图像 Subplot in Python

在数据可视化时，经常需要将多个图像放在同一画布的不同位置上，此时就需要使用 subplot。subplot 是 matplotlib 库的一个很常用的工具，它可以让用户在同一画布中绘制多个子图。

基本用法

使用 subplot 函数，需要传入三个参数：行数、列数和子图编号。代码如下：

import matplotlib.pyplot as plt

plt.subplot(1, 2, 1) # 第一行第一个子图
plt.plot([1, 2, 3], [4, 5, 6], 'ro')

plt.subplot(1, 2, 2) # 第一行第二个子图
plt.plot([1, 2, 3], [4, 5, 6], 'b*')

plt.show()

上述代码中，plt.subplot(1, 2, 1) 表示将子图分成 1 行 2 列，当前绘制第一个子图，即第一行第一个位置。

plt.subplot(1, 2, 2) 表示将子图分成 1 行 2 列，当前绘制第二个子图，即第一行第二个位置。

输出的图像如下所示：

位置调整

我们可以使用 subplot 的方法，来调整每个子图的位置。同样是传入行数、列数和子图编号，只不过这里的子图编号是各位置中的编号。代码如下：

import matplotlib.pyplot as plt

plt.subplot(2, 1, 1) # 第一行第一个位置
plt.text(0.5, 0.5, 'Subplot 1', ha='center', va='center', fontsize=20, color='b')

plt.subplot(2, 3, 4) # 第二行第一个位置
plt.text(0.5, 0.5, 'Subplot 2', ha='center', va='center', fontsize=20, color='r')

plt.subplot(2, 3, 5) # 第二行第二个位置
plt.text(0.5, 0.5, 'Subplot 3', ha='center', va='center', fontsize=20, color='g')

plt.subplot(2, 3, 6) # 第二行第三个位置
plt.text(0.5, 0.5, 'Subplot 4', ha='center', va='center', fontsize=20, color='y')

plt.subplots_adjust(wspace=0.4, hspace=0.4)
plt.show()

上述代码中，我们首先绘制了 2 行 1 列的图像，并在第一行第一个位置绘制了文本 "Subplot 1"。接下来，我们分别在第二行第一个位置、第二行第二个位置和第二行第三个位置绘制了文本 "Subplot 2"、"Subplot 3"、"Subplot 4"。

同时，我们使用了 plt.subplots_adjust() 函数，来调整子图之间的水平和垂直间距。输出的图像如下所示：

多个图像

当需要在同一画布中绘制多个图像时，我们可以使用多个 subplot 将它们放在相应位置上。此时，每个 subplot 的参数需要分别设置。代码如下：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 绘制 Cos 和 Sin
x = np.linspace(0, 2*np.pi, 500)

fig = plt.figure()

ax1 = fig.add_subplot(2, 2, 1) # 第一行第一个位置
ax1.plot(x, np.cos(x), color='r') 
ax1.set_title('Cos')

ax2 = fig.add_subplot(2, 2, 2) # 第一行第二个位置
ax2.plot(x, np.sin(x), color='b') 
ax2.set_title('Sin')

# 绘制正弦函数的一次和二次导数
ax3 = fig.add_subplot(2, 2, 3) # 第二行第一个位置

df = np.gradient(np.sin(x)) # 一次导数
d2f = np.gradient(np.gradient(np.sin(x))) # 二次导数

l1, = ax3.plot(x, np.sin(x), color='y')
l2, = ax3.plot(x, df, color='g')
l3, = ax3.plot(x, d2f, color='r')
ax3.set_title('Sin, Sin\', Sin\'\'')

# 创建图例并调整位置
plt.legend(handles=[l1, l2, l3], labels=['Sin', 'Sin\'', 'Sin\'\''], loc='upper right')

plt.subplots_adjust(wspace=0.3, hspace=0.3)

plt.show()

上述代码中，我们绘制了两个图像：Cos 和 Sin，分别在第一行的两个位置上；并在第二行的第一个位置上，绘制了正弦函数的一次和二次导数。

图例使用的是 plt.legend() 函数，并使用 handles、labels、loc 参数分别指定了图例中显示的内容以及显示的位置。

输出的图像如下所示：

总结

subplot 是 matplotlib 库中一个非常有用的工具，它可以帮助我们在同一画布中绘制多个子图。本篇文章带领大家了解了 subplot 的基本用法、位置调整、多个图像的绘制等。读者在实际应用中可以灵活运用 subplot，方便快捷地绘制多个子图。