詳解plt.subplot

一、概述

plt.subplot是matplotlib庫中的一個函數，它的作用是在單個圖像中創建多個子圖。通過自定義子圖位置，我們可以將多組數據在同一個圖像中展示出來，從而更直觀地比較各組數據的差異。這一功能在數據分析與數據可視化中有著廣泛的應用。

二、使用方法

在使用plt.subplot之前，需要先導入matplotlib庫。plt.subplot函數共有三個參數：子圖行數、子圖列數和子圖位置。其中，子圖位置是一個整數，其取值範圍為1至子圖行數與子圖列數的積。

import matplotlib.pyplot as plt
plt.figure(figsize=(8,6)) # 畫布大小
plt.subplots_adjust(hspace=0.4) # 子圖間距
plt.subplot(2,2,1) # 創建第1個子圖
plt.plot([0,1], [0,1])
plt.title('subplot 1')
plt.subplot(2,2,2) # 創建第2個子圖
plt.plot([1,0], [0,1])
plt.title('subplot 2')
plt.subplot(2,1,2) # 創建第3個子圖
plt.plot([0,1], [0,1])
plt.title('subplot 3')
plt.show()

運行以上代碼，即可創建一個包含3個子圖的圖像。其中第1和第2個子圖都位於第1行，第3個子圖位於第2行。

三、子圖位置的設定

除了直接指定整數作為子圖位置，我們還可以使用子圖位置的另一種設定方式——使用plt.subplots中的gridspec參數。gridspec參數是一個2元素元組，分別指定子圖行數和列數。通過調用gridspec子命令來設置子圖位置。代碼如下：

import matplotlib.gridspec as gridspec
import matplotlib.pyplot as plt
plt.figure(figsize=(8,6))
gs = gridspec.GridSpec(2,2) # 兩行兩列
ax1 = plt.subplot(gs[0,0]) # 第1個子圖
ax1.plot([0,1], [0,1])
ax1.set_title('subplot 1')

ax2 = plt.subplot(gs[0,1]) # 第2個子圖
ax2.plot([1,0], [0,1])
ax2.set_title('subplot 2')

ax3 = plt.subplot(gs[1,:]) # 第3個子圖
ax3.plot([0,1], [0,1])
ax3.set_title('subplot 3')
plt.show()

運行以上代碼，同樣可以創建一個有3個子圖的圖像。不同之處在於，這次我們使用了一種更靈活的設定方法，即通過gridspec.GridSpec創建網格，通過plt.subplot指定子圖位置。

四、多行多列圖形

除了使用plt.subplot來創建子圖，我們還可以使用plt.subplots來一次性創建多行多列的圖形。代碼如下：

import matplotlib.pyplot as plt
fig,axes = plt.subplots(nrows=2, ncols=2, figsize=[8,6])
axes[0,0].plot([0,1], [0,1])
axes[0,0].set_title('subplot 1')
axes[0,1].plot([1,0], [0,1])
axes[0,1].set_title('subplot 2')
axes[1,0].plot([0,1], [1,0])
axes[1,0].set_title('subplot 3')
axes[1,1].plot([0,1], [0,0])
axes[1,1].set_title('subplot 4')
plt.show()

這段代碼創建了一個2×2的圖形，每個子圖都有一個對應的axes變數名用於進行進一步的設定。

五、子圖刻度的設定

在使用plt.subplot或plt.subplots創建子圖後，我們還希望設定每個子圖的橫、縱坐標軸上的刻度。這可以通過子圖對象的axis()方法或set_xticks()、set_yticks()方法實現。代碼如下：

import matplotlib.pyplot as plt
plt.figure(figsize=(8,6))
plt.subplots_adjust(hspace=0.4)

plt.subplot(2,2,1)
plt.plot([0,1], [0,1])
plt.title('subplot 1')
plt.xticks([0,0.5,1]) # 水平刻度線
plt.yticks([0,0.5,1]) # 垂直刻度線

plt.subplot(2,2,2)
plt.plot([1,0], [0,1])
plt.title('subplot 2')
plt.xticks([0,0.5,1]) # 水平刻度線
plt.yticks([0,0.5,1]) # 垂直刻度線

plt.subplot(2,1,2)
plt.plot([0,1], [0,1])
plt.title('subplot 3')
plt.xticks([0,0.5,1]) # 水平刻度線
plt.yticks([0,0.5,1]) # 垂直刻度線
plt.show()

運行以上代碼，即可看到每個子圖都有自己的刻度線。

六、子圖標題、圖形標題和軸標籤

除了刻度線外，我們還可以通過子圖對象的set_xlabel()、set_ylabel()和set_title()方法來設定自己的軸標籤和標題。代碼如下：

import matplotlib.pyplot as plt
plt.figure(figsize=(8,6))
plt.subplots_adjust(hspace=0.7)

plt.subplot(2,2,1)
plt.plot([0,1], [0,1])
plt.title('subplot 1')
plt.xlabel('x1')
plt.ylabel('y1')

plt.subplot(2,2,2)
plt.plot([1,0], [0,1])
plt.title('subplot 2')
plt.xlabel('x2')
plt.ylabel('y2')

plt.subplot(2,1,2)
plt.plot([0,1], [0,1])
plt.title('subplot 3')
plt.xlabel('x3')
plt.ylabel('y3')
plt.show()

運行以上代碼，即可看到每個子圖都有自己的軸標籤和標題。

七、小結

本文詳細解釋了plt.subplot函數的使用方法和設定技巧，並通過代碼示例進行了演示。希望本文能夠對讀者有所幫助，激發大家在數據分析和可視化中更加靈活地利用matplotlib庫。