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Matplotlib Pyplot

概念与用途

matplotlib.pyplot 是 Matplotlib 的便捷接口，通常导入为 plt。它维护“当前 Figure”和“当前 Axes”的状态，适合交互探索；面向对象接口则把操作明确地放在 fig 和 ax 上，更适合多图、封装函数和工程代码。

核心 API

API 用途
plt.figure() 创建或激活 Figure
plt.subplots() 同时创建 Figure 和一个或多个 Axes
plt.plot() 在当前 Axes 绘制折线
plt.show() 进入 GUI 事件循环并显示窗口
plt.savefig() 保存当前 Figure
plt.close() 关闭 Figure 并释放资源
ax.set() 批量设置标题、标签和范围

可运行示例

下面使用推荐的面向对象接口，同时演示一张图中的两组数据：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(0, 10, 101)
fig, ax = plt.subplots(figsize=(7, 4), layout="constrained")

ax.plot(x, np.sin(x), label="sin(x)")
ax.plot(x, np.cos(x), label="cos(x)")
ax.set(xlabel="x", ylabel="value", title="Pyplot and Axes")
ax.legend()
ax.grid(alpha=0.25)

fig.savefig("pyplot-example.png", dpi=150)
plt.show()

将绘图逻辑封装为函数时，让函数接收 Axes，而不是在函数内部依赖全局当前坐标轴：

def draw_series(ax, x, y, label):
    ax.plot(x, y, label=label)
    ax.legend()

状态接口与对象接口

plt.title("Demo") 操作当前 Axes，ax.set_title("Demo") 操作指定 Axes。只有一张图时二者结果类似；当循环创建多张图或处理子图时，显式对象能避免内容画到错误的坐标轴。Figure 是完整画布，Axes 是包含坐标轴、数据和标题的绘图区，不要把 Axes 与 x/y axis 混为一谈。

常见错误与设计注意事项

  • 忘记 plt.show()：普通脚本可能运行后立即退出；Notebook 通常会自动显示，但不应依赖该行为。
  • 在 show() 之后才保存：部分后端可能已清空或关闭窗口。通常先 fig.savefig() 再 plt.show()。
  • 循环绘制大量图片不关闭：Figure 会累积并产生内存警告。每轮保存后调用 plt.close(fig)。
  • 混合状态式和对象式调用：代码可能修改错误的当前图。一个绘图单元中尽量统一使用 ax.*。
  • 图表只追求装饰：先保证标签、单位、图例和尺度正确，再设置颜色与样式。

工程中应把数据准备与绘图分开，使绘图函数容易测试和复用。需要统一视觉规范时使用样式表或 rc_context，避免在模块导入阶段永久修改全局 rcParams。