matplotlib – markers～マーカースタイル

2020-01-03 / tau / コメントする

グラフ表示などで使えるマーカーの種類は以下の通り。

スタイル指定は以下の通り。

“.”	point	・
“,”	pixel	■
“o”	circle	●
“v”	triangle_down	▼
“^”	triangle_up	▲
“<“	triangle_left	◀
“>”	triangle_right	▶
“1”	tri_down	下向き三又
“2”	tri_up	上向き三又
“3”	tri_left	左向き三又
“4”	tri_right	右向き三又
“8”	octagon	⯃
“s”	square	■
“p”	pentagon	⬟
“*”	star	★
“h”	hexagon1	⬢
“H”	hexagon2	⬣
“+”	plus	＋
“x”	x	×
“D”	diamond	◆
“d”	thin_diamond	♦
“\|”	vline	｜
“_”	hline	―
“P”	plus_filled	✚
“X”	x_filled	✖
0	tickleft	╴
1	tickright	╶
2	tickup	╵
3	tickdown	╷
4	caretleft	⯇
5	caretright	⯈
6	caretup	⯅
7	caretdown	⯆
8	caretleftbase	中心ベース左キャレット
9	caretrightbase	中心ベース右キャレット
10	caretupbase	中心ベース上キャレット
11	caretdownbase	中心ベース下キャレット
“None”	マーカーなし
None	マーカーなし	●が表示
” “	マーカーなし
“”	マーカーなし

Python3 – 条件式によるコレクションの要素の抽出

2020-01-03 / tau / コメントする

リストからの要素の抽出

リストから条件に合う要素だけを取り出し、リストとして返す。

lst1 = [0, 1, 2, 3, 4]
print([x for x in lst1 if x > 2])

# [3, 4]

lst1 = [0, 1, 2, 3, 4]

print([x for x in lst1 if x > 2])

# [3, 4]

一部要素がNoneを含む場合にスキップ。

lst2 = [1, None, 2, 3, None]
print([x for x in lst2 if x != None])

# [1, 2, 3]

lst2 = [1, None, 2, 3, None]

print([x for x in lst2 if x != None])

# [1, 2, 3]

辞書からの要素の抽出

辞書から条件に合うキーあるいは値を探し、条件に合う要素のみの辞書として返す。

dct1 = {"one":1, "two":2, "three":3, "four":4, "five":5}
print({key:value for key, value in dct1.items() if value > 2})
print({key:value for key, value in dct1.items() if len(key)==3})

# {'three': 3, 'four': 4, 'five': 5}
# {'one': 1, 'two': 2}

dct1 = {"one":1, "two":2, "three":3, "four":4, "five":5}

print({key:value for key, value in dct1.items() if value > 2})

print({key:value for key, value in dct1.items() if len(key)==3})

# {'three': 3, 'four': 4, 'five': 5}

# {'one': 1, 'two': 2}

キーあるいは値がNoneの場合にスキップ。

dct2 = {"one":1, None:None, "two":2, "three":3, None:None}
print({key:value for key, value in dct2.items() if key != None})
print({key:value for key, value in dct2.items() if value != None})

# {'one': 1, 'three': 3, 'four': 4}
# {'one': 1, 'three': 3, 'four': 4}

dct2 = {"one":1, None:None, "two":2, "three":3, None:None}

print({key:value for key, value in dct2.items() if key != None})

print({key:value for key, value in dct2.items() if value != None})

# {'one': 1, 'three': 3, 'four': 4}

参考：`numpy.ndarray`の要素の抽出

numpy.ndarrayの要素の抽出は以下の手順で。

import numpy as np

ary1 = np.array([0, 1, 2, 3, 4])
print(ary1%2==1)
print(ary1[ary1%2==1])

# [False  True False  True False]
# [1 3]

import numpy as np

ary1 = np.array([0, 1, 2, 3, 4])

print(ary1%2==1)

print(ary1[ary1%2==1])

# [False True False True False]

# [1 3]

ndarrayに条件式を適用すると、各要素の条件への適合／不適合に対応したTrue/Falseを要素とするndarrayが生成される
ndarrayの要素にTrue/Falseを要素とするndarrayを適用すると、Trueに対応する要素だけで構成されるndarrayが生成される
これらをまとめて、ndarray[ndarrayの条件式]として、条件式にあう要素のみのndarrayが得られる

より詳細にはndarray – 条件式による要素の取り出しを参照。

mplot3d.Axes3D – 3次元グラフの概要

2020-01-02 / tau / コメントする

概要

Pythonのライブラリーを使った3次元グラフ表示の概要をまとめる。大きな流れは以下の通り。

# ライブラリーの読み込み
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

# Axes3Dオブジェクトの生成
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

# 各種描画処理

# プロットの表示
plt.show()

# ライブラリーの読み込み

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

# Axes3Dオブジェクトの生成

fig = plt.figure()

ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

# 各種描画処理

# プロットの表示

plt.show()

Axes3Dオブジェクトの生成で以下のようにしている例もあるが、古いバージョンのものであり、matplotlibのチュートリアルでは上記の方法を推奨している。

fig = plt.figure()
ax = Axes3D(fig)

1 2	fig = plt.figure() ax = Axes3D(fig)

なお、FigureオブジェクトとAxes3Dオブジェクトを1行で生成する方法がこちらに紹介されている。この方法だと1行ですみ、複数のAxes3Dを一度に生成できる。

fig, ax = plt.subplots(subplot_kw=dict(projection='3d'))

1	fig, ax = plt.subplots(subplot_kw=dict(projection='3d'))

各種描画処理

`scatter`～点の表示

2次元のscatterと同じで、x, y, zの3次元の座標を配列で指定。以下の例では立方体の8つの頂点を3次元空間内に表示する。

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

x = [1, 1, 2, 2, 1, 1, 2, 2]
y = [1, 2, 1, 2, 1, 2, 1, 2]
z = [1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2]
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection="3d")
ax.set_xlim3d(0, 3)
ax.set_ylim3d(0, 3)
ax.set_zlim3d(0, 3)
ax.scatter(x, y, z)

plt.show()

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

x = [1, 1, 2, 2, 1, 1, 2, 2]

y = [1, 2, 1, 2, 1, 2, 1, 2]

z = [1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2]

fig = plt.figure()

ax = fig.add_subplot(111, projection="3d")

ax.set_xlim3d(0, 3)

ax.set_ylim3d(0, 3)

ax.set_zlim3d(0, 3)

ax.scatter(x, y, z)

plt.show()

このコードの概要は以下の通り。

8つの頂点の座標の準備
- x, y, zの座標ごとに配列で準備
figureオブジェクトの取得
axesオブジェクトの取得
- axesオブジェクトの取得
- 3次元とするためにfig.add_subplot(111, projection="3d")としている
x,y,z軸の範囲を設定
- 3次元用のメソッドaxes.set_xlim3d(min, max)などで指定
点の表示
- axes.scatter(x, y, z)と3次元座標で指定

なお、上記の表示結果はマウスでドラッグして回転することができる。

`plot`～曲線の表示

Axes3D.plot(x, y, z)によって、3次元空間内に曲線を描く。

以下の例は、パラメータ表示された以下の曲線を描いている。

(1) $\begin{align*} x = t \cos t,\quad y = t \sin t,\quad z = t \qquad (0 \le t \le 8 \pi) \end{align*}$

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

t = np.linspace(0, 8 * np.pi, num=200)
x = t * np.cos(t)
y = t * np.sin(t)
z = t

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

ax.plot(x, y, z)

plt.show()

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

t = np.linspace(0, 8 * np.pi, num=200)

x = t * np.cos(t)

y = t * np.sin(t)

z = t

fig = plt.figure()

ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

ax.plot(x, y, z)

plt.show()

`plot_wireframe/plot_sufrace`～曲面の表示

meshgrideで生成した座標面に対するf(x, y)の位置を使って、3次元の曲面を描く。plot_wireframeはワイヤーフレーム、plot_surfaceはワイヤーフレームの中の面が塗りつぶされる。以下の例では、z = x² + y²の関数の形状を、ワイヤーフレームと曲面で描く。

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

x = np.linspace(-1, 1, 20)
y = np.linspace(-1, 1, 20)
x, y = np.meshgrid(x, y)
z = x**2 + y**2

h_ticks = np.linspace(-1, 1, 5)
v_ticks = np.linspace(0, 2, 5)

fig = plt.figure(figsize=(12, 5))

ax1 = fig.add_subplot(121, projection="3d")
ax1.set_xticks(h_ticks)
ax1.set_yticks(h_ticks)
ax1.set_zticks(v_ticks)
ax1.plot_wireframe(x, y, z)

ax2 = fig.add_subplot(122, projection="3d")
ax2.set_xticks(h_ticks)
ax2.set_yticks(h_ticks)
ax2.set_zticks(v_ticks)
ax2.plot_surface(x, y, z)

plt.show()

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

x = np.linspace(-1, 1, 20)

y = np.linspace(-1, 1, 20)

x, y = np.meshgrid(x, y)

z = x**2 + y**2

h_ticks = np.linspace(-1, 1, 5)

v_ticks = np.linspace(0, 2, 5)

fig = plt.figure(figsize=(12, 5))

ax1 = fig.add_subplot(121, projection="3d")

ax1.set_xticks(h_ticks)

ax1.set_yticks(h_ticks)

ax1.set_zticks(v_ticks)

ax1.plot_wireframe(x, y, z)

ax2 = fig.add_subplot(122, projection="3d")

ax2.set_xticks(h_ticks)

ax2.set_yticks(h_ticks)

ax2.set_zticks(v_ticks)

ax2.plot_surface(x, y, z)

plt.show()

このコードの概要は以下の通り。

表示させる放物面の準備
1. x,yの軸座標を生成
2. numpy.meshgrid()関数で全格子点の座標を生成
3. 格子点座標に対するzの値を計算
x,y軸の軸目盛をhticks、z軸の軸目盛をvticksとして準備
figureの生成
axesの1つ目を生成し、ワイヤーフレーム表示
1. x,y,z軸の軸目盛をaxes.set_xticks()などのメソッドで設定
2. ワイヤーフレームの描画ax1.plot_wireframe(x, y, z)
axesの2つ目を生成し、曲面表示
1. x,y,z軸の軸目盛をaxes.set_xticks()などのメソッドで設定
2. 曲面の描画ax1.plot_surface(x, y, z)

コンターの表示

指定したz座標の位置に、f(x, y)のコンターを描く。以下の例では、z = x² + y²の関数の曲面を描き、z=0の面にコンターを描く。

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

x = np.linspace(-1, 1, 50)
y = np.linspace(-1, 1, 50)
x, y = np.meshgrid(x, y)
z3 = np.sqrt(x**2 + y**2)
z4 = np.abs(x) + np.abs(y)

h_ticks = np.linspace(-1, 1, 5)
v_ticks = np.linspace(0, 2, 5)

fig = plt.figure(figsize=(12, 5))

ax3 = fig.add_subplot(121, projection="3d")
ax3.set_xticks(h_ticks)
ax3.set_yticks(h_ticks)
ax3.set_zticks(v_ticks)
ax3.plot_surface(x, y, z3)
ax3.contour(x, y, z3, offset=0)

ax4 = fig.add_subplot(122, projection="3d")
ax4.set_xticks(h_ticks)
ax4.set_yticks(h_ticks)
ax4.set_zticks(v_ticks)
ax4.plot_surface(x, y, z4)
ax4.contour(x, y, z4, offset=0)

plt.show()

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

x = np.linspace(-1, 1, 50)

y = np.linspace(-1, 1, 50)

x, y = np.meshgrid(x, y)

z3 = np.sqrt(x**2 + y**2)

z4 = np.abs(x) + np.abs(y)

h_ticks = np.linspace(-1, 1, 5)

v_ticks = np.linspace(0, 2, 5)

fig = plt.figure(figsize=(12, 5))

ax3 = fig.add_subplot(121, projection="3d")

ax3.set_xticks(h_ticks)

ax3.set_yticks(h_ticks)

ax3.set_zticks(v_ticks)

ax3.plot_surface(x, y, z3)

ax3.contour(x, y, z3, offset=0)

ax4 = fig.add_subplot(122, projection="3d")

ax4.set_xticks(h_ticks)

ax4.set_yticks(h_ticks)

ax4.set_zticks(v_ticks)

ax4.plot_surface(x, y, z4)

ax4.contour(x, y, z4, offset=0)

plt.show()

このコードの手順は上の曲面の表示とほぼ同じで、上記と異なる点は以下の通り。

2つの関数のコンターを比べるのに、xy平面上の点の原点からのL2ノルムとL1ノルムを使っている。
axes.contour()関数でコンターを描画している。
- contour(x, y, z, offset)のoffsetは、コンターを表示する平面のzの値で指定

numpy – meshgridの概要

2020-01-02 / tau / コメントする

格子の生成

3次元グラフの描画にも使われるnumpy.meshgrid()の動作の概要をまとめる。indexingやsparseといった引数については、別の機会に。

import numpy as np

x = np.linspace(-2, 2, 5)
y = np.linspace(-1, 1, 3)
print("x=:\n{}".format(x))
print("y=:\n{}".format(y))

x, y = np.meshgrid(x, y)
print("x=:\n{}".format(x))
print("y=:\n{}".format(y))

# x=:
# [-2. -1.  0.  1.  2.]
# y=:
# [-1.  0.  1.]
# x=:
# [[-2. -1.  0.  1.  2.]
#  [-2. -1.  0.  1.  2.]
#  [-2. -1.  0.  1.  2.]]
# y=:
# [[-1. -1. -1. -1. -1.]
#  [ 0.  0.  0.  0.  0.]
#  [ 1.  1.  1.  1.  1.]]

import numpy as np

x = np.linspace(-2, 2, 5)

y = np.linspace(-1, 1, 3)

print("x=:\n{}".format(x))

print("y=:\n{}".format(y))

x, y = np.meshgrid(x, y)

print("x=:\n{}".format(x))

print("y=:\n{}".format(y))

# x=:

# [-2. -1. 0. 1. 2.]

# y=:

# [-1. 0. 1.]

# x=:

# [[-2. -1. 0. 1. 2.]

# [-2. -1. 0. 1. 2.]

# [-2. -1. 0. 1. 2.]]

# y=:

# [[-1. -1. -1. -1. -1.]

# [ 0. 0. 0. 0. 0.]

# [ 1. 1. 1. 1. 1.]]

x, yがとる範囲を与えると、全格子点の座標が生成される。xが列、yが行を表すカウンターとみると、その内容は以下のようになる。

y\|x	-2	-1	0	1	2
-1	(-2, -1)	(-1, -1)	(0, -1)	(1, -1)	(2, -1)
0	(-2, 0)	(-1, 0)	(0, 0)	(1, 0)	(2, 0)
1	(-2, 1)	(-1, 1)	(0, 1)	(1, 1)	(2, 1)

各格子点位置のx, yの値が各配列の要素に合っていることが確認できる。

格子点座標による演算

生成された格子座標に演算を施したり関数に適用すると、各格子点位置の値が計算される。

z = x*x + y*y
print("z=:\n{}".format(z))

# z=:
# [[5. 2. 1. 2. 5.]
#  [4. 1. 0. 1. 4.]
#  [5. 2. 1. 2. 5.]]

z = x*x + y*y

print("z=:\n{}".format(z))

# z=:

# [[5. 2. 1. 2. 5.]

# [4. 1. 0. 1. 4.]

# [5. 2. 1. 2. 5.]]

matplotlib.pyplot.axes – 縦横比をそろえる

2020-01-02 / tau / コメントする

pyplot.axesでグラフを表示する際に、縦横比を1:1に揃えたい場合。

axes.set_aspect('equal')

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

num_points = 50
x = np.zeros(num_points)
y = np.zeros(num_points)

for n in range(0, 50):
    x[n] = np.random.rand()
    y[n] = np.random.rand()

fig = plt.figure()
ax1 = fig.add_subplot(211)
ax2 = fig.add_subplot(212)

ax1.grid(True)
ax2.grid(True)

ax2.set_aspect('equal')

ax1.scatter(x, y)
ax2.scatter(x, y)

plt.show()

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

num_points = 50

x = np.zeros(num_points)

y = np.zeros(num_points)

for n in range(0, 50):

x[n] = np.random.rand()

y[n] = np.random.rand()

fig = plt.figure()

ax1 = fig.add_subplot(211)

ax2 = fig.add_subplot(212)

ax1.grid(True)

ax2.grid(True)

ax2.set_aspect('equal')

ax1.scatter(x, y)

ax2.scatter(x, y)

plt.show()

matplotlib.pyplot.axes – 任意位置へのグラフの配置

2020-01-01 / tau / コメントする

グラフを任意の位置に任意のサイズで表示する手順。

pyplot.axes(rect)

ここでrect = [left, bottom, width, height]で指定し、left, bottmはグラフの左下隅の位置、width, heightはグラフのサイズ。それぞれの値は、figureの範囲を0, 1とした場合の相対値。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x = np.linspace(-np.pi, np.pi, num=100, endpoint=True)
y1 = np.sin(x)
y2 = np.sin(x*2)
y3 = np.cos(x*2)

fig = plt.figure()
ax1 = plt.axes([0.1, 0.3, 0.8, 0.6])
ax2 = plt.axes([0.1, 0.1, 0.8, 0.2])
ax3 = plt.axes([0.55, 0.35, 0.3, 0.2])

ax1.set_ylim(-1, 1)
ax2.set_ylim(-1, 1)

ax1.tick_params(labelbottom=False)
ax2.tick_params(labelleft=False)

ax3.set_title("cos 2x curve")

ax1.plot(x, y1)
ax2.plot(x, y2)
ax3.plot(x, y3)

plt.show()

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

x = np.linspace(-np.pi, np.pi, num=100, endpoint=True)

y1 = np.sin(x)

y2 = np.sin(x*2)

y3 = np.cos(x*2)

fig = plt.figure()

ax1 = plt.axes([0.1, 0.3, 0.8, 0.6])

ax2 = plt.axes([0.1, 0.1, 0.8, 0.2])

ax3 = plt.axes([0.55, 0.35, 0.3, 0.2])

ax1.set_ylim(-1, 1)

ax2.set_ylim(-1, 1)

ax1.tick_params(labelbottom=False)

ax2.tick_params(labelleft=False)

ax3.set_title("cos 2x curve")

ax1.plot(x, y1)

ax2.plot(x, y2)

ax3.plot(x, y3)

plt.show()

matplotlib.pyplot – axesとsubplotによる複数グラフの表示

2020-01-01 / tau / コメントする

概要

1つのfigureの中に複数のaxesを表示する方法には、add_subplot()メソッド、subplots()メソッドの2通りがある。

`add_subplot()`による方法

Figure.add_subplot()は既存のfigureオブジェクトにsubplotを追加してAxesオブジェクトを生成する。

add_subplot(): figureに1つのAxesオブジェクトを生成
add_subplot(pos): posは行数・列数・位置を表す3桁の整数。例えば234なら、2行3列のうち4番目の図。各数は当然10未満でなければならない。
add_subplot(nrows, ncols, index): 上記のposを分解して指定。行数・列数が多いときに使える。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x = np.linspace(-np.pi, np.pi, num=100, endpoint=True)
y1 = np.sin(x*2)
y2 = np.cos(x*2)

fig1 = plt.figure()
ax1 = fig1.add_subplot()

ax1.plot(y1)

fig2 = plt.figure()
fig2.subplots_adjust(hspace = 0.4)
ax2 = fig2.add_subplot(211)
ax3 = fig2.add_subplot(2, 1, 2)

ax2.set_title("sin 2x curve")
ax2.grid(True)
ax2.plot(x, y1)

ax3.set_title("cos 2x curve")
ax3.grid(True)
ax3.plot(x, y2)

plt.show()

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

x = np.linspace(-np.pi, np.pi, num=100, endpoint=True)

y1 = np.sin(x*2)

y2 = np.cos(x*2)

fig1 = plt.figure()

ax1 = fig1.add_subplot()

ax1.plot(y1)

fig2 = plt.figure()

fig2.subplots_adjust(hspace = 0.4)

ax2 = fig2.add_subplot(211)

ax3 = fig2.add_subplot(2, 1, 2)

ax2.set_title("sin 2x curve")

ax2.grid(True)

ax2.plot(x, y1)

ax3.set_title("cos 2x curve")

ax3.grid(True)

ax3.plot(x, y2)

plt.show()

`subplots()`による方法

Figure.subplots()は行数と列数を指定して各位置のaxesを配列として一度に生成する。

subplots(nrows=1, ncols=1, figsize=(6.4, 4.8)): nrows、ncolsはsubplotの行数・列数。

戻り値はaxesの配列だが、行数・列数によって配列の次元が違ってくるので注意。

行数・列数とも1の場合（あるいはnrows、ncolsを省略した場合）	Axesオブジェクトが1つ生成される。
行数・列数のいずれかが1の場合	1次元のAxesオブジェクトの配列が生成される。
行数・列数とも1より大きい場合	nrows×ncolsのサイズで2次元のAxesオブジェクトの配列が生成される。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x = np.linspace(-np.pi, np.pi, num=100, endpoint=True)

fig1, ax1 = plt.subplots()

ax1 = ax1.plot(np.sin(x))

fig2, ax2 = plt.subplots(3, 1)

for n in range(3):
    ax2[n].plot(np.sin(x * (n + 1)))

fig3, ax3 = plt.subplots(2, 2, figsize=(6.4, 4.8))

ax3[0, 0].plot(np.sin(x))
ax3[0, 1].plot(np.cos(x))
ax3[1, 0].plot(np.sin(x * 2))
ax3[1, 1].plot(np.cos(x * 2))

plt.show()

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

x = np.linspace(-np.pi, np.pi, num=100, endpoint=True)

fig1, ax1 = plt.subplots()

ax1 = ax1.plot(np.sin(x))

fig2, ax2 = plt.subplots(3, 1)

for n in range(3):

ax2[n].plot(np.sin(x * (n + 1)))

fig3, ax3 = plt.subplots(2, 2, figsize=(6.4, 4.8))

ax3[0, 0].plot(np.sin(x))

ax3[0, 1].plot(np.cos(x))

ax3[1, 0].plot(np.sin(x * 2))

ax3[1, 1].plot(np.cos(x * 2))

plt.show()

行や列のぶち抜きグラフを描きたいとき

以下のようなグラフを描きたいときの方法はこちら。

`subplot`の間隔や位置調整

figure内にsubplotで配置されたグラフの間隔やマージンを調整するにはsubplots_adjust()メソッドを用いる。

詳細な使い方はこちらを参照。

matplotlib.pyplot – axesによる表示（グラフエリアの表示要素）

2020-01-01 / tau / コメントする

概要

pyplotでグラフを描画する場合、pyplotのメソッドであるplotやxlimを使うのが簡易だが、figureオブジェクトの下にaxesオブジェクトを生成して操作する方法がある。ここではaxesオブジェクトによる方法を整理してみた。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x = np.linspace(-np.pi, np.pi, num=100, endpoint=True)
y = np.sin(x*2)

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111)

ax.plot(x, y, label="sin 2x")

# タイトル設定
ax.set_title("sin 2x curve")
# x軸・y軸のラベル
ax.set_xlabel("angle")
ax.set_ylabel("sin")
# x軸・y軸の範囲
ax.set_xlim(-np.pi, np.pi)
ax.set_ylim(-1, 1)
# x軸・y軸の目盛設定
ax.set_xticks([-np.pi, -np.pi/2, 0, np.pi/2, np.pi])
ax.set_xticklabels(["-pi", "-pi/2", "0", "pi/2", "pi"])
ax.set_yticks([-1, -0.5, 0, 0.5, 1])
# 凡例
ax.legend(loc="upper right")
# 格子の表示
ax.grid(True)
# 水平線・垂直線の表示
ax.hlines([-0.5, 0.5], -np.pi, np.pi, linestyles="dotted")
ax.vlines([-np.pi/2, np.pi/2], -1, 1, linestyles="dashdot")

plt.show()

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

x = np.linspace(-np.pi, np.pi, num=100, endpoint=True)

y = np.sin(x*2)

fig = plt.figure()

ax = fig.add_subplot(111)

ax.plot(x, y, label="sin 2x")

# タイトル設定

ax.set_title("sin 2x curve")

# x軸・y軸のラベル

ax.set_xlabel("angle")

ax.set_ylabel("sin")

# x軸・y軸の範囲

ax.set_xlim(-np.pi, np.pi)

ax.set_ylim(-1, 1)

# x軸・y軸の目盛設定

ax.set_xticks([-np.pi, -np.pi/2, 0, np.pi/2, np.pi])

ax.set_xticklabels(["-pi", "-pi/2", "0", "pi/2", "pi"])

ax.set_yticks([-1, -0.5, 0, 0.5, 1])

# 凡例

ax.legend(loc="upper right")

# 格子の表示

ax.grid(True)

# 水平線・垂直線の表示

ax.hlines([-0.5, 0.5], -np.pi, np.pi, linestyles="dotted")

ax.vlines([-np.pi/2, np.pi/2], -1, 1, linestyles="dashdot")

plt.show()

各メソッドの説明

axesオブジェクトの生成

ax = fig.add_subplot(arg)

figureオブジェクトからaxesオブジェクトを生成する。subplot()の引数argの指定方法には2通りある。

なお、figureオブジェクトに属するaxesオブジェクトが1つの場合は以下のような指定もできる。

fig, ax = plt.subplots()

以後、グラフの描画やグラフエリアに対する表示オプションの設定は、得られたaxesオブジェクトのメソッドで行う。

グラフタイトル

axes.set_title(label[, loc])

文字列labelをグラフ上部に表示する。表示位置はloc="left"/"center"/"right"で指定(デフォルトは"center")

軸の設定

軸ラベル

axes.set_xlabel(label)
axes.set_ylabel(label)

文字列labelをx軸/y軸のラベルとして設定する。

set_xlabel()/set_ylabel()～軸のラベル

軸のスケール

axes.set_xscale(scale)
axes.set_yscale(scale)

軸のスケールを設定する。スケールの種類は以下の通り。

'linear'：通常の線形軸
'log'：対数軸
'symlog'：負の領域も含めた対数軸（−log (−x) for x < 0）
'logit'：？

軸の範囲

axes.set_xlim(left, right)
axes.set_ylim(bottom, top)

x軸・y軸の上限・下限を設定する。引数指定の変化などはpyplotのメソッドと同様。

軸目盛の設定

axes.set_xticks(ticks)
axes.set_yticks(ticks)

ticksのリスト等の要素で軸目盛を設定する。軸目盛のラベルを変更したい場合は、ticksと同じ要素数のlabelsで以下を実行する。

axes.set_xticklabels(labels)
axes.set_yticklabels(labels)

なお、軸のラベルを非表示にしたいときは、以下のように指定する。

axes.tick_params(labelbottom=False,
                 labelleft=False,
                 labelright=False,
                 labeltop=False)

axes.tick_params(labelbottom=False,

labelleft=False,

labelright=False,

labeltop=False)

軸目盛を非表示にしたいときは以下を指定。

axes.tick_params(bottom=False, left=False, right=False, top=False)

1	axes.tick_params(bottom=False, left=False, right=False, top=False)

軸の調整

軸の表示位置はspines()で指定する
複数グラフの外側だけに軸ラベル・目盛ラベルを表示するには、各AxesオブジェクトについてAxes.label_outer()を実行する

凡例

pyplot.legend(loc=location)

データに設定されたラベルで、locationで指定した位置に凡例を表示する。locationの指定方法はpyplot.legendと同じ。

詳細はpyplot – legendを参照。

格子

pyplot.grid(True/False)

Trueを指定すると、軸目盛に対応した格子が描かれる。

水平線・垂直線

axes.hlines([y, xmin, xmax, colors='k', linestyles='solid', label='']
axes.vlines([x, ymin, ymax, colors='k', linestyles='solid', label='']

指定した位置に水平線・垂直線を描く。引数の指定方法はpyplot.legendと同じ。

テキスト

axes.text(x, y, str, size=size, color=color)

指定した位置にstrを表示させる。

参考サイト

pyplot→pltを使う方法、axes→axを使う方法などがネット上にもそれぞれ存在していたが、以下の記事がたいへん参考になった。感謝したい。

早く知っておきたかったmatplotlibの基礎知識・・・

matplotlib.pyplot – figure～複数の図の描画

2020-01-01 / tau / コメントする

概要

pyplot.figure()は、実行のたびに新たなfigureオブジェクトを生成する。コンソールからの実行環境下では、各figureオブジェクトは別々のウィンドウとして表示され、それぞれにファイルへの保存が可能。

以下の例では、2つのfigureオブジェクトを生成し、それぞれにグラフをプロットし、それらをファイルに保存している。

figureで生成される図のサイズはfigsize=(width, height)で指定し、width, heightはインチ単位で指定する。省略した場合のデフォルトサイズは、6.4in×4.8in。

なお、figureオブジェクトを生成してグラフを描画する場合、直接figureに対してではなく、その中にaxesオブジェクトを追加して操作するのが通常。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x = np.linspace(-np.pi, np.pi)
y1 = np.sin(x)
y2 = np.cos(x)

fig1 = plt.figure(figsize=(8, 6))
fig1.suptitle("Figure-1")
plt.plot(x, y1)

fig2 = plt.figure()
fig2.suptitle("Figure-2")
plt.plot(x, y2)

fig1.savefig("matplotlib_pyplot_fig_1.png")
fig2.savefig("matplotlib_pyplot_fig_2.png")

plt.show()

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

x = np.linspace(-np.pi, np.pi)

y1 = np.sin(x)

y2 = np.cos(x)

fig1 = plt.figure(figsize=(8, 6))

fig1.suptitle("Figure-1")

plt.plot(x, y1)

fig2 = plt.figure()

fig2.suptitle("Figure-2")

plt.plot(x, y2)

fig1.savefig("matplotlib_pyplot_fig_1.png")

fig2.savefig("matplotlib_pyplot_fig_2.png")

plt.show()

matplotlib_pyplot_fig_1.png

matplotlib_pyplot_fig_2

matplotlib.pyplot – subplotによる複数グラフの描画

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概要

pyplot.subplot()によって、一つのウィンドウに複数のグラフを描画できる。

subplot(rows, cols, positon) subplot(rcp)

rowsでグラフの行数、colsで列数を指定。positionはrows*colsの中での描画位置を1つの数値で指定し、1行1列目→1行2列目→・・・→2行1列目→2行2列目の順番に1から1つずつ増えていく。

ここで引数指定に2つの方法があって、rows, col, positionをそれぞれ1つの数値として指定する方法と、rcpの形で1つの数値として指定する方法がある。たとえば2行3列のグラフエリアの2行2列目を指定する場合は(2, 3, 5)か(235)となる。

以下の例は、2×2のグラフを描画する例。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x = np.linspace(-np.pi, np.pi)
y1 = np.sin(x)
y2 = np.cos(x)
y3 = np.sin(x*2)
y4 = np.cos(x*2)

plt.subplots_adjust(wspace=0.4, hspace=0.4)

plt.subplot(2, 2, 1)
plt.title("sin x")
plt.plot(x, y1, label="sin x")

plt.subplot(2, 2, 2)
plt.title("cos x")
plt.plot(x, y2)

plt.subplot(223)
plt.plot(x, y3)

plt.subplot(224)
plt.title("cos 2x")
plt.plot(x, y4)

plt.show()

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

x = np.linspace(-np.pi, np.pi)

y1 = np.sin(x)

y2 = np.cos(x)

y3 = np.sin(x*2)

y4 = np.cos(x*2)

plt.subplots_adjust(wspace=0.4, hspace=0.4)

plt.subplot(2, 2, 1)

plt.title("sin x")

plt.plot(x, y1, label="sin x")

plt.subplot(2, 2, 2)

plt.title("cos x")

plt.plot(x, y2)

plt.subplot(223)

plt.plot(x, y3)

plt.subplot(224)

plt.title("cos 2x")

plt.plot(x, y4)

plt.show()

リストからの要素の抽出

辞書からの要素の抽出

参考：numpy.ndarrayの要素の抽出

概要

各種描画処理

scatter～点の表示

plot～曲線の表示

plot_wireframe/plot_sufrace～曲面の表示

コンターの表示

格子の生成

格子点座標による演算

概要

add_subplot()による方法

subplots()による方法

行や列のぶち抜きグラフを描きたいとき

subplotの間隔や位置調整

概要

各メソッドの説明

axesオブジェクトの生成

グラフタイトル

軸の設定

軸ラベル

軸のスケール

軸の範囲

軸目盛の設定

軸の調整

凡例

格子

水平線・垂直線

テキスト

参考サイト

概要

概要

参考：`numpy.ndarray`の要素の抽出

`scatter`～点の表示

`plot`～曲線の表示

`plot_wireframe/plot_sufrace`～曲面の表示

`add_subplot()`による方法

`subplots()`による方法

`subplot`の間隔や位置調整