如何避免matplotlib.pyplot中的线条颜色重复？

简介

Matplotlib是Python中最流行的数据可视化库之一，它的使用非常广泛。在使用Matplotlib时，经常需要绘制多条线来比较不同数据的变化趋势。然而，Matplotlib在默认情况下会使用重复的线条颜色，这给数据的可视化造成了困扰。本文将介绍如何避免Matplotlib线条颜色重复的问题。

问题来源

如果在Matplotlib的绘图中不显式指定线条颜色，Matplotlib将自动从一组预定的颜色中选择颜色。这组预定的颜色共有8种，分别为’b’（蓝色）、’g’（绿色）、’r’（红色）、’c’（青色）、’m’（洋红色）、’y’（黄色）、’k’（黑色）和’w’（白色）。当需要绘制多于8种线条时，Matplotlib会从这组预定颜色中重新开始选择颜色，使线条颜色重复。如下面的示例代码所示：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(0, 2*np.pi, 100)
y1 = np.sin(x)
y2 = np.cos(x)
y3 = np.tan(x)
y4 = np.exp(x)
y5 = np.power(2, x)
y6 = np.power(3, x)
y7 = np.power(4, x)
y8 = np.power(5, x)
y9 = np.power(6, x)
y10 = np.power(7, x)

plt.plot(x, y1)
plt.plot(x, y2)
plt.plot(x, y3)
plt.plot(x, y4)
plt.plot(x, y5)
plt.plot(x, y6)
plt.plot(x, y7)
plt.plot(x, y8)
plt.plot(x, y9)
plt.plot(x, y10)
plt.show()

从图中可以看出，当需要绘制的线条超过8条时，Matplotlib会使用重复的线条颜色，给数据的可视化带来了困扰。

解决方案

为了避免Matplotlib中的重复颜色问题，有以下三种解决方案：

1. 显式指定颜色

Matplotlib的 plot 函数可以接受多种颜色表示（如字符串、元组、16进制RGB值），因此可以显式指定每个线条的颜色。以下代码演示了如何显式指定每个线条的颜色：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(0, 2*np.pi, 100)
y1 = np.sin(x)
y2 = np.cos(x)
y3 = np.tan(x)
y4 = np.exp(x)
y5 = np.power(2, x)
y6 = np.power(3, x)
y7 = np.power(4, x)
y8 = np.power(5, x)
y9 = np.power(6, x)
y10 = np.power(7, x)

plt.plot(x, y1, color='red')
plt.plot(x, y2, color='blue')
plt.plot(x, y3, color='green')
plt.plot(x, y4, color='orange')
plt.plot(x, y5, color='purple')
plt.plot(x, y6, color='brown')
plt.plot(x, y7, color='pink')
plt.plot(x, y8, color='gray')
plt.plot(x, y9, color='black')
plt.plot(x, y10, color='violet')
plt.show()

从图中可以看出，通过显式指定每个线条的颜色，我们可以避免线条颜色重复的问题。

2. 使用循环结构

如果需要绘制的线条较多，一种更简单的方法是使用循环结构。以下代码演示了如何使用循环结构绘制多条线条：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(0, 2*np.pi, 100)
y = np.zeros((10, 100))

for i in range(1, 11):
    y[i-1] = np.power(i, x)
    plt.plot(x, y[i-1], label=f'y{i}')

plt.legend()
plt.show()

从图中可以看出，通过使用循环结构，我们可以避免手动指定每条线条的颜色，从而简化了代码的编写过程。

3. 使用更多颜色

如果以上两种方法仍不能满足需求，我们可以通过从其他颜色库中选择颜色来增加可用的颜色数量。以下代码演示了如何使用 xkcd 颜色库中的颜色来绘制多条线条：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(0, 2*np.pi, 100)
y = np.zeros((15, 100))

plt.xkcd()  # 使用 xkcd 颜色库
colors = plt.rcParams['axes.prop_cycle'].by_key()['color']  # 获取当前线条颜色列表

for i in range(1, 16):
    y[i-1] = np.power(i, x)
    plt.plot(x, y[i-1], color=colors[i%len(colors)], label=f'y{i}')

plt.legend()
plt.show()

从图中可以看出，通过使用 xkcd 颜色库中的颜色，我们可以增加可用的颜色数量，从而避免线条颜色重复的问题。