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一、基础篇

   Python绘图包括了2D和3D，不同的类型使用的库不同，本系列主要讲3D图形的绘制。包括3D曲面图、3D散点图以及在3D曲面图上绘制有向、无向线。

1.1 环境说明

  本文中软件运行环境如下：

项 参考值 备注
OS Win7_X64 旗舰版
Python 3.4.3 32bit版
IDE WinPython-32bit 3.4.3.7Qt5

1.2 3D曲面图

  3D曲面和散点的绘制用的都是mpl_toolkits库的mplot3d模块中的Axes3D来完成。曲面的绘制调用的是函数plot_surface()。下述代码将绘制一个3D锥面。

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# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Mon May  8 12:20:29 2017

@author: flat2010
"""

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

# 创建3D对象
fig = plt.figure()
ax = Axes3D(fig)

# 分别生成x、y坐标数据
xcord = np.arange(-5, 5, 0.2)
ycord = np.arange(-5, 5, 0.2)

# 将坐标向量转换成坐标矩阵(vectors -> matrices)
xcord, ycord = np.meshgrid(xcord, ycord)

# 生成z坐标数据
r = np.sqrt(xcord**2 + ycord**2)
zcord = r

# 绘制曲面图
ax.plot_surface(xcord, ycord, zcord, rstride=1, cstride=1, cmap='rainbow')
plt.show()

  绘制成的图形如下图1-1所示：
image

图1-1　　3D圆锥面图

  Axes3D.plot_surface(X, Y, Z, *args, **kwargs)函数的常用参数官方解释如下：

参数名 英文说明 中文解释
X, Y, Z Data values as 2D arrays x、y、z三个坐标轴的数据，均为二维数组
rstride Array row stride (step size) 二维数组行增量，如该值取2时，二维数组中只有序号为0、2、4···的数据才会被绘制
lstride Array row ltride (step size) 二维数组列增量，作用同rstride
color Color of the surface patches 曲面图中像素块的颜色，如果同时设置了cmap参数该值会被cmap覆盖
cmap A colormap for the surface patches 曲面图中像素块的颜色图，可提供多个值
cmap A colormap for the surface patches 曲面图中像素块的颜色图，可提供多个值
facecolors Face colors for the individual patches 指定像素块的颜色，二维数组[rs][cs]
norm An instance of Normalize to map values to colors Normalize（标准化）对象，负责将不同的值映射为不同的颜色
vmin Minimum value to map 规范化的最小值
vmax Maximum value to map 规范化的最小值
shade Whether to shade the facecolors 是否屏蔽facecolors

1.3 3D散点图

  3D散点图和3D曲面图有所不同的是，创建绘图对象时，使用的是add_subplot()函数（实测使用Axes3D也可以），代码如下：

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Created on Mon May  8 12:20:29 2017

@author: flat2010
"""

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

# 创建3D对象
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

# 分别生成x、y坐标数据
xcord = np.arange(-5, 5, 0.5)
ycord = np.arange(-5, 5, 0.5)

# 将坐标向量转换成坐标矩阵(vectors -> matrices)
xcord, ycord = np.meshgrid(xcord, ycord)

# 生成z坐标数据
r = np.sqrt(xcord**2 + ycord**2)
zcord = r

# 绘制散点图，将图形分成两部分，用不同颜色绘制
ax.scatter(xcord[:10], ycord[:10], zcord[:10], c='r')
ax.scatter(xcord[10:], ycord[10:], zcord[10:], c='g')
plt.show()

  坐标点的数据仍然是上面的3D圆锥面。绘制形成的图形如下所示：
image

图1-2　　3D散点图

  Axes3D.scatter(xs, ys, zs=0, zdir=’z’, s=20, c=’b’, *args, **kwargs)函数的常用参数官方解释如下：

参数名 英文说明 中文解释
xs, ys Positions of data points x、y两个个坐标轴的数据
zs Either an array of the same length as xs and ys or a single value to place all points in the same plane. Default is 0 z轴数据，即可以是数组（与x、y等长），也可以是一个数字（即为二维图形）
zdir Which direction to use as z (‘x’, ‘y’ or ‘z’) when plotting a 2D set 若提供的是一个二维数据集时，使用哪个方向的数据作为z轴数据
s size in points^2. It is a scalar or an array of the same length as x and y 数据点在图中的显示大小（标量或与x、y等维度的向量）
c a color. c can be a single color format string, or a sequence of color specifications of length N, or a sequence of N numbers to be mapped to colors using the cmap and norm specified via kwargs (see below)… 数据点颜色，即可以是字符串形式的标量，也可以是长度N的颜色序列，也可以是通过cmap或norm映射的长度为N的颜色序列，但不能是单个RGB值或序列，可以是二维数组。

1.4 其它图

  该模块还提供了其它的一些常见图形，如：

  • Axes3D.plot(xs, ys, *args, **kwargs)即曲线图；
  • Axes3D.plot_trisurf(*args, **kwargs)即三曲面图；
  • Axes3D.contour(X, Y, Z, *args, **kwargs)即轮廓图；
  • Axes3D.add_collection3d(col, zs=0, zdir=’z’)即多边形图
  • Axes3D.bar(left, height, zs=0, zdir=’z’, *args, **kwargs)即直方图。

  详细用法及说明可参见matplot官方文档。