Matplotlib - 单位处理

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什么是单位处理？

在 Matplotlib 库中，单位处理指的是库能够管理和解释不同类型的单位以准确绘制数据的能力。Matplotlib 允许用户指定和使用各种单位来定义和显示绘图上的数据，无论这些单位与长度、时间、角度还是其他物理量相关。

Matplotlib 中单位处理的关键方面

以下是 Matplotlib 库中单位处理的关键方面。

支持各种单位

Matplotlib 支持多种单位，例如像素、英寸、厘米、磅、图形大小的一部分等等。这种灵活性允许用户使用他们选择的单位来定义绘图元素，如位置、大小和间距。

转换和变换

Matplotlib 无缝处理单位转换和变换。它能够在绘图或指定属性（如大小、位置或尺寸）时自动在不同单位之间进行转换。

单位感知函数

许多 Matplotlib 函数和方法都是单位感知的，这意味着它们接受不同单位的 аргументы或参数，并在内部管理转换以用于绘图目的。

单位处理的函数和技术

有一些可用于单位处理的技术和函数。

自动转换

Matplotlib 自动处理绘图数据的单位转换。当使用 plot() 函数或其他绘图函数时，库会根据所选坐标系将数据单位转换为显示单位。

这种自动转换简化了在 Matplotlib 中绘制数据的过程，因为它处理了不同单位之间的转换，而无需用户进行显式转换步骤。以下是一个演示单位处理中自动转换的示例。

示例

import matplotlib.pyplot as plt

# Sample data in different units
time_seconds = [1, 2, 3, 4, 5]  # Time in seconds
distance_meters = [2, 4, 6, 8, 10]  # Distance in meters
plt.plot(time_seconds, distance_meters)  # Matplotlib handles unit conversion
plt.xlabel('Time (s)')
plt.ylabel('Distance (m)')
plt.title('Auto-Conversion of Units in Matplotlib')
plt.show()

输出

坐标轴标签

在坐标轴标签中，我们使用 xlabel() 和 ylabel() 函数分别标记 x 轴和 y 轴。这些函数允许我们为坐标轴标签指定单位。

我们可以相应地调整标签以匹配正在绘制的数据的单位。这种做法有助于为查看图形的任何人提供绘制数据的上下文和清晰度。以下是演示如何使用 Matplotlib 为坐标轴添加单位标签的示例。

示例

import matplotlib.pyplot as plt

# Sample data
time = [0, 1, 2, 3, 4]  # Time in seconds
distance = [0, 10, 20, 15, 30]  # Distance in meters

# Creating a plot
plt.plot(time, distance)

# Labeling axes with units
plt.xlabel('Time (s)')
plt.ylabel('Distance (m)')
plt.title('Distance vs. Time')
plt.show()

输出

自定义单位

为了更明确地控制，可以使用坐标轴的 set_units() 方法 ax.xaxis.set_units() 和 ax.yaxis.set_units() 来显式设置 x 轴和 y 轴的单位。

这种自定义坐标轴单位处理确保绘图使用特定的单位（例如，时间用小时表示，距离用公里表示）显示数据，并相应地标记坐标轴，从而为可视化提供上下文和清晰度。以下是一个演示 Matplotlib 中自定义坐标轴单位处理的示例。

示例

import matplotlib.pyplot as plt

# Sample data
time_hours = [1, 2, 3, 4, 5]  # Time in hours
distance_km = [50, 80, 110, 140, 170]  # Distance in kilometers
fig, ax = plt.subplots()

# Plotting the data
ax.plot(time_hours, distance_km)

# Customizing x-axis and y-axis units
ax.xaxis.set_units('hours')  # Set x-axis units to hours
ax.yaxis.set_units('km')     # Set y-axis units to kilometers

# Labeling axes with units
ax.set_xlabel('Time')
ax.set_ylabel('Distance')
ax.set_title('Distance over Time')
plt.show()

输出

单位转换

plt.gca() 中的 convert_xunits() 和 convert_yunits() 等函数可以将数据单位转换为显示单位。以下是一个演示 Matplotlib 中单位处理中单位转换的示例。

示例

import matplotlib.pyplot as plt

# Specify figure size in inches
plt.figure(figsize=(6, 4))  # Width: 6 inches, Height: 4 inches

# Set x-axis label with different units
plt.xlabel('Distance (cm)')  # Using centimeters as units

# Plotting data with specific units
x = [1, 2, 3, 4]
y = [10, 15, 12, 18]
plt.plot(x, y)
plt.title('Plot with Unit Handling')
plt.show()

输出

单位处理的用例

测量一致性 - 确保标签、注释和绘图元素中的单位一致，以提高清晰度。

维度无关绘图 - 绘制与单位类型无关的数据（例如长度、时间等），Matplotlib 会相应地处理转换和缩放。

自定义灵活性 - 允许用户使用他们首选的单位定义绘图属性，以便更好地控制可视化。