Matplotlib - Pyplot API

Matplotlib - Pyplot 接口

matplotlib.pyplot 是一系列函数的集合，提供了 Matplotlib 库的状态机（state-based）接口。这意味着 pyplot 函数隐式地作用于“当前”的 Figure 和 Axes。其设计旨在让 MATLAB 用户感到熟悉。

每个 pyplot 函数都会对 Figure 进行一些更改：例如，创建一个 Figure，在 Figure 中创建一个绘图区域（Axes），在绘图区域中绘制一些线条，用标签（labels）装饰绘图等。

虽然对于简单的交互式绘图（例如在 Jupyter Notebook 中）很方便，但在更复杂的绘图或在可重用脚本和应用程序中，通常推荐使用面向对象 (OO) API。OO API 涉及显式创建和管理 Figure 和 Axes 对象。

常用 Pyplot 函数

以下是一些常用 pyplot 函数的分类列表：

绘图函数 (Plotting Functions)

函数 (Function)	描述 (Description)
plot()	绘制 y 与 x 的关系图，可包含线条和/或标记。
scatter()	创建 y 与 x 的散点图，可变标记大小和/或颜色。
bar()	创建垂直柱状图。
barh()	创建水平柱状图。
hist()	绘制直方图。
boxplot()	创建箱线图。
violinplot()	创建小提琴图（结合箱线图和密度图）。
pie()	绘制饼图。（谨慎使用，柱状图通常是更好的选择）。
imshow()	将数据显示为图像；即在二维规则栅格上显示。
contour() / contourf()	绘制等高线 / 绘制填充等高线。
quiver()	绘制二维箭头场（矢量场）。
step()	创建阶梯图。
fill_between()	填充两条水平曲线之间的区域。

Figure 和 Axes 管理 (Figure and Axes Management)

函数 (Function)	描述 (Description)
figure()	创建一个新的 Figure 或激活一个已存在的 Figure。
subplot() / subplots()	向当前 Figure 添加一个子图 / 创建一个 Figure 和一组子图。
axes()	向当前 Figure 添加一个 Axes。
gca()	获取当前的 Axes 实例（instance）。
gcf()	获取当前的 Figure 实例。
show()	显示所有打开的 Figure。
savefig()	将当前 Figure 保存到文件。
close()	关闭一个 Figure 窗口。
clf()	清除当前的 Figure。
cla()	清除当前的 Axes。

绘图自定义 (Plot Customization)

函数 (Function)	描述 (Description)
title()	为当前的 Axes 设置标题。
xlabel() / ylabel()	设置 x 轴 / y 轴的标签。
xlim() / ylim()	获取或设置当前 Axes 的 x / y 轴范围。
xticks() / yticks()	获取或设置 x 轴 / y 轴当前的刻度（tick）位置和标签。
legend()	在当前的 Axes 上放置图例。
grid()	配置网格线（grid lines）。
text()	在 Axes 坐标内的任意位置添加文本。
annotate()	为绘图添加注释（annotation）（文本和可选的箭头）。

请记住，使用 pyplot 会修改全局状态（global state）。调用 plt.plot() 后再调用 plt.title() 会隐式地将标题应用于 plt.plot() 操作所在的 Axes。

使用 Pyplot 的示例：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)
y = np.sin(x)

plt.figure(figsize=(6, 4)) # 创建一个新的 figure
plt.plot(x, y, label='sin(x)') # 在当前的 Axes 上绘制数据
plt.title('简单的正弦波') # 为当前的 Axes 添加标题
plt.xlabel('弧度') # 添加 x 轴标签
plt.ylabel('值') # 添加 y 轴标签
plt.legend() # 添加图例
plt.grid(True) # 添加网格
plt.show() # 显示 figure