如何让Matplotlib中的多个图例项指向同一条线？

Matplotlib是Python中常用的数据可视化库之一，经常用于绘制图表。在绘制线图时，我们可能需要给其添加多个图例项，但是有时候会出现多个图例项指向同一条线的情况，这就需要我们进行一些特殊处理。

Matplotlib中的图例

在Matplotlib中，每个图例项由一个label和一个handles组成。其中label是图例项的文本描述，handles用于指定图例项所代表的对象，常用的对象类型包括Line2D、Patch、Text等。

例如，以下代码演示了如何在Matplotlib中创建一个带有图例的线图：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 生成数据
x = np.linspace(0, 10, 100)
y1 = np.sin(x)
y2 = np.cos(x)

# 绘制图表
fig, ax = plt.subplots()
ax.plot(x, y1, label='sin(x)')
ax.plot(x, y2, label='cos(x)')

# 添加图例
ax.legend()

# 显示图表
plt.show()

在上述代码中，我们使用ax.plot方法绘制了两条曲线，分别代表sin(x)和cos(x)函数。通过ax.legend方法添加了图例，此时图例中包含了两个图例项，分别对应于这两条曲线。

如何让多个图例项指向同一条线？

有时候，我们可能需要在一个图表中包含多个图例项，但是这些图例项需要指向同一条线。这种情况下，我们可以通过如下两种方式实现：

方式一：使用线对象的label属性

在Matplotlib中，绘制线图时，我们可以指定线对象的label属性，该属性即为图例项的label值。例如，以下代码演示了如何使用线对象的label属性实现多个图例项指向同一条线的效果：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 生成数据
x = np.linspace(0, 10, 100)
y = np.sin(x)

# 绘制图表
fig, ax = plt.subplots()
line, = ax.plot(x, y)

# 添加图例
ax.legend([line], ['sin(x)', 'cos(x)'])

# 显示图表
plt.show()

在上述代码中，我们使用ax.plot方法绘制了一条代表sin(x)函数的曲线，并将其赋值给了变量line。然后，我们使用ax.legend方法添加了两个图例项，分别对应于sin(x)和cos(x)函数。由于两个图例项的handles都是指向line的，因此两个图例项指向的都是同一条线。

方式二：使用ProxyArtist对象

除了使用线对象的label属性外，我们还可以使用ProxyArtist对象实现多个图例项指向同一条线的效果。ProxyArtist是Matplotlib提供的一种虚拟艺术家对象，可以用于表示包括线、点、文字等在内的任何图形元素。

在Matplotlib中，我们可以使用如下语法创建一个ProxyArtist对象：

import matplotlib.projections.polar as polar
from matplotlib.projections import register_projection

class MyProjection(polar.PolarAxes):
    name = 'my_polar'
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        polar.PolarAxes.__init__(self, *args, **kwargs)
        self.set_theta_offset(np.pi / 2)
        self.set_theta_direction(-1)

register_projection(MyProjection)

在上述代码中，我们定义了一个MyProjection类，并继承自Matplotlib提供的polar.PolarAxes类。然后，我们通过register_projection函数将MyProjection类注册到Matplotlib中。此时，我们就可以使用MyProjection类创建一个PolarAxes对象了。

使用ProxyArtist对象实现多个图例项指向同一条线的效果，可以通过创建一个空的ProxyArtist对象，将其与Line2D对象绑定，然后将这个ProxyArtist对象作为图例项的handles，即可实现多个图例项指向同一条线的效果。例如，以下代码演示了如何使用ProxyArtist对象实现多个图例项指向同一条线的效果：

import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.proxies import ProxyLine2D
import numpy as np

# 生成数据
x = np.linspace(0, 10, 100)
y = np.sin(x)

# 绘制图表
fig, ax = plt.subplots()
line, = ax.plot(x, y)

# 创建ProxyArtist对象并绑定到Line2D对象
line_proxy = ProxyLine2D([], [])
line_proxy.set_data(line.get_xdata(), line.get_ydata())

# 添加图例
ax.legend([line_proxy], ['sin(x)', 'cos(x)'])

# 显示图表
plt.show()

在上述代码中，我们使用ax.plot方法绘制了一条代表sin(x)函数的曲线，并将其赋值给了变量line。然后，我们创建了一个空的ProxyLine2D对象line_proxy，并将其与line对象绑定。最后，我们使用ax.legend方法添加了两个图例项，其中handles参数指定了要添加的图例项，即line_proxy；labels参数指定了图例项的文本描述，即”sin(x)”和”cos(x)”。