Matplotlib - 等高線圖

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等高線圖，也稱為等高線圖或水平圖，是三維曲面在二維平面上的圖形表示。

在等高線圖中，曲面由一系列等高線表示。每條等高線連線曲面上值相等的點，顯示函式值相同的區域。這些等高線以恆定間隔或“水平”繪製，因此稱為“水平圖”。

想象一下，你有一張地圖上的溫度等高線圖。每條等高線代表溫度相同的區域，例如 50°F、60°F 等。透過檢視該圖，您可以輕鬆地檢視地圖上哪個地方更熱或更冷。

Matplotlib 中的等高線圖

您可以使用 "matplotlib.pyplot" 模組中的 contour() 函式在 Matplotlib 中建立等高線圖。此函式接受 X 和 Y 座標作為一維或二維陣列，表示評估函式 "Z" 的網格。"Z" 是一個二維陣列，包含與 X 和 Y 定義的網格點對應的函式值。

讓我們從繪製基本的等高線圖開始。

基本等高線圖

Matplotlib 中的基本 3D 等高線顯示連線值相等的點的等高線，表示資料的水平或“高度”。每條等高線對應一個特定值，形成資料集的類似地圖的表示。

示例

在下面的示例中，我們建立一個基本的等高線圖。我們定義網格的 x 和 y 座標，然後使用數學函式生成 z 值。使用這些 x、y 和 z 值，我們使用 contour() 函式建立等高線圖。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# Generating data
x = np.linspace(-2, 2, 100)
y = np.linspace(-2, 2, 100)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = np.sin(X) * np.cos(Y)

# Creating contour plot
plt.contour(X, Y, Z)

# Adding labels and title
plt.xlabel('X-axis')
plt.ylabel('Y-axis')
plt.title('Basic Contour Plot')

# Displaying the plot
plt.show()

輸出

以下是上述程式碼的輸出。

填充等高線圖

在 Matplotlib 的填充等高線圖中，它不是隻顯示等高線，而是用顏色填充線條之間的區域，建立資料的陰影表示。每種顏色代表資料的不同水平或“高度”，使您可以輕鬆檢視資料集中資料的分佈。

示例

在這裡，我們使用 contourf() 函式建立一個填充等高線圖，該函式為等高線之間的區域著色。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# Generating data
x = np.linspace(-2, 2, 100)
y = np.linspace(-2, 2, 100)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = np.sin(X) * np.cos(Y)

# Creating a filled contour plot
plt.contourf(X, Y, Z)

# Adding labels and title
plt.xlabel('X-axis')
plt.ylabel('Y-axis')
plt.title('Filled Contour Plot')

# Displaying the plot
plt.show()

輸出

執行上述程式碼後，我們將獲得以下輸出。

具有特定水平線的等高線圖

在具有特定水平線的等高線圖中，您指定要繪製等高線的水平線。每條等高線連線值相等的點，表示資料的不同水平或“高度”。這使您可以自定義視覺化效果，以突出顯示資料集中特定特徵或區間。

示例

在此示例中，我們使用 Matplotlib 指定特定等高線水平來自定義等高線圖。在生成資料並建立等高線圖之後，我們在 contour() 函式中使用 levels 引數來定義等高線水平。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# Generating data
x = np.linspace(-2, 2, 100)
y = np.linspace(-2, 2, 100)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = np.sin(X) * np.cos(Y)

# Defining contour levels
levels = np.linspace(-1, 1, 20)

# Creating contour plot with specific levels
plt.contour(X, Y, Z, levels=levels)

# Adding labels and title
plt.xlabel('X-axis')
plt.ylabel('Y-axis')
plt.title('Contour Plot with Specific Levels')

# Displaying the plot
plt.show()

輸出

執行上述程式碼後，我們將獲得以下輸出。

帶有顏色條的等高線圖

在 Matplotlib 中，帶有顏色條的等高線圖顯示等高線以顯示資料集中值相等的點，以及圖旁邊的顏色條以指示顏色和資料值之間的對應關係。顏色條充當視覺指南，幫助您瞭解圖中不同顏色表示的資料值的範圍和分佈。

示例

在這裡，我們使用 Matplotlib 建立帶有顏色條的等高線圖。在生成資料並建立等高線圖之後，我們使用 colorbar() 函式向圖中新增顏色條。此顏色條提供與等高線圖對應的 z 值的視覺化表示。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# Generating data
x = np.linspace(-2, 2, 100)
y = np.linspace(-2, 2, 100)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = np.sin(X) * np.cos(Y)

# Creating a contour plot
contour = plt.contour(X, Y, Z)

# Adding colorbar
plt.colorbar(contour, label='Z-values')

# Adding labels and title
plt.xlabel('X-axis')
plt.ylabel('Y-axis')
plt.title('Contour Plot with Colorbar')

# Displaying the plot
plt.show()

輸出

執行上述程式碼後，我們將獲得以下輸出。