建立多個子圖表 ( subplot、subplots )

使用 matplotlib 建立 figure 後，能透過 subplot() 和 subplots() 的方法，在同一張圖片裡建立多個子圖表，這篇教學將會介紹如何建立多個子圖表。

快速導覽

• 子圖表的位置
• subplot 和 subplots 的差異
• 使用 add_subplot
• 調整子圖表間距
• subplot2grid 建立跨欄或跨列的圖表

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 )

子圖表的位置

使用 subplot() 或 subplots() 的方法建立子圖表時，會按照 row ( 垂直 )、column ( 水平 ) 的矩陣方式，將子圖表放入對應的位置，下圖表示擁有 3x3 和 3x2 個子圖表的畫布，各個子圖表的 index ( 位置 ) 和排列順序。

subplot 和 subplots 的差異

• subplot(row, column, index)

  建立單一個子圖表，可以透過設定 nrows ( 垂直 )、ncols ( 水平 ) 和 index ( 位置 ) 參數，將子圖表放在畫布中指定的位置，使用時必須注意，同一張畫布裡 subplot() 方法的 row 和 column 設定必須相同，下方的例子會畫出兩個子圖表 ( 221 可以寫成 2,2,1，表示 nrows 2、ncols 2、index 1 )。

  import matplotlib.pyplot as plt
  x = [1,2,3,4,5]
  y = [5,4,3,2,1]
  fig = plt.figure()
  plt.subplot(221)
  plt.plot(x)
  plt.subplot(224)
  plt.plot(y)
  plt.show()
  

  

  如果不設定參數，預設畫出「一張」子圖表。

  import matplotlib.pyplot as plt
  x = [1,2,3,4,5]
  y = [5,4,3,2,1]
  fig = plt.figure()
  plt.subplot()
  plt.plot(x)
  plt.show()
  

  

• subplots()

  建立多個子圖表，可以透過設定 nrows 和 ncols 參數建立子圖表的二維陣列，接著就能在指定的位置繪製子圖表，下方的例子會畫出兩個子圖表。

  import matplotlib.pyplot as plt
  x = [1,2,3,4,5]
  y = [5,4,3,2,1]
  fig, ax = plt.subplots(2,2)
  ax[0][0].plot(x)
  ax[1][1].plot(y)
  plt.show()
  

  

  如果不設定參數，預設畫出「一張」子圖表。

  import matplotlib.pyplot as plt
  x = [1,2,3,4,5]
  y = [5,4,3,2,1]
  fig, ax = plt.subplots()
  ax.plot(x)
  plt.show()
  

  

使用 add_subplot

如果建立了一個空白的 figure，也可以透過 add_subplot() 的方法，將子圖表添加到畫布裡指定的位置，add_subplot() 的用法和 subplot() 類似，添加時需要設定 nrows、ncols 和 index 參數，下方的例子會畫出兩個子圖表。

import matplotlib.pyplot as plt
x = [1,2,3,4,5]
y = [5,4,3,2,1]
fig = plt.figure()
fig.add_subplot(221)
plt.plot(x)
fig.add_subplot(224)
plt.plot(y)
plt.show()

設定子圖表的間距

建立子圖表後，預設會按照規劃的位置排列，但如果子圖表裡包含了 title 或客製化的軸線格式，可能會發生位置重疊的狀況，為了避免這些情況，matplotlib 提供下列幾種調整子圖表的方法：

• tight_layout()

  使用 tight_layout() 方法後，子圖表會自動保持合適的間距。

  x = [1,2,3,4,5]
  y = [5,4,3,2,1]
  fig, ax = plt.subplots(2,2)
  ax[0,0].set_title('xxx')
  ax[0,0].plot(x)
  ax[1,1].set_title('yyy')
  ax[1,1].plot(x)
  plt.tight_layout()
  plt.show()
  

  

• subplots_adjust()

  使用 tight_layout() 方法後，可以根據使用者的設定，調整子圖表的間距，tight_layout() 具有 left、right、bottom、top 四個比例參數，wspace 和 hspace 兩個子圖表空間參數。

  x = [1,2,3,4,5]
  y = [5,4,3,2,1]
  fig, ax = plt.subplots(2,2)
  ax[0,0].set_title('xxx')
  ax[0,0].plot(x)
  ax[1,1].set_title('yyy')
  ax[1,1].plot(x)
  plt.subplots_adjust(hspace=1, wspace=0.5, left=0.2)
  plt.show()
  

  

• subplot_tool()

  subplot_tool() 會開啟一個可調整的視窗 ( 需要 GPU 支援，Colab 會開啟靜態圖片 )，可從上方看到目前子圖表的間距設定。

  x = [1,2,3,4,5]
  y = [5,4,3,2,1]
  fig, ax = plt.subplots(2,2)
  ax[0,0].set_title('xxx')
  ax[0,0].plot(x)
  ax[1,1].set_title('yyy')
  ax[1,1].plot(x)
  plt.subplot_tool()
  plt.show()
  

  

• 建立子圖表時，加入 constrained_layout=True

  在建立子圖表時，加入 constrained_layout=True 參數，就會在產生子圖表前，調整到最合適的位置。

  x = [1,2,3,4,5]
  y = [5,4,3,2,1]
  fig, ax = plt.subplots(2,2,constrained_layout = True)
  ax[0,0].set_title('xxx')
  ax[0,0].plot(x)
  ax[1,1].set_title('yyy')
  ax[1,1].plot(x)
  plt.show()
  

  

跨欄或跨列的圖表

使用 subplot2grid() 方法，可以建立「跨欄」或「跨列」的圖表，subplot2grid() 有下列幾個常用的參數：

|參數|說明| |shape|圖表的大小，以 (int, int) 表示。| |loc|圖表的起始位置，以 (int, int) 表示。| |rowspan|圖表的跨列數值，預設 1。| |colspan|圖表的跨欄數值，預設 1。|

下方的程式碼執行後，除了兩個 1x1 的圖表，還會有一個 2x2 的圖表出現在畫布裡。

import matplotlib.pyplot as plt
x = [1,2,3,4,5]
y = [5,4,3,2,1]
fig = plt.figure()
plt.subplot2grid((3,3), (0, 1), rowspan=2, colspan=2)
# (3,3), (0, 1) 等同 (332)
plt.plot(x)
plt.subplot(331)
plt.plot(x)
plt.subplot(339)
plt.plot(y)
plt.show()

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