Matplotlib 线图与箭头

Matplotlib是一种数据可视化处理库，它可以绘制各种类型的图形。在Matplotlib中，我们可以使用线图表示一组数据，也可以在线图中添加箭头以表示意图或指向某些内容。本文将介绍如何使用Matplotlib绘制线图，并在线图中添加箭头。

阅读更多：Matplotlib 教程

绘制线图

在Matplotlib中，绘制线图使用的函数是plot()。我们可以给plot()函数传入一个数组，函数会根据数组的值自动绘制线条。例如：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(0, 10, 100)
y = np.sin(x)

plt.plot(x, y)
plt.show()

上述代码将绘制出一条以x为横坐标、y为纵坐标的线条。其中，x由np.linspace()函数生成，表示从0到10均匀分成100个点；y由np.sin()函数生成，表示x的正弦值。

我们可以使用多次plot()函数来绘制多条线条。例如：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(0, 10, 100)
y1 = np.sin(x)
y2 = np.cos(x)

plt.plot(x, y1)
plt.plot(x, y2)
plt.show()

上述代码将绘制出两条线条，一条以x为横坐标、y1为纵坐标，另一条以x为横坐标、y2为纵坐标。

我们还可以对线条的属性进行设置，例如线条颜色、线宽、线型等。下面是通过设置属性绘制线条的示例代码：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(0, 10, 100)
y1 = np.sin(x)
y2 = np.cos(x)

plt.plot(x, y1, color='blue', linewidth=2, linestyle='--')
plt.plot(x, y2, color='green', linewidth=3, linestyle='-.')
plt.show()

上述代码将绘制出两条线条，一条蓝色、线宽为2、使用虚线风格，另一条绿色、线宽为3、使用点划线风格。

绘制带箭头的线条

为了在线图中添加箭头，我们需要使用annotate()函数。该函数接受三个参数，分别是箭头的文本、箭头的位置、箭头的方向。下面是绘制带箭头的线条的示例代码：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(0, 10, 100)
y = np.sin(x)

plt.plot(x, y)

plt.annotate('start here', xy=(4, 0.8), xytext=(4, 1.5),
         arrowprops=dict(facecolor='black', shrink=0.05))

plt.annotate('end here', xy=(7, -0.8), xytext=(8, -1.5),
         arrowprops=dict(facecolor='red', shrink=0.05))

plt.show()

上述代码绘制了一条以x为横坐标、y为纵坐标的线条，并在线条的起点和终点分别添加了-arrows。其中，annotate()函数的第一个参数是箭头的文本，这里分别为“start here”和“end here”；第二个参数是箭头的位置，分别为线条的第43个点和第73个点；第三个参数是箭头的终点位置，分别为线条的第52个点和第84个点；arrowprops参数指定箭头的样式和大小。例如，facecolor指定箭头的颜色，shrink指定箭头的大小。

我们还可以使用arrow()函数直接绘制带箭头的直线。该函数接受四个参数，分别是起点坐标、终点坐标、箭头长度和箭头宽度。下面是使用arrow()函数绘制带箭头的直线的示例代码：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(0, 10, 100)
y = np.sin(x)

plt.xlim(0, 10)
plt.ylim(-1.5, 1.5)
plt.plot(x, y)

plt.arrow(4, 0.8, 1, 0, length_includes_head=True,
      head_width=0.15, head_length=0.3, fc='black', ec='black')

plt.arrow(7, -0.8, 1, 0, length_includes_head=True,
      head_width=0.3, head_length=0.5, fc='red', ec='red')

plt.show()

上述代码绘制了一条以x为横坐标、y为纵坐标的线条，并在线条的起点和终点位置绘制了直线箭头。其中，arrow()函数的前两个参数是起点和终点坐标；length_includes_head=True表示箭头长度包括箭头的头部长度；head_width和head_length分别指定箭头的宽度和长度；fc和ec分别指定箭头的填充色和边界色。