用 Python 繪製曲線圖

一、Python 語言簡介

Python 語言是一種解釋性、交互式、面向對象的高級程序設計語言。它具有簡潔、易讀、易擴展等特點，在數據處理、科學計算、人工智能、Web 開發等領域得到了廣泛應用。

二、matplotlib 庫的使用

matplotlib 是 Python 語言中最流行的繪圖庫之一，它可以方便地繪製各種類型的 2D 和 3D 圖形，包括散點圖、柱狀圖、線條圖等。下面我們將介紹如何使用 matplotlib 繪製曲線圖。

三、繪製折線圖

折線圖是一種用於顯示數據變化趨勢的圖表類型，其中橫軸表示時間或其他連續變量，縱軸表示數值。下面是一個簡單的繪製折線圖的示例：

import matplotlib.pyplot as plt

# 設置 x 和 y 坐標軸的數據
x_data = [1, 2, 3, 4, 5]
y_data = [2, 4, 6, 8, 10]

# 繪製折線圖
plt.plot(x_data, y_data)

# 添加標題和坐標軸標籤
plt.title("折線圖示例")
plt.xlabel("橫軸")
plt.ylabel("縱軸")

# 顯示圖形
plt.show()

運行上面的代碼，即可得到如下的折線圖：

四、繪製多條曲線

有時需要在同一張圖中繪製多條曲線，可以通過在 plot 函數中多次調用並傳遞不同的參數實現。下面是一個繪製多條曲線的示例：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 模擬數據
x_data = np.linspace(0, 2*np.pi, 100)
y1_data = np.sin(x_data)
y2_data = np.cos(x_data)

# 繪製多條曲線
plt.plot(x_data, y1_data, label="sin")
plt.plot(x_data, y2_data, label="cos")

# 添加圖例
plt.legend()

# 顯示圖形
plt.show()

運行上面的代碼，即可得到如下的曲線圖：

五、設置線條樣式和顏色

通過設置 plot 函數的參數，可以修改曲線的線條樣式和顏色。下面是一個示例：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 模擬數據
x_data = np.linspace(0, 2*np.pi, 100)
y_data = np.sin(x_data)

# 繪製曲線，並設置線條樣式和顏色
plt.plot(x_data, y_data, linestyle="--", color="red")

# 顯示圖形
plt.show()

運行上面的代碼，即可得到如下的曲線圖：

六、繪製二次元坐標系

在繪製曲線圖時，我們通常需要繪製二次元坐標系。可以通過調用 plt.subplots() 函數創建圖形和子圖對象，然後使用子圖對象進行繪製。下面是一個示例：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 創建圖形和子圖對象
fig, ax = plt.subplots()

# 模擬數據
x_data = np.linspace(0, 2*np.pi, 100)
y_data = np.sin(x_data)

# 繪製曲線圖
ax.plot(x_data, y_data)

# 設置坐標軸標籤
ax.set_xlabel("橫軸")
ax.set_ylabel("縱軸")

# 顯示圖形
plt.show()

運行上面的代碼，即可得到如下的曲線圖：

七、繪製三次元坐標系

matplotlib 還支持繪製三次元坐標系，可以使用 mpl_toolkits.mplot3d 包中的 Axes3D 類。下面是一個繪製三次元曲面圖的示例：

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

# 創建圖形和子圖對象
fig = plt.figure()
ax = Axes3D(fig)

# 定義 x 和 y 坐標軸數據
x_data = np.linspace(-10, 10, 100)
y_data = np.linspace(-10, 10, 100)
x, y = np.meshgrid(x_data, y_data)

# 定義 z 坐標軸數據
z = np.sqrt(x**2 + y**2)

# 繪製曲面圖
ax.plot_surface(x, y, z)

# 顯示圖形
plt.show()

運行上面的代碼，即可得到如下的曲面圖：

八、總結

本文介紹了使用 Python 繪製曲線圖的方法，主要使用了 matplotlib 庫。通過學習本文，讀者可以掌握繪製折線圖、曲線圖、多條曲線、設置線條樣式和顏色、繪製二次元坐標系和三次元坐標系等技巧。