探究matplotlib中的contourf函數

一、基本概念

在matplotlib中，contourf是一個函數，它提供了一種用於創建等高線的方法。等高線圖常用於展示二維數據的變化情況，例如氣溫分布圖、壓強分布圖等。

contourf函數能夠將二維數據的值映射到顏色空間，並生成一張二維圖像，其中每個像素的顏色反映了該位置的數據值。不同的顏色可以表示不同的數據範圍，因此該函數也常用於製作熱力圖。

二、調用方法

使用contourf函數，首先需要將數據傳遞給它。如果使用默認設置，該函數將生成11條等高線，並使用默認的調色板。

下面的代碼演示將數據傳遞給contourf函數，創建一個等高線圖：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 創建x, y和z的值，z表示等高線高度
x = np.linspace(-3, 3, 256)
y = np.linspace(-3, 3, 256)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = np.sin(np.sqrt(X**2 + Y**2))

# 繪製等高線
plt.contourf(X, Y, Z)
plt.show()

三、自定義設置

在實際應用中，我們通常需要對等高線圖進行自定義設置以更好地展示數據。以下列舉了幾個常見的自定義設置：

1. 調整等高線數量

默認情況下，contourf函數將數據分成11個等高線。如果需要修改這個數量，可以指定levels參數。例如，將等高線數量改為20：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 創建x, y和z的值，z表示等高線高度
x = np.linspace(-3, 3, 256)
y = np.linspace(-3, 3, 256)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = np.sin(np.sqrt(X**2 + Y**2))

# 繪製等高線，分成20條等高線
plt.contourf(X, Y, Z, levels=20)
plt.show()

2. 調整顏色映射

默認情況下，contourf函數使用matplotlib內置的顏色映射，該映射將數據線性映射到顏色空間。如果需要使用不同的顏色映射，可以指定cmap參數，例如使用Reds映射：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 創建x, y和z的值，z表示等高線高度
x = np.linspace(-3, 3, 256)
y = np.linspace(-3, 3, 256)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = np.sin(np.sqrt(X**2 + Y**2))

# 繪製等高線，使用Reds顏色映射
plt.contourf(X, Y, Z, cmap='Reds')
plt.show()

3. 添加等高線邊緣

默認情況下，contourf函數不會繪製等高線的邊緣線條。如果需要通過等高線邊緣線條來表達數據信息，可以使用contour函數。例如：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 創建x, y和z的值，z表示等高線高度
x = np.linspace(-3, 3, 256)
y = np.linspace(-3, 3, 256)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = np.sin(np.sqrt(X**2 + Y**2))

# 繪製等高線內部填充和邊緣線條
plt.contourf(X, Y, Z, cmap='Reds')
plt.contour(X, Y, Z, colors='black')
plt.show()

四、總結

在本文中，我們對matplotlib中的contourf函數進行了詳細的介紹和演示。該函數可以方便地創建等高線圖和熱力圖，並且支持多種自定義設置，使得數據更加直觀。