Matplotlib 将 savefig 保存为不同页面的 PDF

在实际开发中，我们通常需要将多个图形生成为一个 PDF 文件，以便于作为报告或者结果的附件。本文将介绍如何使用 Matplotlib 将多张图片保存在同一个 PDF 文件中，每一张图片对应 PDF 的一页。

生成示例数据

为了方便演示，我们使用 Matplotlib 自带数据集 iris 进行可视化。在执行下列代码前，请确保安装好了 Matplotlib 和 Pandas 库。

import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt

data = pd.read_csv('https://raw.githubusercontent.com/mwaskom/seaborn-data/master/iris.csv')
for name, group in data.groupby('species'):
    plt.figure()
    plt.plot(group['sepal_length'], group['sepal_width'], 'o')
    plt.title(name)

上述代码将 iris 数据集按照花的种类进行分类，并分别绘制出散点图。执行完上述代码后，你可以得到四张图像，如下所示：

Matplotlib 保存至 PDF 文件

Matplotlib 提供了 savefig() 函数用于将图形保存为各种格式的文件；其中，PDF 文件格式也被支持。下面，我们将讲解如何使用 savefig() 函数将四张图像保存为 PDF 文件。

在使用 savefig() 函数前，我们需要先将所有需要保存的图像绑定到一个 Figure 对象上。这个过程可以通过 plt.figure() 函数来实现。在创建 Figure 对象后，我们可以通过 add_subplot() 函数添加子图并在上面绘制图像。示例代码如下：

fig = plt.figure()

for i, (name, group) in enumerate(data.groupby('species')):
    ax = fig.add_subplot(2, 2, i + 1)
    ax.plot(group['sepal_length'], group['sepal_width'], 'o')
    ax.set_title(name)

fig.savefig('output.pdf')

上述代码将四张图像绑定到一个 Figure 对象上，并将其保存为一个 PDF 文件。这里我们使用 add_subplot() 函数将 Figure 分成 2 行 2 列的格子，并在每个格子中绘制图像。可以看到，最后生成的 PDF 文件包含了四个页面，每个页面对应一个图像。

Matplotlib 指定页面大小

在生成 PDF 文件时，我们可以通过 figsize 参数指定页的大小（单位为英寸）。如果不指定的话，默认页面大小为 8″ × 6″。例如，下面的代码将页面宽度和高度均设置为 6 英寸：

fig = plt.figure(figsize=(6, 6))

for i, (name, group) in enumerate(data.groupby('species')):
    ax = fig.add_subplot(2, 2, i + 1)
    ax.plot(group['sepal_length'], group['sepal_width'], 'o')
    ax.set_title(name)

fig.savefig('output.pdf')

通过指定页面大小，我们可以根据实际需求来生成合适的 PDF 文件。下图展示了两种不同大小的页面生成的 PDF 文件：

Matplotlib 指定页面方向

指定 PDF 页面方向只需要在保存的时候添加 orientation 参数即可。例如，将页面横向排布：

fig = plt.figure(figsize=(8, 4))

for i, (name, group) in enumerate(data.groupby('species')):
    ax = fig.add_subplot(1, 2, i + 1)
    ax.plot(group['sepal_length'], group['sepal_width'], 'o')
    ax.set_title(name)

fig.savefig('output.pdf', orientation='landscape')

上述代码生成了一个包含两个横向页面的 PDF 文件。

Matplotlib 指定页面尺寸和边距

我们可以通过 Figure() 函数的 figsize 参数和 subplots_adjust() 函数来指定页面的尺寸和边距。subplots_adjust() 函数可以调整子图之间的间距和边距。

下面的代码演示了如何使用 figsize 和 subplots_adjust() 函数生成一个大小为 5″ × 10″ 的页面，并将每个子图的左、右侧边距都调整为 0.1：

fig = plt.figure(figsize=(5, 10))
fig.subplots_adjust(left=0.1, right=0.9)

for i, (name, group) in enumerate(data.groupby('species')):
    ax = fig.add_subplot(3, 1, i + 1)
    ax.plot(group['sepal_length'], group['sepal_width'], 'o')
    ax.set_title(name)

fig.savefig('output.pdf')

上述代码生成了一个包含三个页面的 PDF 文件，每个页面对应一个图像。

总结

本文介绍了如何使用 Matplotlib 将多张图像保存至一个 PDF 文件中，并指定每张图像所在的页面。我们讲解了如何绑定多个图像到一个 Figure 对象上，并对页面进行不同设置，包括指定页面大小、方向、以及页面尺寸和边距的调整。Matplotlib 的 savefig() 函数提供了很多功能强大的参数，可以满足用户的不同需求，在实际开发中具有很高的实用价值。