Matplotlib - 藝術家

理解 Matplotlib 中的藝術家

在 Matplotlib 中，你幾乎在繪圖上看到的任何東西都是藝術家的一個例項，它們是表示繪圖各個元件的物件。無論是表示資料的線，文字標籤，甚至是軸上的刻度標記，Matplotlib 繪圖中的所有內容都是一個藝術家物件。

在探索藝術家層次結構之前，讓我們觀察下面的影像以瞭解 matplotlib 中圖形的基本元件：

在圖中，每個元素，例如表示資料的線和點，以及與文字標籤相關的次要刻度和點，都可以識別為單獨的藝術家物件。

藝術家層次結構

在 matplotlib 的層次結構中，藝術家可以大致分為兩種型別：

基本藝術家 - 這些是繪圖的基本構建塊。示例包括Line2D、Rectangle、Text、AxesImage等等。這些是我們想要繪製到畫布上的標準圖形物件。
複合藝術家 - 這些是包含其他藝術家的更高級別結構。示例包括Figure、Axis和Axes。Figure 就像一個包含所有內容的畫布，而 Axes 表示圖形內的特定繪圖。

建立和訪問藝術家

藝術家通常是透過 Axes 物件上的繪圖方法建立的。這些方法不僅促進了可視元素的建立，還返回與已繪製元素對應的特定藝術家例項。

以下是一些常見的繪圖方法以及它們生成的相應藝術家：

annotate - 為文字註釋生成Annotation藝術家。
bar - 為條形圖建立Rectangle藝術家。
errorbar - 為誤差條形圖生成Line2D和Rectangle藝術家。
fill - 為共享區域生成Polygon藝術家。
hist - 為直方圖建立Rectangle藝術家。
imshow - 為影像資料生成AxesImage藝術家。
legend - 為 Axes 圖例生成Legend藝術家。
plot - 為 XY 圖建立Line2D藝術家。繪製多個數據集時返回列表。
scatter - 為散點圖生成PolyCollection藝術家。
text - 生成Text藝術家以在繪圖上顯示文字。

示例

讓我們來看一個使用plot()方法建立和訪問藝術家的示例。

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.artist as martist
import numpy as np

# Create a subplot
fig, ax = plt.subplots()

# Generate random data
x, y = np.random.rand(2, 100)

# Use the plot method to create a Line2D artist
lines = ax.plot(x, y, '-', label='example')

# Accessing the Line2D artists created by the plot method
print('Line2D artists created by the plot method:', lines)

# Retrieve all Line2D artists associated with the Axes
lines_on_axes = ax.get_lines()

# Display the retrieved Line2D artists
print('Line2D artists obtained using get_lines():', lines_on_axes)

# Accessing the first (and in this case, the only) Line2D artist
print('Accessing the first Line2D artist', ax.get_lines()[0])

輸出

執行上述程式碼後，我們將得到以下輸出：

Line2D artists created by the plot method: [<matplotlib.lines.Line2D object at 0x000001DB3666A620>]
Line2D artists obtained using get_lines(): 
Accessing the first Line2D artist Line2D(example)

修改藝術家屬性

藝術家具有各種定義其外觀和行為的屬性。這些屬性包括顏色、線型、線寬和標記。修改這些屬性使我們能夠控制繪圖的視覺方面。

示例

以下示例演示如何建立簡單的繪圖，然後修改關聯的 Line2D 藝術家的屬性。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# Creating a simple plot
fig, ax = plt.subplots(figsize=(7, 4))
x = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)
y = np.sin(x)

# Use the plot method to create a Line2D artist
lines = ax.plot(x, y)

# Displaying initial properties of the Line2D artist
print('Initial properties of the Line2D artist:')
print('Color:', ax.get_lines()[0].get_color())
print('Line Style:', ax.get_lines()[0].get_linestyle())
print('Marker Size:', ax.get_lines()[0].get_markersize())

# Modifying properties 
lines[0].set(color='green', linewidth=2)
lines[0].set_linestyle(':')         
lines[0].set_marker('s')            
lines[0].set_markersize(10)

# Accessing the modified properties of the Line2D artist
print('\nModified properties of the Line2D artist:')
print('Color:', ax.get_lines()[0].get_color())
print('Line Style:', ax.get_lines()[0].get_linestyle())
print('Marker Size:', ax.get_lines()[0].get_markersize())

輸出

執行上述程式碼後，我們將得到以下輸出：

Initial properties of the Line2D artist:
Color: #1f77b4
Line Style: -
Marker Size: 6.0

Modified properties of the Line2D artist:
Color: green
Line Style: :
Marker Size: 10.0

操作藝術家資料

除了樣式屬性之外，藝術家還可以包含資料。例如，Line2D 物件具有可以使用set_data()方法修改的資料屬性。

示例

這是一個操作藝術家資料的示例。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# Creating a simple plot 
fig, ax = plt.subplots(figsize=(7, 4))
x = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)

# Initial sinusoidal curve
y = np.sin(x)

# Use the plot method to create a Line2D artist a sinusoidal curve
lines = ax.plot(x, y)

# Modifying the artist data with the cosine 
lines[0].set_data([x, np.cos(x)])         

# Displaying the plot
plt.show()

輸出

執行上述程式碼後，我們將得到以下輸出：

手動新增藝術家

雖然許多藝術家都有輔助方法，但在某些情況下需要手動新增。例如，可以透過使用add_artist()方法將圓形或矩形等補丁直接新增到 Axes 物件。

示例

在這個例子中，我們手動將圓形補丁新增到軸。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import matplotlib.patches as mpatches

# Creating a simple plot 
fig, ax = plt.subplots(figsize=(7, 4))
x = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)

# Initial sinusoidal curve
y = np.sin(x)

# Use the plot method to create a Line2D artist for a sinusoidal curve
lines = ax.plot(x, y)

# Adding a circle 
circle = mpatches.Circle((3, 0), 0.25, ec="none")
ax.add_artist(circle)

# Adding another clipped circle 
clipped_circle = mpatches.Circle((3, 1), 0.125, ec="none", facecolor='C1')
ax.add_artist(clipped_circle)
ax.set_aspect(1)

# Adding a title to the plot
plt.title('Manual Addition of Artists')

# Displaying the plot
plt.show()

輸出

執行上述程式碼後，我們將得到以下輸出：

移除藝術家

Matplotlib 提供了一種靈活的方法來從繪圖中移除特定的藝術家。藝術家的remove()方法允許從其 Axes 列表中移除藝術家。

示例

這是一個演示如何從繪圖中移除特定藝術家（Line2D 和文字）的示例。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# Create the figure
fig, ax = plt.subplots(figsize=(7, 4))
x = np.linspace(-10, 10, 100)
y = np.sin(x)

# plot the scatter plot 
scat = ax.scatter(x, y)

# Assign the another Line2D artist to line_2
line_2 = plt.plot(x, np.cos(x), linestyle='dashed')  

plt.margins(0.2)
plt.title("After removing the text and line artist")

text = fig.text(0.5, 0.96, "$y=sin(x)$")

# Remove the line_2 artist
l = line_2.pop(0)
l.remove()

# Remove the text artist
text.remove()

# Displaying the plot
plt.show()

輸出

執行上述程式碼後，你將得到以下輸出：

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