[Python] 機器學習筆記 - 使用 matplotlib.pyplot 快速上手繪圖方式 @ macOS 10.11, 10.12 / Python36

最近想嘗試分析資料，看了一堆教學文都會看到繪圖的函式，如 plt.subplot, plt.plot, plt.show 等等，花了一點時間看看別人的範例，終於看懂了 XD 其實也沒有太複雜。

畫一個正弦波：



import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x = np.arange(0, 5, 0.1);
y = np.sin(x)
plt.plot(x, y)
plt.show()

其中 np.arange 的參數是 x 介於 0 ~ 5 ，並且以 0.1 間隔產生，所以真正產生的數字序列為：

[ 0.   0.1  0.2  0.3  0.4  0.5  0.6  0.7  0.8  0.9  1.   1.1  1.2  1.3  1.4
  1.5  1.6  1.7  1.8  1.9  2.   2.1  2.2  2.3  2.4  2.5  2.6  2.7  2.8  2.9
  3.   3.1  3.2  3.3  3.4  3.5  3.6  3.7  3.8  3.9  4.   4.1  4.2  4.3  4.4
  4.5  4.6  4.7  4.8  4.9]

接著，在定義 y 的數值是怎樣產生，就用 plt.plot 把它畫出跟展現出來。

同理，簡單畫出個 y = 2x + 3, -2 <= x <= 10



import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x = np.arange(-2, 10, 0.1);
y = x * 2 + 3
plt.plot(x, y)

plt.show()

以上就快速明瞭畫圖的方式了，接著談談一張圖多個小圖，或是一口氣產生多個圖的方式。

對於一張圖有多個小圖的部分，會使用到 plt.subplot ，他吃的參數有 3 欄，也有人喜歡給一個三個位數的整數給他：

plt.subplot( x, y, z ) 或 plt.subplot(xyz)

其中 x 代表 row，y 代表 column 而 z 代表 location (顯示位置）

例如，想要做出一張有三個小圖的圖表，就可以用 row=1, column=3，接著開始作畫：



import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# draw 1 picture
plt.subplot(1,3,1)

x = np.arange(0, 5, 0.1);
y = np.sin(x)
plt.plot(x, y)

# draw 2 picture
plt.subplot(1,3,2)

x = np.arange(-2, 10, 0.1);
y = x * 2 + 3
plt.plot(x, y)

# draw 3 picture
plt.subplot(1,3,3)

x = np.arange(-5, 5, 0.1)
y = np.tan(x)
plt.plot(x, y)

plt.show()

如何在程式內一次畫多張畫布，就是用 plt.figure 來處理了

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# draw 1 picture
plt.figure(1)

x = np.arange(0, 5, 0.1);
y = np.sin(x)
plt.plot(x, y)

# draw 2 picture
plt.figure(2)

x = np.arange(-2, 10, 0.1);
y = x * 2 + 3
plt.plot(x, y)

# draw 3 picture
plt.figure(3)

x = np.arange(-5, 5, 0.1)
y = np.tan(x)
plt.plot(x, y)

plt.show()

結果就會產出三張圖。

最後，談談環境架設的部分，這次分別在 macOS 10.11 跟 macOS 10.12 嘗試過，兩邊都分別用 MacPorts 安裝 python 3.6 和 pip 套件，並從 XQuartz 網站下載視窗軟體。

連續動作：

1. 安裝 https://dl.bintray.com/xquartz/downloads/XQuartz-2.7.11.dmg 後重開機（很重要 XD)
2. 安裝 py36-pip py36-virtualenv 和 matplotlib 繪圖需要的函式庫 py36-tkinter
3. 使用 virtualenv 建置環境，並把缺的 py36-tkinter library 移入使用
4. 安裝 matplotlib、numpy 等常用工具
5. 收工，可以把玩繪圖了

$ sudo port install py36-pip py36-virtualenv py36-tkinter
$ virtualenv study
$ source study/bin/activate
$ cd study/lib/python3.6/site-packages
$ ln -s /opt/local/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.6/lib/python3.6/site-packages/_tkinter.cpython-36m-darwin.so  .
$ cd -
$ vim ~/.matplotlib/matplotlibrc
backend: Tkagg
(study) $ pip install matplotlib
(study) $ python draw.py

錯誤處理：

import _tkinter # If this fails your Python may not be configured for Tk
ModuleNotFoundError: No module named '_tkinter'

$ sudo port install py36-tkinter
$ cd path-virtual-env-project/lib/python3.6/site-packages
$ ln -s /opt/local/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.6/lib/python3.6/site-packages/_tkinter.cpython-36m-darwin.so  .

參考資料：

1. https://matplotlib.org/users/pyplot_tutorial.html
2. https://matplotlib.org/users/customizing.html