探究matplotlib的contour

一、contour概述

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.arange(-5, 5, 0.1)
y = np.arange(-5, 5, 0.1)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = np.sin(np.sqrt(X**2 + Y**2))

plt.contour(X, Y, Z)
plt.show()

contour是一種數據可視化的方法，用等高線的方式來表現數據。通俗地說，可以把一張等高線地圖看成一張地形圖，山峰頂的輪廓線就像是一個二維函數值等於某個特定值的集合。因此contour也適用於二維圖像中的各種數據分布，如熱圖、電勢圖等。

在matplotlib中，可以使用plt.contour(X,Y,Z)來繪製等高線圖，其中X,Y為橫縱坐標，Z為等高線數據。

二、contourf的使用

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.arange(-5, 5, 0.1)
y = np.arange(-5, 5, 0.1)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = np.sin(np.sqrt(X ** 2 + Y ** 2))

plt.contourf(X, Y, Z)
plt.show()

在上一個例子中，我們繪製的是等高線線條，那麼怎麼填充其中的顏色呢？答案就是使用contourf函數。

plt.contourf(X,Y,Z)的參數和plt.contour相同。它會將數據區間分割無數份，每份之間的顏色都有差別，從而實現等高線圖的填充。

三、contour使用colormap調整顏色

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.arange(-5, 5, 0.1)
y = np.arange(-5, 5, 0.1)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = np.sin(np.sqrt(X ** 2 + Y ** 2))

plt.contourf(X, Y, Z, cmap='coolwarm')
plt.colorbar()
plt.show()

使用plt.contourf繪製的等高線圖默認採用等間距的顏色來填充，但有時我們希望通過顏色的變化來更好地表達數據的變化。這時候可以使用colormap。

colormap是一組顏色，旨在通過漸變來改變顏色從而表示數據的變化。我們可以通過在plt.contourf中設置cmap參數來調整顏色。比如colormap中blue和red的搭配可以用coolwarm。

四、contour的一些參數介紹

1. levels

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.arange(-5, 5, 0.1)
y = np.arange(-5, 5, 0.1)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = np.sin(np.sqrt(X ** 2 + Y ** 2))

plt.contourf(X, Y, Z, levels=10)
plt.show()

在plt.contourf中，可以通過levels參數來控制等高線的數量。默認為10，也可以手動指定。

2. alpha

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.arange(-5, 5, 0.1)
y = np.arange(-5, 5, 0.1)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = np.sin(np.sqrt(X ** 2 + Y ** 2))

plt.contourf(X, Y, Z, alpha=0.5)
plt.show()

在plt.contourf中，可以通過alpha參數來控制等高線圖的透明度。數值範圍為[0,1]，0為完全透明，1為不透明。

3. linewidths

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.arange(-5, 5, 0.1)
y = np.arange(-5, 5, 0.1)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = np.sin(np.sqrt(X ** 2 + Y ** 2))

plt.contour(X, Y, Z, linewidths=2)
plt.show()

在plt.contour中，可以通過linewidths參數來控制等高線的線條粗細。默認值為1。

4. linestyles

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.arange(-5, 5, 0.1)
y = np.arange(-5, 5, 0.1)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = np.sin(np.sqrt(X ** 2 + Y ** 2))

plt.contour(X,Y,Z, linestyles='dashed')
plt.show()

在plt.contour中，可以通過linestyles參數來控制等高線的線條風格。可選參數有：-, –, -., :等。

總結

本文探究了matplotlib中contour的使用，包括繪製等高線圖、填充等高線圖、通過colormap調整顏色、不同參數調整等高線圖的樣式等內容。