Matplotlib Tutorial

Matplotlib 教程

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什麼是 Matplotlib？

Matplotlib 是最流行的用於資料視覺化的 Python 包之一。它是一個跨平臺庫，用於根據陣列中的資料建立二維圖。它提供了一個面向物件的 API，有助於使用 Python GUI 工具包（如 PyQt、WxPython 或 Tkinter）將繪圖嵌入應用程式中。它也可以在 Python 和 IPython shell、Jupyter notebook 和 Web 應用程式伺服器中使用。

Matplotlib 是一個專門設計用於進行有效資料視覺化的 Python 庫。它是 Python 中繪相簿的基石，使初學者能夠深入瞭解具有吸引力的資料視覺化世界。Matplotlib 是一個開源的 Python 庫，提供各種資料視覺化（如折線圖、直方圖、散點圖、條形圖、散點圖、餅圖和麵積圖等）。Python matplotlib 庫的一個優點是它的 Python 程式碼。它的指令碼結構化，這意味著在大多數情況下，只需幾行程式碼即可生成視覺化資料圖。

Matplotlib 和 Pyplot

Matplotlib 是一款多功能工具包，允許在 Python 程式語言中建立靜態、動畫和互動式視覺化。

通常，matplotlib 疊加兩個 API

  • Pyplot API：使用 matplotlib.pyplot 進行繪圖。
  • 面向物件 API：一組物件，其靈活性高於 pyplot。它提供對 Matplotlib 後端層的直接訪問。

Matplotlib 簡化了簡單的任務，並使複雜的任務能夠完成。以下是 matplotlib 的關鍵方面

  • Matplotlib 提供建立高質量繪圖的功能。
  • Matplotlib 提供互動式圖形並自定義其視覺樣式，可以根據需要進行操作。
  • Matplotlib 提供匯出到多種檔案格式的功能。

線上編輯器

我們提供了一個 線上 Python 編譯器/直譯器。它可以幫助您直接在瀏覽器中編輯和執行 Python 程式碼。您也可以使用它來執行 Matplotlib 程式。

嘗試點選圖示 run button 以執行以下 matplotlib 程式碼以顯示基本的折線圖。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(0, 2 * np.pi, 200)
y = np.sin(x)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(7, 4))
ax.set_title('Sin Wave')
ax.plot(x, y)
plt.show()

Matplotlib 的應用

Matplotlib 最常見的應用包括

  • 資料視覺化：許多科學研究、資料分析和 機器學習 應用使用 Matplotlib 來視覺化資料。
  • 科學研究：Matplotlib 幫助科學家視覺化實驗資料、模擬結果和統計分析。它提高了研究人員對資料的理解和交流。
  • 工程：Matplotlib 幫助工程師視覺化感測器讀數、模擬結果和設計引數。它擅長機械、土木、航空和電氣工程中的繪圖。
  • 金融：金融專業人士使用 Matplotlib 來視覺化股票價格、市場趨勢、投資組合表現和風險評估。它透過將複雜的金融資料視覺化為簡單的圖形來幫助分析師和交易者做出決策。
  • 地理空間分析：Matplotlib、Basemap 和 Cartopy 用於視覺化地理資料，例如地圖、衛星影像、氣候資料和 GIS 資料。使用者可以生成互動式地圖、繪製地理特徵併疊加資料以進行空間分析。
  • 生物學和生物資訊學：Matplotlib 幫助生物學家和生物資訊學家視覺化 DNA 序列、蛋白質結構、系統發育樹和基因表達模式。它有助於研究人員視覺化複雜的生物過程。
  • 教育：教育機構使用 Matplotlib 來教授資料視覺化、程式設計和科學計算。它易於使用的視覺化介面使其適合高中和大學的學生和教師。
  • Web 開發：Flask、Django 和 Plotly Dash 可以將 Matplotlib 整合到 Web 應用程式中。它允許開發人員為網頁和儀表板構建動態的互動式視覺化。
  • 機器學習：機器學習專案使用 Matplotlib 視覺化資料分佈、模型效能指標、決策邊界和訓練進度。它幫助機器學習從業者分析演算法行為和排除模型構建問題。
  • 簡報和出版物：Matplotlib 建立用於科學研究、報告、簡報和海報的高質量圖形。它提供許多自定義選項來最佳化圖形外觀以進行出版和演示。

Matplotlib 允許使用者為分析、溝通和決策建立資訊豐富且具有吸引力的視覺化。

為什麼要學習 Matplotlib？

Matplotlib 是一個用於在 Python 中建立靜態、動畫和互動式視覺化的綜合庫。它已成為 Python 生態系統中最廣泛使用的繪相簿之一。一些原因是使 Matplotlib 變得流行

  • 繪圖功能：Matplotlib 提供廣泛的功能來建立各種繪圖，如折線圖、散點圖、條形圖、直方圖、餅圖、3D 圖等。
  • 高質量圖形：它允許使用者控制其繪圖的各個方面，包括顏色、線型、標記、字型和註釋。
    與 NumPy 和 Pandas 的整合：Matplotlib 與 NumPy 和 Pandas 協同工作以視覺化陣列、資料幀和其他資料結構。
  • 跨平臺相容性：Matplotlib 在 Windows、macOS 和 Linux 上執行，使其可供許多人使用。
  • 豐富的文件和教程：Matplotlib 擁有豐富的文件和線上教程，初學者和專家都可以輕鬆上手。

Matplotlib 是一個強大而通用的 Python 工具包，用於資料視覺化，使其成為資料分析師、科學家、工程師以及其他處理資料的專業人士不可或缺的工具。

誰應該學習 Matplotlib？

本Matplotlib 教程專為希望瞭解 **Matplotlib Python 包**的基礎知識和高階功能的人員準備。它在資料科學、工程、研究、農業科學、管理、統計以及其他相關領域得到了廣泛應用，在這些領域，資料視覺化主要需要使用圖表和圖形來查詢資料洞察，以理解資料模式。它確實有助於公司進行戰略決策。

本Matplotlib 教程專為初學者和專業人士設計，涵蓋 Matplotlib 概念，包括安裝 Matplotlib 和建立不同繪圖的過程。它提供了詳細的描述、寶貴的見解以及構建吸引人視覺化的基本原理。無論您是剛剛進入資料科學領域的學生還是專業人士，本教程都提供了堅實的基礎，讓您能夠透過 Matplotlib 使用資料視覺化探索資料分析並呈現資料。因此，本教程旨在解釋 Matplotlib 在資料分析中的不同功能。

學習 Matplotlib 的先決條件

您應該具備基本的計算機程式設計知識。瞭解 Python 和任何其他程式語言都是一個加分項。統計學和數學的基本知識有助於資料分析和解釋。Matplotlib 提供了資料視覺化的函式。透過掌握上述基礎知識，您將能夠充分利用 Matplotlib 的強大功能進行資料視覺化。

關於 Matplotlib 的常見問題

關於 SQL，有一些非常常見的問題 (FAQ)，本節試圖簡要回答它們。

Matplotlib 用於在 Python 中建立靜態、動畫和互動式視覺化。它是一個功能強大的庫，廣泛用於資料視覺化任務，提供各種功能來生成繪圖，例如折線圖、散點圖、條形圖、直方圖和 3D 圖。

因為它在繪圖方面的命名法以及兩個繪圖介面：pyplot 方法和麵向物件風格。這些方面可能會最初挑戰試圖理解該庫的使用者。

Matplotlib 的名稱源於該庫早期模擬 MATLAB 圖形命令的目標。但是，需要注意的是，Matplotlib 獨立於 MATLAB，並且可以以 Pythonic 的面向物件方式使用。

它提供了廣泛的功能來建立繪圖，例如折線圖、散點圖、條形圖、直方圖、3D 圖等等。由於其易用性，Matplotlib 被認為是最受歡迎的資料視覺化工具之一。

Matplotlib 有用是因為它簡化了建立繪圖和視覺化資料的過程。它允許使用者只需幾個命令即可生成繪圖，使其對初學者和經驗豐富的程式設計師都易於使用。

Matplotlib 提供了一些優點，其中一些列在下面：

  • 高效的資料訪問

  • 強大的資料處理能力

  • 創建出版質量的繪圖

  • 支援多種輸出

  • 它還提供圖形使用者介面

  • 靈活的資料表示

  • 高階視覺化功能

  • 開源特性

  • 透過提供使用者友好的介面和強大的工具簡化資料分析

  • 它提供高質量的影像

Matplotlib 被各個領域的人員使用，包括資料科學、金融、工程和研究。尤其是在資料科學行業中使用。其靈活性和處理複雜資料視覺化任務的能力使其成為處理資料的個人的熱門選擇。

Matplotlib 最初由神經生物學家 John D. Hunter 編寫，最初的目標是模擬 MATLAB 的繪圖功能以處理 EEG 資料。之後它擁有一個活躍的開發社群，並根據 BSD 風格的許可證分發。

學習 Matplotlib 包括探索其簡單和高階命令。您可以從遵循教程和示例開始，逐步增強建立用於資料視覺化的繪圖的信心。我們全面的學習資料為掌握 Matplotlib 提供了堅實的基礎。此外，遵循官方文件也很不錯。

是的，Matplotlib 是 Python 中強大的資料視覺化庫。它允許使用者建立各種繪圖、圖表和圖形，以有效地表示和分析資料。

使用 Matplotlib 主要有兩種方法：pyplot 方法（也稱為隱式或函式式介面）和麵向物件風格（稱為顯式或 Axes 介面）。

Matplotlib 提供了諸如建立高質量繪圖、與各種輸出格式相容、易於整合到圖形使用者介面以及支援 LaTeX 和數學文字等優勢，允許使用者在繪圖中顯示數學方程式和符號，例如軸標籤、標題和註釋。

Matplotlib 支援各種型別的直方圖，包括條形圖、堆疊條形圖和 3D 直方圖。

您可以使用我們簡單且優秀的 Matplotlib 教程來學習 Matplotlib。我們的教程為學習 Matplotlib 提供了一個極佳的起點。您可以按照自己的節奏探索我們簡單有效的學習資料。

Matplotlib 的架構由三層組成：

  • 後端層 - 此層負責處理 Matplotlib 圖形的顯示。

  • 藝術家層 - 藝術家層對於在 Matplotlib 中建立和操作視覺元素至關重要。每個視覺元件（例如線條、文字和形狀）在此層中都表示為“藝術家”。

  • 指令碼層 - 指令碼層是使用者與 Matplotlib 互動以使用 Python 指令碼或程式碼生成視覺化的位置。

Matplotlib 字型指的是使用 Matplotlib 生成的繪圖中的文字外觀。該庫提供了強大的支援來自定義繪圖中的文字屬性。預設情況下，Matplotlib 使用 DejaVu Sans 字型。但是，使用者可以靈活地配置預設字型，甚至使用自定義字型。

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