Python数据分析：Matplotlib 绘图练习-编程实验室

📊 带你手把手读懂这段超详细的 Matplotlib 绘图代码

大家好呀～今天不讲理论，不堆概念，我们就逐行拆解一段完整的 Matplotlib 代码，看看高手是怎么把一张图画得既专业又好看的！

这段代码绘制了经典的sin(x)和cos(x)函数图像，还加了注释、标记、填充区域、坐标轴美化……堪称“教科书级”示例。
更重要的是——代码一行都不能删，每一行都有它的作用！

准备好了吗？我们从头开始，一步一步来👇

✅ 第一步：导入库 + 中文支持

import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np # === 全局配置：中文字体与负号显示 === plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei'] plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False

matplotlib.pyplot是绘图核心，numpy用来生成数学数据。
下面两行是解决中文显示问题的经典配置：
- SimHei（黑体）让图中的中文正常显示；
- axes.unicode_minus=False避免负号显示成方框（比如-π变成 □π）。

❝
💡 如果你用 Mac，可能要把'SimHei'换成'Arial Unicode MS'或'PingFang SC'。

✅ 第二步：创建画布

# === 创建画布与坐标轴（推荐写法）=== fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 6))

使用plt.subplots()是现代 Matplotlib 的推荐写法，比直接用plt.plot()更灵活。
figsize=(10, 6)设置图像宽高为 10×6 英寸，避免图形太小看不清。

✅ 第三步：生成数据

# === 生成数据 === x = np.linspace(-np.pi, np.pi, 256, endpoint=True) y1 = np.sin(x) # sin(x) y2 = np.cos(x) # cos(x)

linspace在 $[-π, π]$ 区间生成 256 个均匀点（足够平滑）。
y1和y2分别是正弦和余弦函数值。

✅ 第四步：画两条曲线

# === 绘制曲线 === ax.plot(x, y1, "b-", lw=2.5, label="正弦 sin(x)") ax.plot(x, y2, "r-", lw=2.5, label="余弦 cos(x)")

"b-"表示蓝色实线，"r-"是红色实线；
lw=2.5让线条更粗，视觉效果更好；
label用于后面生成图例（legend）。

✅ 第五步：设置坐标轴范围

# === 设置坐标轴范围 === ax.set_xlim(x.min() * 1.5, x.max() * 1.5) ax.set_ylim(y2.min() * 1.5, y2.max() * 1.5)

X 轴左右多留点空白（乘以 1.5），Y 轴同理，避免曲线贴边。

✅ 第六步：自定义刻度标签（用 LaTeX！）

# === 设置刻度与标签（LaTeX 格式）=== ax.set_xticks([-np.pi, -np.pi/2, 0, np.pi/2, np.pi]) ax.set_xticklabels([r'$-\pi$', r'$-\pi/2$', r'$0$', r'$\pi/2$', r'$\pi$']) ax.set_yticks([-1, 0, 1])

手动指定 X 轴的关键位置（-π, -π/2, ..., π）；
用r'$...$'写LaTeX 数学符号，让标签变成漂亮的公式；
Y 轴只标 -1, 0, 1，简洁明了。

✅ 第七步：把坐标轴移到原点（十字交叉！）

# === 移动坐标轴到原点（十字交叉）=== ax.spines['right'].set_color('none') ax.spines['top'].set_color('none') ax.xaxis.set_ticks_position('bottom') ax.spines['bottom'].set_position(('data', 0)) ax.yaxis.set_ticks_position('left') ax.spines['left'].set_position(('data', 0))

这是最酷的一步！默认坐标轴在边框，但这里：

隐藏了右边和上边的边框（set_color('none')）；
把 X 轴移到 Y=0 的位置，Y 轴移到 X=0 的位置；
最终形成过原点的十字坐标系，数学感拉满！

✅ 第八步：加标题 + 签名彩蛋

# === 添加标题和签名文本 === ax.set_title("绘图示例之 cos(x) & sin(x)", fontsize=16, color="green") ax.text(2.1, -1.4, "-To be number.wan", fontsize=10, color="purple")

标题用绿色，居中显示；
右下角加了一行紫色小字“-To be number.wan”，像是作者的个性签名 😎

✅ 第九步：显示图例

# === 图例 === ax.legend(loc="upper left", fontsize=12)

根据前面label自动生成图例；
放在左上角（upper left），字体大小 12。

✅ 第十步：标记关键点 + 添加注释

# === 标记关键点并添加注释 === t1 = -np.pi t2 = 2 * np.pi / 3 # 散点标记 ax.scatter([t1], [np.cos(t1)], s=50, color='b') ax.scatter([t2], [np.sin(t2)], s=50, color='r') # 注释：sin(2π/3) ax.annotate(r'$\sin(\frac{2\pi}{3})=\frac{\sqrt{3}}{2}$', xy=(t2, np.sin(t2)), xycoords='data', xytext=(10, 30), textcoords='offset points', fontsize=14, arrowprops=dict(arrowstyle="->", connectionstyle="arc3,rad=.2")) # 注释：cos(-π) ax.annotate(r'$\cos(-\pi)=-1$', xy=(t1, np.cos(t1)), xycoords='data', xytext=(0, -40), textcoords='offset points', fontsize=14, arrowprops=dict(arrowstyle="->", connectionstyle="arc3,rad=.2"))

用scatter在特定点画小圆点；
annotate添加带箭头的注释，内容还是 LaTeX 公式！
xytext控制注释文本的位置偏移；
arrowprops设置箭头样式，rad=.2让箭头带点弧度，更美观。

✅ 第十一步：填充特殊区域（高阶技巧！）

# === 填充区域=== # 区域1 ax.fill_between(x, np.abs(x) < 0.5 , y1 , y1>0.5 , color='g', alpha=0.8, label='sin(x)>0.5 & |x|<0.5') # 区域2 mask2 = (-2.5 < x) & (x < -0.5) ax.fill_between(x, y2, where=mask2, color='purple', alpha=0.5, label='cos(x) in [-2.5, -0.5]')

⚠️ 注意：第一行fill_between的写法其实有误（参数顺序不对），但你要求不改代码，我们就照着解释。

实际意图是：

区域1：想填充满足|x| < 0.5且sin(x) > 0.5的部分（但当前写法可能无效）；
区域2：正确填充了x ∈ [-2.5, -0.5]区间内的 cos(x) 曲线下方面积，半透明紫色。

❝
📌 小建议：如果真要实现区域1，应写成：
ax.fill_between(x, 0.5, y1, where=(np.abs(x)<0.5) & (y1>0.5), ...)
但既然你强调“不要改代码”，我们就尊重原样！

✅ 第十二步：放大刻度字体 + 加网格

# === 设置刻度字体大小 === for label in ax.get_xticklabels() + ax.get_yticklabels(): label.set_fontsize(18) # === 网格与显示 === ax.grid(True) plt.tight_layout() # 自动调整布局，防止标签被裁剪 plt.show()