Python繪製函數圖像

一、Python畫函數圖像

繪製函數圖像是Python中常見的任務之一，可以使用matplotlib這個繪圖庫輕鬆完成。下面是一個簡單的例子，繪製y=x^2的函數圖像：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.arange(-5, 5, 0.1)
y = x**2

plt.plot(x, y)
plt.show()

首先導入matplotlib和numpy模塊，用numpy生成-5到5之間，步長為0.1的一系列值，然後計算對應的y值，即x的平方。接下來使用plt.plot()函數繪製函數圖像，最後使用plt.show()函數展示圖像。

二、Python畫一次函數圖像

對於一次函數y=kx+b，可以使用線性函數繪製。下面是一個實例展示如何繪製y=3x+1的函數圖像：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(-5, 5, 100)
y = 3*x + 1

plt.plot(x, y)
plt.show()

可以看出，使用numpy生成了一個-5到5之間，包含100個數的x數組，然後計算每個x對應的y值，最後使用plt.plot()函數繪製函數圖像，並展示圖像。

三、Python畫函數圖像坐標軸

繪製函數圖像時，可以對坐標軸進行調整，使圖像更加直觀。下面是一個例子，展示如何為x和y坐標軸添加標籤，並設置坐標軸範圍和步長：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(-5, 5, 100)
y = x**2

plt.plot(x, y)
plt.xlabel('x')
plt.ylabel('y')
plt.xlim(-6, 6)
plt.ylim(0, 30)
plt.xticks(np.arange(-5, 6, step=1))
plt.yticks(np.arange(0, 31, step=5))
plt.show()

通過使用plt.xlabel()和plt.ylabel()設置x和y軸的標籤，使用plt.xlim()和plt.ylim()設置x和y軸的範圍，使用plt.xticks()和plt.yticks()設置x和y軸的步長。

四、Python畫函數圖像代碼

下面是一個完整的函數圖像繪製代碼，展示如何繪製y=sin(x)的函數圖像：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(-np.pi, np.pi, 100)
y = np.sin(x)

fig, ax = plt.subplots()
ax.plot(x, y)

ax.axhline(y=0, color='black', lw=0.5)
ax.axvline(x=0, color='black', lw=0.5)

plt.xlabel('x')
plt.ylabel('y')
plt.title('y=sin(x)')

plt.show()

這個代碼示例使用numpy生成-π到π之間，含有100個數的x數組，然後計算出對應的y值，即sin(x)。接下來使用fig, ax = plt.subplots()創建一個圖形和子圖對象，使用ax.plot()函數繪製函數圖像，使用ax.axhline()和ax.axvline()添加x軸和y軸的參考線，然後使用plt.xlabel()和plt.ylabel()設置x和y軸的標籤，使用plt.title()設置圖像標題，最後使用plt.show()展示圖像。

五、Python畫函數曲線圖

對於非線性的函數，可以使用曲線圖繪製。下面是一個實例，展示如何繪製y=x^2和y=x^3兩個函數的曲線圖：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(-5, 5, 100)
y1 = x**2
y2 = x**3

fig, ax = plt.subplots()
ax.plot(x, y1, label='$y = x^2$')
ax.plot(x, y2, label='$y = x^3$')

ax.legend()
plt.xlabel('x')
plt.ylabel('y')
plt.title('Functions')

plt.show()

使用numpy生成-5到5之間，含有100個數的x數組，然後計算出對應的y1和y2值，分別為x的平方和x的三次方。接下來使用fig, ax = plt.subplots()創建一個圖形和子圖對象，使用ax.plot()函數繪製曲線圖，使用ax.legend()添加圖例，然後使用plt.xlabel()和plt.ylabel()設置x和y軸的標籤，使用plt.title()設置圖像標題，最後使用plt.show()展示圖像。

六、Python畫函數旋轉動畫

可以使用FuncAnimation函數在matplotlib中創建函數旋轉動畫。下面是一個實例，展示如何繪製sin函數旋轉動畫：

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


fig, ax = plt.subplots()

x = np.linspace(-np.pi, np.pi, 200)
y = np.sin(x)

line, = ax.plot(x, y)

def animate(i):
    global x, y
    y = np.sin(x + np.pi/200*i)
    line.set_ydata(y)
    return line,

ani = FuncAnimation(fig, animate, frames=200, interval=50, blit=True)

plt.show()

首先創建一個圖形和子圖對象，使用numpy生成-π到π之間，含有200個數的x數組，然後計算出對應的y值，即sin(x)。接下來，我們定義了一個動畫函數animate（），這個函數會在每次調用時更新y數據，並將更新的數據設置為line對象的y數據。最後，我們通過使用FuncAnimation函數調用animate函數，製作了一個旋轉的動畫效果。

七、Python畫函數圖像代碼

下面是一個完整的函數圖像製作代碼，從函數圖像繪製到旋轉動畫的實現：

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


x = np.linspace(-5, 5, 100)
y = np.sin(x)

fig, axes = plt.subplots(nrows=2)

axes[0].plot(x, y, label='$y = sin(x)$')
axes[0].legend()
axes[0].set_xlabel('x')
axes[0].set_ylabel('y')
axes[0].set_title('Function Graph')

line, = axes[1].plot(x, y, color='red')
axes[1].set_xlim(-5, 5)
axes[1].set_ylim(-1.1, 1.1)
axes[1].set_xlabel('x')
axes[1].set_ylabel('y')
axes[1].set_title('Function Rotation Animation')


def animate(i):
    global x, y
    y = np.sin(x + np.pi/50*i)
    line.set_ydata(y)
    return line,


ani = FuncAnimation(fig, animate, frames=100, interval=50, blit=True)

plt.show()

這個代碼示例可以創建一個包含兩個子圖的圖形對象。第一個子圖用於繪製sin(x)的函數圖像，添加圖例、設置x軸和y軸標籤和標題。第二個子圖用於繪製旋轉動畫，設置x軸和y軸範圍、標籤和標題。定義一個動畫函數animate（），這個函數會在每次調用時更新y數據，並將更新的數據設置為line對象的y數據，最後使用FuncAnimation函數調用animate函數，製作了一個旋轉的動畫效果。