Python绘制正余弦函数图像的方法

Python  /  管理员 发布于 7年前   407

今天打算通过绘制正弦和余弦函数，从默认的设置开始，一步一步地调整改进，让它变得好看，变成我们初高中学习过的图象那样。通过这个过程来学习如何进行对图表的一些元素的进行调整。

01. 简单绘图

matplotlib有一套允许定制各种属性的默认设置。你可以几乎控制matplotlib中的每一个默认属性：图像大小，每英寸点数，线宽，色彩和样式，子图(axes)，坐标轴和网格属性，文字和字体属性，等等。

安装

pip install matplotlib 

虽然matplotlib的默认设置在大多数情况下相当好，你却可能想要在一些特别的情形下更改一些属性。

from pylab import *x = np.linspace(-np.pi, np.pi, 256,endpoint=True)C,S = np.cos(x), np.sin(x)plot(x,C)plot(x,S)show()

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02. 设置基本元素

这边的基本元素主要有几下几点：

线的颜色，粗细，和线型 刻度和标签 还有图例

代码比较简单，基本上在我的第一讲内容里都讲过了。

import numpy as npfrom matplotlib import pyplot as pltplt.figure(figsize=(10,6), dpi=80)x = np.linspace(-np.pi, np.pi, 256,endpoint=True)C,S = np.cos(x), np.sin(x)# 设置线的颜色，粗细，和线型plt.plot(x, C, color="blue", linewidth=2.5, linestyle="-", label=r'$sin(x)$')plt.plot(x, S, color="red", linewidth=2.5, linestyle="-", label=r'$cos(x)$')# 如果觉得线条离边界太近了，可以加大距离plt.xlim(x.min()*1.2, x.max()*1.2)plt.ylim(C.min()*1.2, C.max()*1.2)# 当前的刻度并不清晰，需要重新设定,并加上更直观的标签plt.xticks([-np.pi, -np.pi/2, 0, np.pi/2, np.pi],   [r'$-\pi$', r'$-\pi/2$', r'$0$', r'$+\pi/2$', r'$+\pi$'])plt.yticks([-1,0,1],   [r'$-1$', r'$0$', r'$1$'])# 添加图例plt.legend()plt.show()

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03. 移动轴线

还记得我们在初高中学习的三角函数图象，可不是这样，它应该是有四个象限的。而这里却是一个四四方方的图表。

所以接下来，我们要做的就是移动轴线，让它变成我们熟悉的样子。

我们只需要两轴线（x和y轴），所以我们需要将顶部和右边的轴线给隐藏起来（颜色设置为None即可）。

# plt.gca()，全称是get current axisax = plt.gca()ax.spines['right'].set_color('none')ax.spines['top'].set_color('none')# 由于我们移动的是左边和底部的轴，所以不用设置这两个也可以ax.xaxis.set_ticks_position('bottom')ax.yaxis.set_ticks_position('left')# 指定data类型，就是移动到指定数值ax.spines['bottom'].set_position(('data',0))ax.spines['left'].set_position(('data',0))

关于 set_position() 这个函数中的data是啥意思？我查了下官网。解释如下

然后最后发现，上面的写法可以用一定更简洁的方式设置，是等价的。

ax.spines['bottom'].set_position('zero')ax.spines['left'].set_position('zero')

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04. 添加注释

现在的图形部分已经成型，接下让我们现在使用annotate命令注解一些我们感兴趣的点。

我们选择 2π/3 作为我们想要注解的正弦和余弦值。我们将在曲线上做一个标记和一个垂直的虚线。然后，使用annotate命令来显示一个箭头和一些文本。

t = 2*np.pi/3# 利用plt.plot绘制向下的一条垂直的线，利用plt.scatter绘制一个点。plt.plot([t,t],[0,np.cos(t)], color ='blue', linewidth=2.5, linestyle="--")plt.scatter([t,],[np.cos(t),], 50, color ='blue')plt.annotate(r'$sin(\frac{2\pi}{3})=\frac{\sqrt{3}}{2}$',   xy=(t, np.sin(t)), xycoords='data',   xytext=(+10, +30), textcoords='offset points', fontsize=16,   arrowprops=dict(arrowstyle="->", connectionstyle="arc3,rad=.2"))# 利用plt.plot绘制向上的一条垂直的线，利用plt.scatter绘制一个点。plt.plot([t,t],[0,np.sin(t)], color ='red', linewidth=2.5, linestyle="--")plt.scatter([t,],[np.sin(t),], 50, color ='red')plt.annotate(r'$cos(\frac{2\pi}{3})=-\frac{1}{2}$',   xy=(t, np.cos(t)), xycoords='data',   xytext=(-90, -50), textcoords='offset points', fontsize=16,   arrowprops=dict(arrowstyle="->", connectionstyle="arc3,rad=.2"))

在这里，你可能会对 plt.annotate 这个函数的用法，有所陌生。这里也解释一下。

第一个参数，就是注释内容； 第二个参数， xy ，就是对哪一点进行注释； 第三个参数， xycoords ，指定类型，data 是说基于数值来定位； 第四个参数， xytext ，是注释的位置，结合第五个参数，就是根据偏移量来决定注释位置； 第五个参数， textcoords ，值为offset points，就是说是相对位置； 第六个参数， fontsize ，注释大小； 第七个参数， arrowprops ，对箭头的类型的一些设置。

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05. 完整代码

以上都是对片段代码进行解释，这里放出完整的代码

import numpy as npfrom matplotlib import pyplot as pltplt.figure(figsize=(10,6), dpi=80)x = np.linspace(-np.pi, np.pi, 256,endpoint=True)C,S = np.cos(x), np.sin(x)# 设置线的颜色，粗细，和线型plt.plot(x, C, color="blue", linewidth=2.5, linestyle="-", label=r'$sin(x)$')plt.plot(x, S, color="red", linewidth=2.5, linestyle="-", label=r'$cos(x)$')# 如果觉得线条离边界太近了，可以加大距离plt.xlim(x.min()*1.2, x.max()*1.2)plt.ylim(C.min()*1.2, C.max()*1.2)# 当前的刻度并不清晰，需要重新设定,并加上更直观的标签plt.xticks([-np.pi, -np.pi/2, 0, np.pi/2, np.pi],   [r'$-\pi$', r'$-\pi/2$', r'$0$', r'$+\pi/2$', r'$+\pi$'])plt.yticks([-1,1],   [r'$-1$', r'$1$'])# 添加图例plt.legend(loc='upper left')# plt.gca()，全称是get current axisax = plt.gca()ax.spines['right'].set_color('none')ax.spines['top'].set_color('none')# 由于我们移动的是左边和底部的轴，所以不用设置这两个也可以ax.xaxis.set_ticks_position('bottom')ax.yaxis.set_ticks_position('left')# 指定data类型，就是移动到指定数值# ax.spines['bottom'].set_position('zero')ax.spines['bottom'].set_position(('data',0))ax.spines['left'].set_position(('data',0))t = 2*np.pi/3# 利用plt.plot绘制向下的一条垂直的线，利用plt.scatter绘制一个点。plt.plot([t,t],[0,np.cos(t)], color ='blue', linewidth=2.5, linestyle="--")plt.scatter([t,],[np.cos(t),], 50, color ='blue')plt.annotate(r'$sin(\frac{2\pi}{3})=\frac{\sqrt{3}}{2}$',   xy=(t, np.sin(t)), xycoords='data',   xytext=(+10, +30), textcoords='offset points', fontsize=16,   arrowprops=dict(arrowstyle="->", connectionstyle="arc3,rad=.2"))# 利用plt.plot绘制向上的一条垂直的线，利用plt.scatter绘制一个点。plt.plot([t,t],[0,np.sin(t)], color ='red', linewidth=2.5, linestyle="--")plt.scatter([t,],[np.sin(t),], 50, color ='red')plt.annotate(r'$cos(\frac{2\pi}{3})=-\frac{1}{2}$',   xy=(t, np.cos(t)), xycoords='data',   xytext=(-90, -50), textcoords='offset points', fontsize=16,   arrowprops=dict(arrowstyle="->", connectionstyle="arc3,rad=.2"))plt.show()

绘制抛物线：

X1=np.linspace(-4,4,100,endpoint=True)plt.plot(X1,(X1**2)/9)

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。