Matplotlib 多散点子图与共享颜色条

在本文中，我们将介绍如何使用Matplotlib创建多个散点子图，并使用共享颜色条来展示数据。散点子图通常用于研究两个变量之间的关系，而共享颜色条可以使比较不同子图中相同数据的值更加容易。

准备工作

在开始之前，我们需要安装Matplotlib库。如果您还没有安装它，可以通过以下命令来安装：

pip install matplotlib

除此之外，我们还需要准备一些数据来演示如何创建多散点子图。

import numpy as np

# 生成随机数据
x1 = np.random.randn(100)
y1 = np.random.randn(100)
z1 = x1 + y1
x2 = np.random.randn(100)
y2 = np.random.randn(100)
z2 = x2 - y2

上面的代码生成两个二维随机数据(z1和z2)，其中z1是x1和y1的和，z2是x2和y2的差。

创建多散点子图

创建多个散点子图的过程与创建单个散点图类似。我们可以使用subplot()函数来创建子图，并使用scatter()函数在每个子图中绘制散点。以下代码绘制两个散点子图，每个子图都包含x和y坐标，并与z1和z2相关联。

import matplotlib.pyplot as plt

fig, ax = plt.subplots(nrows=1, ncols=2, figsize=(10, 5))
# 第1个子图
scatter1 = ax[0].scatter(x1, y1, c=z1, cmap='coolwarm')
ax[0].set_xlabel('x')
ax[0].set_ylabel('y')
ax[0].set_title('Subplot 1')
# 第2个子图
scatter2 = ax[1].scatter(x2, y2, c=z2, cmap='coolwarm')
ax[1].set_xlabel('x')
ax[1].set_ylabel('y')
ax[1].set_title('Subplot 2')
# 添加颜色条
fig.colorbar(scatter1, ax=ax.ravel().tolist())

在这个示例中，我们创建了一个包含两个子图的图像对象。子图的布局由nrows和ncols参数指定。每个子图的x和y坐标由scatter()函数的前两个参数表示。我们使用c参数将z1和z2的值与颜色映射关联，并使用cmap参数来选择颜色映射的名称。对于这个例子，我们选择了coolwarm颜色映射，它从蓝色到红色渐变。

共享颜色条

如果我们在多个子图之间比较颜色映射，那么使用共享颜色条是很有用的。在上面的代码中，我们通过fig.colorbar()函数向整个图像添加一个颜色条。但这可能会很棘手，因为可能没有足够的空间来容纳颜色条。而且，我们希望所有子图都共享一个相同的颜色条，这样比较更有效率。

要实现共享颜色条，我们可以使用subplots()函数（而不是subplot()函数）来创建一个图像对象和子图列表。我们还可以使用GridSpec()类来创建自定义子图布局。以下是示例代码：

fig = plt.figure(figsize=(8, 4))
gs = fig.add_gridspec(nrows=1, ncols=2)

ax1 = fig.add_subplot(gs[0, 0])
ax2 = fig.add_subplot(gs[0, 1])

scatter1 = ax1.scatter(x1, y1, c=z1, cmap='coolwarm')
scatter2 = ax2.scatter(x2, y2, c=z2,cmap='coolwarm')

# 共享颜色条
fig.colorbar(scatter1, ax=[ax1, ax2])

# 设置子图标题和坐标轴标签
ax1.set_title('Subplot 1')
ax1.set_xlabel('x')
ax1.set_ylabel('y')

ax2.set_title('Subplot 2')
ax2.set_xlabel('x')
ax2.set_ylabel('y')

plt.show()

在上面的代码中，我们首先创建了一个8×4的图像对象，然后使用GridSpec()类创建两个子图的布局。add_subplot()方法用于将每个子图添加到相应的位置。然后，我们在每个子图中使用scatter()函数绘制散点，将z1和z2的值与颜色映射关联，并使用cmap参数选择颜色映射名称。我们使用ax参数将颜色条放在两个子图中。

最后，我们使用set_title()，set_xlabel()和set_ylabel()方法设置子图标题和坐标轴标签。

可以看到，两个子图共享一个相同的颜色条，使比较颜色映射更容易。