折線圖 Line Chart

這篇教學會使用 matplotlib pyplot 模組裡的 plot() 方法，將資料繪製成二維折線圖 ( Line Chart )，並進一步介紹 polt() 的相關用法。

本篇使用的 Python 版本為 3.7.12，所有範例可使用 Google Colab 實作，不用安裝任何軟體 ( 參考：使用 Google Colab )

import matplotlib

要進行本篇的範例，必須先載入 matplotlib 函式庫的 pyplot 模組，範例將其獨立命名為 plt。

import matplotlib.pyplot as plt

pyplot.plot() 參數說明

pyplot.plot() 常用的參數如下表所示 ( 完整參數參考：matplotlib.pyplot.plot )：

繪製第一張折線圖

下方的程式碼，會畫出一條左下往右上的折線圖，由於數據只有一組 x，會自動將 y 的資料套用 x。

import matplotlib.pyplot as plt

x = [1,2,3,4,5]
# 畫出顏色紅色、圓形錨點、虛線、粗細 2、資料點大小 6 的線條
plt.plot(x,color='r', marker='o', lineStyle='--', linewidth=2, markersize=6)
plt.show()

上方的程式碼，也可以將顏色、資料點形狀和線條樣式，簡化成下方的長相，執行後也會得到同樣的結果。

import matplotlib.pyplot as plt

x = [1,2,3,4,5]
plt.plot(x,'ro--', linewidth=2, markersize=6)  # 簡化後的程式碼
plt.show()

二維數據的折線圖

如果同時有 x 和 y 二維數據，只要將資料放入 x 和 y 的參數位置，就能套用到對應的座標軸 ( 注意數據長度要相同，不然會發生錯誤 )

import matplotlib.pyplot as plt

x = [1,2,3,4,5]
y = [1,2,4,8,16]
plt.plot(x, y, 'ro--', linewidth=2, markersize=6)
plt.show()

多組數據的折線圖

如果有多組數據需要同時呈現，plot 提供下列幾種方法，第一種方法只依序將資料填入參數，就能在同一張圖表上畫出折線圖。

import matplotlib.pyplot as plt

x = [[1,2,3,4,5],[1,2,3,4,5]]
y = [[1,2,4,8,16],[1,2,3,4,5]]
plt.plot(x[0], y[0], 'ro-', x[1], y[1], 'go--')  # 依序填入資料
plt.show()

第二種方法是獨立繪製每條線段，繪製完成後再使用 show() 的方式顯示折線圖。

import matplotlib.pyplot as plt

x = [[1,2,3,4,5],[1,2,3,4,5]]
y = [[1,2,4,8,16],[1,2,3,4,5]]
plt.plot(x[0], y[0], 'ro-')    # 先畫第一條紅色實線
plt.plot(x[1], y[1], 'go--', linewidth=5, markersize=15)   # 再畫第二條綠色粗的虛線
plt.show()

搭配 NumPy 繪製折線圖

由於 matplotlib 能完美的和 NumPy 整合，所以能透過 NumPy 強大的處理或產生數據能力，快速產生許多繪圖用的數據，下方的例子，使用 NumPy 產生 0～10 間連續 100 個數字，以及每個數字對應的 sin 和 cos 數值，最後使用 matplotlib 繪製出結果。

參考：NumPy 三角函數、numpy.linspace()

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x = np.linspace(0, 10, 100)   # 產生 0～10 間連續 100 個數字
y1 = np.sin(x)                # 每個數字對應的 sin 值
y2 = np.cos(x)                # 每個數字對應的 cos 值
plt.plot(x,y1)                # 畫出第一條線段
plt.plot(x,y2)                # 畫出第二條線段
plt.show()

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