Matplotlibでオブジェクト指向なグラフ作成

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はじめに

matplotlibライブラリを用いて、オブジェクト指向スタイルでグラフを作成する。

環境

ソフトウェア	バージョン
spyder	3.2.3
python	3.6.2
matplotlib	2.0.2

matplotlibのオブジェクト指向

matplotlibにおいて、グラフを作成するための主なクラスはfigureとaxesである。
figureオブジェクトは、グラフを表示するためのウィンドウに相当する。axesオブジェクトはグラフそのものである。1つのfigureオブジェクト上に複数のaxesオブジェクトを表示できる。

まず、pyplotモジュールを次のようにインポートする。

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>>> import matplotlib.pyplot as plt

figure, axesオブジェクトの作成方法はいくつかある。

add_axesメソッドを使う

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fig = plt.figure()              # figureオブジェクトを作成
ax  = fig.add_axes((0,0,1,1))   # axesオブジェクトを作成
ax.plot([1,2], [3,4])           # plotメソッドでデータをプロット
plt.show()                      # グラフを表示

add_subplotメソッドを使う

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fig = plt.figure()
ax  = fig.add_subplot(111)   # axesオブジェクトを作成
ax.plot([1,2], [3,4])
plt.show()

subplotsメソッドを使う

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fig, ax = plt.subplots() # figure, axesオブジェクトを作成
ax.plot([1,2], [3,4])
plt.show()

実行すると、いずれも次のグラフが表示される（大きさは異なる場合がある）。

axes_object

各関数・メソッドの説明を次節に示す。

figure, axesオブジェクトを作成する関数・メソッド

plt.figure()

plt.figure()は、figureオブジェクトを返す。

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plt.figure(num=None, figsize=None, dpi=None, facecolor=None, 
           edgecolor=None, frameon=True, 
           FigureClass=<class 'matplotlib.figure.Figure'>, 
           clear=False, **kwargs)

主な引数の型と意味を下表に示す。

引数	型	意味
num	int or str	figureの番号または名前。指定しなければ順に加算される。
figsize	touple of int	図の幅と高さを指定（単位：インチ）
dpi	int	解像度
facecolor		背景色
edgecolor		境界の色

例：図の幅・高さをそれぞれ4, 3インチとし、背景を灰色にする。

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>>> fig = plt.figure(figsize=(4, 3), facecolor="gray")
>>> ax  = fig.add_axes((0,0,1,1))
>>> ax.plot([1,2], [3,4])
>>> plt.show()

figure_property

figure.add_axes()

figure.add_axes()は、figure上に1個のaxesオブジェクトを作成する。

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figure.add_axes=(rect, projection, poloar)

主な引数の意味を下表に示す。

引数	型	意味
rect	list or touple	axesの位置・大きさを指定
projection	str	投影方法（任意）
polar	bool	Trueなら極座標表示（任意）

rectは、4つのfloatでaxesの[左端, 下端, 幅, 高さ]を指定する。
projection引数には、以下の投影方法を指定できる。

引数	意味
“aitoff”	エイトフ図法
“hammer”	ハンメル図法
“lambert”	ランベルト図法
“mollweide”	モルワイデ図法
“polar”	極座標
“rectilinear”	心射方位図法

figure.add_subplot()

figure.add_subplot()は、figure上に1個のaxesオブジェクトを格子状に作成する。

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figure.add_axes=(*args, projection, poloar)

argsは可変長の引数を表し、「3つの整数を持つタプル」または「3桁の整数」である。
タプルの値を(I, J, K)とすると、I行J列の格子のK番目の位置にaxesを作成する。
タプル(I, J, K)は、3つの整数をIJKと並べた場合に等しい。

例：2行1列で2つのグラフを出力する。

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fig = plt.figure()
ax1 = fig.add_subplot(211) # 2行1列の1番目
ax1.plot([1,2], [2,3])
ax2 = fig.add_subplot(212) # 2行1列の2番目 
ax2.plot([1,2], [3,2])
plt.show()

subplot

plt.subplots()

plt.subplots()は次の2つのオブジェクトを作成する。

figureオブジェクト
axesオブジェクトの配列（または単体のaxesオブジェクト）

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plt.subplots(nrows=1, ncols=1, sharex=False, sharey=False, 
             squeeze=True, subplot_kw=None, 
             gridspec_kw=None, **fig_kw)

主な引数の意味を以下に示す。

nrows, ncols: int型
グラフグリッドの行数・列数。

sharex, sharey: bool or {“none”, “all”, “row”, “col”}
複数のグラフのx, y軸の範囲(xlim, ylim)の共有。

True or “all”: 全グラフで軸範囲を共有。
False or “none”: 各グラフの軸範囲は独立。
“row”: 各行のグラフが軸範囲を共有。
“col”: 各列のグラフが軸範囲を共有。

squeeze: bool
axesオブジェクトの返し方を指定。

Falseの場合、axesオブジェクトを常に2次元配列で返す。
Trueの場合、nrows, ncolsの値によって、axesオブジェクト配列の次元を最小限にする。
　　・nrows=ncols=1のとき、直接axesオブジェクトを返す。
　　・nrowsとncolsの片方のみ1のとき、axesオブジェクトを1次元配列で返す。
　　・nrowsとncolsの両方が2以上のとき、axesオブジェクトを2次元配列で返す。

subplot_kw: dict型
figure.add_subplot()のパラメータを指定する。

**fig_kw :
plt.figure()のパラメータを指定する。

例：2行2列のaxesオブジェクトを作成し、x軸の範囲は同じ列のグラフで共通、y軸の範囲は全グラフで共通とする。また、背景色を薄灰色にする(plt.figure()のパラメータ)。

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fig, ax = plt.subplots(ncols=2, nrows=2, 
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                       facecolor="lightgray")
print(ax)
ax[0,0].plot([1,2], [0,1]) # 左上
ax[0,1].plot([5,8], [1,2]) # 右上
ax[1,0].plot([1,2], [2,1]) # 左下
ax[1,1].plot([5,8], [2,0]) # 右下
plt.show()

実行結果 変数axはaxesオブジェクトの2x2配列になっている。

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[[<matplotlib.axes._subplots.AxesSubplot object at 0x000000E5792E0588>
  <matplotlib.axes._subplots.AxesSubplot object at 0x000000E57A31D278>]
 [<matplotlib.axes._subplots.AxesSubplot object at 0x000000E579271BE0>
  <matplotlib.axes._subplots.AxesSubplot object at 0x000000E57A3DCFD0>]]

subplots

参考リンク

matplotlib.pyplot.figure — Matplotlib 3.3.3 documentation
matplotlib.pyplot.subplot — Matplotlib 3.3.3 documentation
matplotlib.pyplot.subplots — Matplotlib 3.3.3 documentation