极客教程Matplotlib fill_between方法
Matplotlib 是一个强大的 Python 可视化库，可以用于创建各种类型的图表和图形。其中，fill_between 方法是用于填充两条曲线之间的区域，使图表更加直观和易于理解。本文将详细介绍 fill_between 方法的用法，并提供多个示例代码来演示不同情况下的应用。
1. 基本用法
fill_between 方法最常用的用法是填充一条曲线和 x 轴（或 y 轴）之间的区域。以下是一个简单的示例代码：
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
x = np.arange(0, 10, 0.1)
y = np.sin(x)
plt.plot(x, y)
plt.fill_between(x, y, color='skyblue', alpha=0.5)
plt.show()
Output:
在这个示例中，我们先创建了一个包含正弦函数值的数组，并将其画在图表上。然后使用 fill_between 方法填充了曲线和 x 轴之间的区域，填充颜色为天蓝色，透明度为 0.5。
2. 填充两条曲线之间的区域
除了填充曲线和坐标轴之间的区域外，fill_between 方法还可以填充两条曲线之间的区域。以下是一个示例代码：
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
x = np.arange(0, 10, 0.1)
y1 = np.sin(x)
y2 = np.cos(x)
plt.plot(x, y1, color='r', label='sin(x)')
plt.plot(x, y2, color='b', label='cos(x)')
plt.fill_between(x, y1, y2, color='gray', alpha=0.5)
plt.legend()
plt.show()
Output:
在这个示例中，我们先分别创建了正弦函数和余弦函数的数组，并将它们画在同一张图上。然后使用 fill_between 方法填充了这两条曲线之间的区域，填充颜色为灰色，透明度为 0.5。
3. 填充特定区域
有时候我们并不需要填充整个曲线之间的区域，而是只需要填充曲线在某个特定区域内的部分。下面是一个示例代码：
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
x = np.arange(0, 10, 0.1)
y = np.sin(x)
plt.plot(x, y, color='g')
plt.fill_between(x, y, where=(y > 0), color='yellow', alpha=0.3)
plt.show()
Output:
在这个示例中，我们先创建了一个正弦函数的数组，并画在图表上。然后使用 fill_between 方法填充了曲线在 y > 0 区域内的部分，填充颜色为黄色，透明度为 0.3。
4. 垂直填充
除了水平填充外，fill_between 方法还可以进行垂直填充。以下是一个示例代码：
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
x = np.arange(0, 10, 0.1)
y = np.sin(x)
plt.plot(x, y, color='b')
plt.fill_betweenx(y, x, where=(x > 5), color='pink', alpha=0.4)
plt.show()
Output:
在这个示例中，我们同样创建了一个正弦函数的数组，并画在图表上。然后使用 fill_betweenx 方法进行垂直填充，在 x > 5 区域内的部分填充颜色为粉红色，透明度为 0.4。
5. 铺满整个区域
有时候我们需要填充整个图表区域，可以使用 fill_between 方法的参数 ymin 和 ymax 来实现。以下是一个示例代码：
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
x = np.arange(0, 10, 0.1)
y = np.sin(x)
plt.plot(x, y, color='g')
plt.fill_between(x, y, ymin=0, ymax=1, color='orange', alpha=0.4)
plt.show()
在这个示例中，我们创建了一个正弦函数的数组，并画在图表上。然后使用 fill_between 方法填充整个图表区域，在 y 轴 0 到 1 区域填充，填充颜色为橙色，透明度为 0.4。
6. 多个填充区域
fill_between 方法还支持填充多个区域，只需多次调用该方法即可。以下是一个示例代码：
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
x = np.arange(0, 10, 0.1)
y = np.sin(x)
plt.plot(x, y, color='b')
plt.fill_between(x, y, where=(y > 0), color='lightblue', alpha=0.4)
plt.fill_between(x, y, where=(y < 0), color='lightcoral', alpha=0.4)
plt.show()
Output:
在这个示例中，我们同样创建了一个正弦函数的数组，并画在图表上。然后分别使用 fill_between 方法填充了曲线在 y > 0 和 y < 0 区域内的部分，分别填充颜色为浅蓝色和淡珊瑚色，透明度为 0.4。
7. 边界线型
fill_between 方法还可以设置填充区域的边界线型和颜色，只需指定参数 edgecolor 和 linewidth 即可。以下是一个示例代码：
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
x = np.arange(0, 10, 0.1)
y = np.sin(x)
plt.plot(x, y, color='r')
plt.fill_between(x, y, color='yellow', edgecolor='black', linewidth=1)
plt.show()
Output:
在这个示例中，我们创建了一个正弦函数的数组，并画在图表上。然后使用 fill_between 方法填充了曲线和 x 轴之间的区域，填充颜色为黄色，边界线型为黑色实线，线宽为1。
8. 插值填充
有时候我们不希望填充的区域是直线连接的，而是插值填充。fill_between 方法也提供了该功能，只需设置参数 interpolate=True 即可。以下是一个示例代码：
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
x = np.arange(0, 10, 0.1)
y = np.exp(-0.1*x)*np.sin(x)
plt.plot(x, y, color='m')
plt.fill_between(x, y, color='lightgreen', alpha=0.3, interpolate=True)
plt.show()
Output:
在这个示例中，我们创建了一个指数衰减正弦函数的数组，并画在图表上。然后使用 fill_between 方法插值填充了曲线和 x 轴之间的区域，填充颜色为浅绿色，透明度为 0.3。
9. 填充限制
fill_between 方法还可以设置填充的限制区域，只需指定参数 where 和 interpolate=True 即可。以下是一个示例代码：
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
x = np.arange(0, 10, 0.1)
y = np.sin(x)
plt.plot(x, y, color='b')
plt.fill_between(x, y, where=((x > 3) & (x < 7)), color='lightblue', alpha=0.4, interpolate=True)
plt.show()
Output:
在这个示例中，我们同样创建了一个正弦函数的数组，并画在图表上。然后使用 fill_between 方法填充了曲线在 x > 3 和 x < 7 区域内的部分，填充颜色为浅蓝色，透明度为 0.4，并且进行插值填充。
10. 叠加填充
如果希望多个填充区域叠加在一起，可以多次调用 fill_between 方法，并指定 stacked=True 参数。以下是一个示例代码：
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
x = np.arange(0, 10, 0.1)
y = np.sin(x)
plt.plot(x, y, color='g')
plt.fill_between(x, y, where=(y > 0), color='lightgreen', alpha=0.5, stacked=True)
plt.fill_between(x, y, where=(y < 0), color='lightcoral', alpha=0.5, stacked=True)
plt.show()
在这个示例中，我们同样创建了一个正弦函数的数组，并画在图表上。然后分别使用 fill_between 方法填充了曲线在 y > 0 和 y < 0 区域内的部分，并且设置 stacked=True 参数，使填充区域叠加在一起。
结语
本文详细介绍了 matplotlib 中的 fill_between 方法的用法，并提供了多个示例代码来演示不同情况下的应用。通过填充曲线之间的区域，可以使图表更加直观和易于理解，同时也增加了图表的视觉吸引力。读者可以根据自己的需求和数据特点来灵活运用 fill_between 方法，为图表添加更多的信息和细节。