用

plt.title()

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、

plt.xlabel()

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等Matplotlib函数来完善图表。这种协作方式，能让你既享受到Seaborn的便捷，又不失Matplotlib的强大。

Matplotlib如何处理中文显示问题？

Matplotlib在默认情况下，对中文的支持确实有点“水土不服”，经常会出现中文乱码（显示为方块或问号）的情况。这主要是因为Matplotlib默认使用的字体通常不包含中文字符集。解决这个问题，核心就是告诉Matplotlib使用一个支持中文的字体。

我通常会采取以下几种方法，它们都能有效解决问题：

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方法一：全局设置字体（推荐） 这是最常用也最一劳永逸的方法。通过修改

rcParams

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配置，可以全局设置字体。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 设置中文字体
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei'] # 指定默认字体为黑体
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False   # 解决保存图像时负号'-'显示为方块的问题

# 示例代码
x = np.linspace(0, 10, 100)
y = np.sin(x)

plt.figure(figsize=(8, 4))
plt.plot(x, y)
plt.title('正弦曲线图（中文标题）')
plt.xlabel('X轴（中文标签）')
plt.ylabel('Y轴（中文标签）')
plt.legend(['我的曲线']) # 即使是图例也要注意
plt.show()

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这里的

'SimHei'

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是Windows系统自带的黑体字体。如果你在macOS或Linux系统上，可能需要换成其他支持中文的字体，比如macOS上的

'Heiti TC'

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、

'PingFang SC'

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，或者Linux上的

'WenQuanYi Micro Hei'

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（文泉驿微米黑）。你可以通过

matplotlib.font_manager

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模块来查找系统中的可用字体：

from matplotlib import font_manager

font_list = font_manager.findSystemFonts(fontpaths=None, fontext='ttf')
# for font in font_list:
#     print(font) # 打印所有找到的字体路径，然后你可以从中选择一个中文字体名

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找到字体文件后，获取其名称（通常是文件名不带扩展名，或者字体属性中的Family Name），然后设置给

font.sans-serif

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。

方法二：在特定文本元素中指定字体 如果你不想全局修改，只希望在某个标题或标签上使用中文，也可以在相应的绘图函数中通过

fontproperties

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参数来指定字体。

from matplotlib.font_manager import FontProperties

# 假设你的系统里有SimHei字体
# font_path = '/System/Library/Fonts/STHeiti Light.ttc' # macOS示例路径
# font_path = 'C:/Windows/Fonts/simhei.ttf' # Windows示例路径
# font_path = '/usr/share/fonts/truetype/wqy/wqy-microhei.ttc' # Linux示例路径
# 我通常会直接用字体名，Matplotlib会自己去寻找
my_font = FontProperties(fname='C:/Windows/Fonts/simhei.ttf', size=12) # 需要指定字体文件的完整路径

plt.figure(figsize=(8, 4))
plt.plot(x, y)
plt.title('正弦曲线图', fontproperties=my_font)
plt.xlabel('X轴', fontproperties=my_font)
plt.ylabel('Y轴', fontproperties=my_font)
plt.show()

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这种方式比较麻烦，因为你需要知道字体文件的具体路径，而且每次都要传入

fontproperties

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对象。所以，一般情况下，我还是更倾向于使用第一种全局设置的方法。

小贴士： 设置完字体后，有时可能需要重启Python环境或Jupyter Notebook才能让更改生效。如果还是有问题，可以尝试删除Matplotlib的缓存文件，通常在用户目录下的

.matplotlib

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文件夹中。

Matplotlib绘制动态图或交互式图表有哪些方法？

Matplotlib在动态图和交互式图表方面，虽然不像一些专门的JavaScript库（如D3.js、Plotly.js）那样天生为Web交互而生，但它也提供了强大的功能来创建动态可视化和一定程度的桌面交互。

1. 绘制动态图（动画）

Matplotlib的

animation

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模块是实现动态图的核心。它的基本原理是：定义一个绘图函数，这个函数在每一帧都会被调用，用于更新图表的数据和样式，然后

animation

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模块会连续调用这个函数，并将每一帧保存下来，最终生成一个动画。

最常见的两种动画类型是

FuncAnimation

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和

ArtistAnimation

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。我个人更常用

FuncAnimation

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，因为它更灵活，可以控制每一帧的更新逻辑。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from matplotlib.animation import FuncAnimation

# 创建一个空的图和轴
fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 5))
xdata, ydata = [], []
line, = ax.plot([], [], 'r-', animated=True) # animated=True 优化渲染

# 初始化函数：设置初始背景
def init():
    ax.set_xlim(0, 2 * np.pi)
    ax.set_ylim(-1.1, 1.1)
    return line,

# 更新函数：每一帧都会调用，更新数据
def update(frame):
    xdata.append(frame)
    ydata.append(np.sin(frame))
    line.set_data(xdata, ydata)
    return line,

# 创建动画
# frames: 帧数，这里从0到2*pi，步长0.1
# interval: 每帧之间的毫秒数
# blit: 优化渲染，只重绘有变化的部分
ani = FuncAnimation(fig, update, frames=np.arange(0, 2 * np.pi, 0.1),
                    init_func=init, blit=True, interval=50)

# 保存动画（需要安装ffmpeg或ImageMagick）
# ani.save('sine_wave.gif', writer='imagemagick', fps=20) # 保存为GIF
# ani.save('sine_wave.mp4', writer='ffmpeg', fps=20) # 保存为MP4

plt.title('动态正弦波')
plt.xlabel('时间')
plt.ylabel('振幅')
plt.grid(True)
plt.show()

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这段代码会生成一个动态绘制正弦波的动画。你需要确保你的系统安装了

ffmpeg

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或

ImageMagick

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才能将动画保存为视频或GIF文件。如果没有，

ani.save()

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会报错，但你仍然可以在窗口中看到动画效果。

2. 绘制交互式图表

Matplotlib的交互性主要体现在桌面环境中，通过鼠标事件（点击、拖拽、滚轮）或键盘事件来改变图表的显示。这通常涉及到事件处理。

基本事件处理：你可以注册回调函数来响应鼠标或键盘事件。

def onclick(event):
    if event.button == 1: # 鼠标左键点击
        print(f'你点击了图表在数据坐标 ({event.xdata:.2f}, {event.ydata:.2f})')
    elif event.button == 3: # 鼠标右键点击
        print('右键点击')

fig, ax = plt.subplots()
ax.plot(np.random.rand(10))
fig.canvas.mpl_connect('button_press_event', onclick) # 注册鼠标点击事件
plt.title('点击图表')
plt.show()

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这只是一个简单的例子，你可以根据事件类型（

motion_notify_event

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用于鼠标移动，

key_press_event

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用于键盘按下等）注册不同的回调函数，实现缩放、平移、选择数据点等自定义交互。

mpl_toolkits.mplot3d

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的3D交互：当绘制3D图表时，Matplotlib窗口默认就支持鼠标拖拽旋转、滚轮缩放等交互功能。这对于探索三维数据非常有用。

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

fig = plt.figure(figsize=(10, 7))
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

# 绘制一个简单的螺旋线
t = np.linspace(-2 * np.pi, 2 * np.pi, 500)
x = np.sin(t)
y = np.cos(t)
z = t

ax.plot(x, y, z, label='3D螺旋线')
ax.set_xlabel('X轴')
ax.set_ylabel('Y轴')
ax.set_zlabel('Z轴')
ax.set_title('可交互的3D图')
ax.legend()
plt.show()

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运行这段代码，你会发现你可以用鼠标拖动图表来改变视角，用滚轮来缩放，非常直观。

使用Widgets：Matplotlib也提供了一些简单的交互式控件（Widgets），比如滑块（Slider）、按钮（Button）等，可以与图表结合使用，让用户通过这些控件来动态调整图表参数。这通常用于桌面应用开发。

总的来说，Matplotlib在创建复杂动画和桌面应用级别的交互方面表现出色。如果你需要Web浏览器上的高度交互式图表，可能需要考虑与Plotly、Bokeh或Altair等库结合，或者直接使用它们，因为它们更专注于Web端的可视化和交互。但对于Python环境下的动态展示和基础交互，Matplotlib的