如何将Matplotlib矩形边缘设为指定宽度之外？

在绘制Matplotlib图形时，经常需要绘制矩形，但默认的边框线有限，如果想要让边框线更加突出，可以将其宽度设为指定宽度之外。在本文中，我们将探讨如何实现这一功能。

Matplotlib基础知识回顾

在介绍如何将Matplotlib矩形边缘设为指定宽度之外之前，我们先来回顾一下Matplotlib中基础的绘图知识。

Matplotlib是一个用于绘制数据可视化图形的Python库，它提供了丰富的绘图工具，并且可以与NumPy、Pandas等常用数学和数据分析库无缝集成。在Matplotlib中，图形的基本组成部分是Figure和Axes，其中Figure表示整个图像窗口，Axes表示绘图区域。

通过创建Figure和Axes对象，我们可以在绘图区域绘制包括线图、散点图、柱状图、热力图等各种类型的图形。

下面是一段使用Matplotlib绘制折线图的示例代码：

import matplotlib.pyplot as plt

# 创建Figure和Axes对象
fig, ax = plt.subplots()

# 绘制折线图
x = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
y = [0, 1, 4, 9, 16, 25]
ax.plot(x, y, 'o-', label='y=x^2')

# 设置标题和标签
ax.set_title('Simple Line Plot')
ax.set_xlabel('x')
ax.set_ylabel('y')

# 显示图例
ax.legend()

plt.show()

在这段代码中，我们首先导入了Matplotlib库中的pyplot模块，并创建了一个Figure和一个Axes对象，然后通过Axes.plot方法在绘图区域绘制了一条折线图，最后通过Axes.set_title、Axes.set_xlabel、Axes.set_ylabel和Axes.legend方法设置了标题、轴标签和图例，并通过pyplot.show显示了整个图形。

Matplotlib提供了众多用于自定义图形样式的函数和方法，下面我们将介绍如何用这些方法将Matplotlib矩形边缘设为指定宽度之外。

设置Matplotlib矩形边缘样式

在Matplotlib中，可以使用Axes.add_patch方法在绘图区域绘制各种形状的图形，其中就包括矩形。要绘制一个矩形，我们需要指定其左上角的坐标、宽度和高度，然后通过Axes.add_patch方法将其添加到绘图区域。

下面是一段使用Matplotlib绘制矩形的示例代码：

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.patches as patches

# 创建Figure和Axes对象
fig, ax = plt.subplots()

# 绘制矩形
rect = patches.Rectangle((0.2, 0.2), 0.6, 0.6, linewidth=1, edgecolor='r', facecolor='none')
ax.add_patch(rect)

# 设置标题和标签
ax.set_title('Rectangular')
ax.set_xlim(0, 1)
ax.set_ylim(0, 1)

plt.show()

在这段代码中，我们首先导入了Matplotlib库中的pyplot模块和patches模块，并创建了一个Figure和一个Axes对象，然后通过patches.Rectangle方法绘制了一个左上角坐标为(0.2, 0.2)、宽度为0.6、高度为0.6的矩形，其中linewidth参数指定了边框线宽度为1，edgecolor参数指定了边框线颜色为红色，facecolor参数指定了填充颜色为无。最后通过Axes.add_patch方法将矩形添加到绘图区域，并设置了标题和轴范围，通过pyplot.show显示了整个图形。

我们可以通过更改linewidth参数来改变矩形边框线的宽度，例如将linewidth设为3，即可将矩形边框线宽度加粗：

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.patches as patches

# 创建Figure和Axes对象
fig, ax = plt.subplots()

# 绘制矩形
rect = patches.Rectangle((0.2, 0.2), 0.6, 0.6, linewidth=3, edgecolor='r', facecolor='none')
ax.add_patch(rect)

# 设置标题和标签
ax.set_title('Rectangular')
ax.set_xlim(0, 1)
ax.set_ylim(0, 1)

plt.show()

然而，这样的边框线只是简单地将线宽加粗，并没有超出矩形范围。如果希望将边框线设为指定宽度之外，需要借助其他方法实现。

使用Path Effects实现矩形边框线超出宽度

在Matplotlib中，可以使用Path Effects（路径效果）来实现各种路径样式，例如将矩形边框线超出矩形宽度一定距离。Path Effects通过创建PathEffect对象并将其作为Artists对象的参数来实现。

下面是一段使用Matplotlib实现矩形边框线超出指定宽度的示例代码：

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.patches as patches
import matplotlib.path as mpath
from matplotlib.patheffects import withStroke

# 创建Figure和Axes对象
fig, ax = plt.subplots()

# 绘制矩形
rect = patches.Rectangle((0.2, 0.2), 0.6, 0.6, linewidth=3, edgecolor='r', facecolor='none')
ax.add_patch(rect)

# 创建预设路径效果对象
pe = withStroke(linewidth=5, foreground='w')

# 设置预设路径效果
rect.set_path_effects([pe])

# 设置标题和标签
ax.set_title('Rectangular')
ax.set_xlim(0, 1)
ax.set_ylim(0, 1)

plt.show()

在这段代码中，我们首先导入了Matplotlib库中的pyplot模块、patches模块、path模块和patheffects模块，并创建了一个Figure和一个Axes对象，然后通过patches.Rectangle方法绘制了一个左上角坐标为(0.2, 0.2)、宽度为0.6、高度为0.6的矩形，其中linewidth参数指定了边框线宽度为3，edgecolor参数指定了边框线颜色为红色，facecolor参数指定了填充颜色为无。

接着，我们使用withStroke方法创建了一个预设路径效果对象pe，其中linewidth参数指定了路径宽度为5，foreground参数指定了路径颜色为白色。然后，使用Artists对象的set_path_effects方法将预设路径效果对象pe设置给矩形对象rect，即可得到边框线超出指定宽度的效果。

值得注意的是，通过Path Effects实现矩形边框线超出宽度时，实际上是为矩形创建了一个新的路径，这个新路径的边框线既有原来的边框线，也包括超出矩形范围的部分路径。