用 Python 绘制曲线图

一、Python 语言简介

Python 语言是一种解释性、交互式、面向对象的高级程序设计语言。它具有简洁、易读、易扩展等特点，在数据处理、科学计算、人工智能、Web 开发等领域得到了广泛应用。

二、matplotlib 库的使用

matplotlib 是 Python 语言中最流行的绘图库之一，它可以方便地绘制各种类型的 2D 和 3D 图形，包括散点图、柱状图、线条图等。下面我们将介绍如何使用 matplotlib 绘制曲线图。

三、绘制折线图

折线图是一种用于显示数据变化趋势的图表类型，其中横轴表示时间或其他连续变量，纵轴表示数值。下面是一个简单的绘制折线图的示例：

import matplotlib.pyplot as plt

# 设置 x 和 y 坐标轴的数据
x_data = [1, 2, 3, 4, 5]
y_data = [2, 4, 6, 8, 10]

# 绘制折线图
plt.plot(x_data, y_data)

# 添加标题和坐标轴标签
plt.title("折线图示例")
plt.xlabel("横轴")
plt.ylabel("纵轴")

# 显示图形
plt.show()

运行上面的代码，即可得到如下的折线图：

四、绘制多条曲线

有时需要在同一张图中绘制多条曲线，可以通过在 plot 函数中多次调用并传递不同的参数实现。下面是一个绘制多条曲线的示例：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 模拟数据
x_data = np.linspace(0, 2*np.pi, 100)
y1_data = np.sin(x_data)
y2_data = np.cos(x_data)

# 绘制多条曲线
plt.plot(x_data, y1_data, label="sin")
plt.plot(x_data, y2_data, label="cos")

# 添加图例
plt.legend()

# 显示图形
plt.show()

运行上面的代码，即可得到如下的曲线图：

五、设置线条样式和颜色

通过设置 plot 函数的参数，可以修改曲线的线条样式和颜色。下面是一个示例：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 模拟数据
x_data = np.linspace(0, 2*np.pi, 100)
y_data = np.sin(x_data)

# 绘制曲线，并设置线条样式和颜色
plt.plot(x_data, y_data, linestyle="--", color="red")

# 显示图形
plt.show()

运行上面的代码，即可得到如下的曲线图：

六、绘制二次元坐标系

在绘制曲线图时，我们通常需要绘制二次元坐标系。可以通过调用 plt.subplots() 函数创建图形和子图对象，然后使用子图对象进行绘制。下面是一个示例：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 创建图形和子图对象
fig, ax = plt.subplots()

# 模拟数据
x_data = np.linspace(0, 2*np.pi, 100)
y_data = np.sin(x_data)

# 绘制曲线图
ax.plot(x_data, y_data)

# 设置坐标轴标签
ax.set_xlabel("横轴")
ax.set_ylabel("纵轴")

# 显示图形
plt.show()

运行上面的代码，即可得到如下的曲线图：

七、绘制三次元坐标系

matplotlib 还支持绘制三次元坐标系，可以使用 mpl_toolkits.mplot3d 包中的 Axes3D 类。下面是一个绘制三次元曲面图的示例：

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

# 创建图形和子图对象
fig = plt.figure()
ax = Axes3D(fig)

# 定义 x 和 y 坐标轴数据
x_data = np.linspace(-10, 10, 100)
y_data = np.linspace(-10, 10, 100)
x, y = np.meshgrid(x_data, y_data)

# 定义 z 坐标轴数据
z = np.sqrt(x**2 + y**2)

# 绘制曲面图
ax.plot_surface(x, y, z)

# 显示图形
plt.show()

运行上面的代码，即可得到如下的曲面图：

八、总结

本文介绍了使用 Python 绘制曲线图的方法，主要使用了 matplotlib 库。通过学习本文，读者可以掌握绘制折线图、曲线图、多条曲线、设置线条样式和颜色、绘制二次元坐标系和三次元坐标系等技巧。