Matplotlib 圆形/极坐标直方图

Matplotlib 是一个基于 Python 的绘图库，可用于创建各种类型的图形，包括线图、散点图、条形图等等。它是一个功能强大、易于使用的工具，因此在学术和工业领域中广泛使用。本文将介绍 Matplotlib 中的圆形/极坐标直方图，并提供一些示例来帮助理解。

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圆形/极坐标系统

Matplotlib 中的圆形/极坐标系统以极坐标轴为基础，该轴以原点为中心，将角度绘制在轴上，将半径绘制在圆周上。这种坐标系统适合用于显示周期性或方向性数据，例如地震波形、天文数据或粒子速度等。

以下是一个简单的例子，它绘制了一个简单的圆形/极坐标图：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 生成数据
N = 150
r = 2 * np.random.rand(N)
theta = 2 * np.pi * np.random.rand(N)

# 绘制散点图
ax = plt.subplot(111, projection='polar')
ax.scatter(theta, r)
ax.set_title("Polar Scatter Plot")
plt.show()

该代码生成了 150 个随机极坐标点，并在其中绘制了一个散点图。

极坐标直方图

在圆形/极坐标系统中，直方图可以表示为一系列 “楔形” 区域，每个区域代表一段角度范围的数据。以下是一个基本的示例，其中生成了 500 个随机极坐标点，然后为每个点分配随机颜色和半径，并在其中绘制了一个圆形/极坐标直方图：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 生成数据
N = 500
r = 2 * np.random.rand(N)
theta = 2 * np.pi * np.random.rand(N)

# 创建“楔形” 直方图
ax = plt.subplot(111, projection='polar')
n, bins, patches = ax.hist(theta, bins=30, rwidth=0.8)

# 设置颜色和半径
for patch in patches:
    patch.set_facecolor(np.random.uniform(0, 1, 3))
    patch.set_alpha(0.7)
    patch.set_radius(np.random.uniform(0.3, 1.0))

ax.set_title("Polar Histogram")
plt.show()

该代码生成了一个极坐标直方图，其中以 30 度为间隔绘制了 500 个随机点，并对每个区域进行了不同的着色。

自定义坐标轴标签和网格线

在创建圆形/极坐标直方图时，我们还可以自定义坐标轴标签和网格线的样式。以下是一个示例代码，该代码生成了一个极坐标直方图，并设置了较小的刻度和较大的字体：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 生成数据
N = 500
r = 2 * np.random.rand(N)
theta = 2 * np.pi * np.random.rand(N)

# 创建“楔形” 直方图
ax = plt.subplot(111, projection='polar')
n, bins, patches = ax.hist(theta, bins=30, rwidth=0.8)

# 设置颜色和半径
for patch in patches:
    patch.set_facecolor(np.random.uniform(0, 1, 3))
    patch.set_alpha(0.7)
    patch.set_radius(np.random.uniform(0.3, 1.0)))

# 自定义坐标轴标签和网格线
ax.set_thetagrids(np.arange(0, 360, 30), fontsize=14)
ax.set_rgrids(np.arange(0.5, 2, 0.5), angle=22.5, fontsize=14)
ax.tick_params(axis="y", labelsize=14)
ax.spines["polar"].set_linewidth(0.5)
ax.grid(True)

# 标题和二级标题
plt.text(0, 1.1, "Polar Histogram", fontsize=16, ha="center")
plt.text(0, 1.05, "Customized Axis Label and Grid Line", fontsize=14, ha="center")

plt.show()

该代码生成了一个极坐标直方图，其中设置了较小的刻度和较大的字体，更容易读取数据和解释图形。

总结

Matplotlib 中的圆形/极坐标直方图是一个强大的可视化工具，可用于显示周期性或方向性数据的分布。在本文中，我们介绍了如何创建基本的圆形/极坐标直方图，并提供了一些示例来帮助您更好地理解。另外，我们还展示了如何自定义坐标轴标签和网格线的样式，以提高图形的可读性和解释性。我们希望这篇文章对您在使用 Matplotlib 中的圆形/极坐标直方图有所帮助。