Matplotlib

• Scientific Visualization: Python + Matplotlib

import matplotlib.pyplot as plt
 
x = [1, 2, 3, 4, 5]
y = [e**2 for e in x]
 
plt.plot(x, y) # un plt.plot par courbe à afficher
plt.show()

import matplotlib.pyplot as plt
 
x = [1, 2, 3, 4, 5]
y = [e**2 for e in x]
 
fig, ax = plt.subplots()
 
plt.plot(x, y)
 
ax.set(xlabel='X', ylabel='X^2', title='y=x^2')
 
plt.show()

Axe des ordonnées (source):

ax.set_ylim(bottom=0)

Axe des abscisses: (source):

ax.set_xlim(20000, 26000)

On peut récupérer les valeurs que Matplotlib avait prévu d'utiliser (source):

ymin, ymax = axes.get_ylim()

plt.plot(x, y, 'ro-')

Le troisième paramètre permet de rapidement spécifier l'aspect de la courbe:

• r: la courbe sera en rouge
• o: les points seront représentés par des points (rien par défaut) (liste des symboles disponibles)
• -: la ligne est continue

Aucun de ces paramètres n'est obligatoire. Voir la documentation pour toutes les possibilités.

Paramètres optionnels:

• color: la valeur peut être la lettre d'une couleur, le code hexadécimal, ou un tuple RGB (ou RGBA) avec des valeurs entre 0 et 1
• linewidth: épaisseur de la ligne (1 est une petite valeur)
• markersize: taille des points (4 est une petite valeur, la valeur par défaut est 6, elle est dans plt.rcParams['lines.markersize'])
• alpha: transparence des points (flottant entre 0 et 1)
• ls ou linestyle: style de la ligne (voir la doc pour les possibilités)

plt.plot(x, y, label='curve')
 
ax.legend()

Paramètres facultatifs de ax.legend():

• handletextpad: espacement entre le symbole et le texte
• borderpad: padding de la boîte de légende
• borderaxespad: décalage par rapport aux bordures du graphique
• handlelength: longueur du symbole
• ncol: sur combien de colonnes répartir les éléments de la légende
• prop={'size': 6} ou fontsize: change la taille du texte de la légende (accepte un entier ou les valeurs xx-small, x-small, small, medium, large, x-large, xx-large
• title=“Un titre”: donne un titre à la légende (source)

La taille de la police de la légende peut être définie par défaut:

plt.rcParams['legend.fontsize'] = 8

Aligner le titre de la légende (source):

leg = plt.legend(title="Title")
leg._legend_box.align = "left"  # ou "right"

Source

plt.semilogy(t, np.exp(-t/5.0))
plt.semilogx(t, np.sin(2*np.pi*t))
plt.loglog(t, 20*np.exp(-t/10.0), basex=2)
 
# ou
 
plt.plot(...)
ax.set_xscale("log", basex=2)
ax.set_yscale("log", basey=10)

Source

# Axe des abscisses: placement en bas à gauche de l'axe:
ax.text(0, -0.025, 'Taille de la matrice', horizontalalignment='left', verticalalignment='top', transform=ax.transAxes)
 
# Axe des ordonnées: placement en haut à gauche de l'axe:
ax.text(-0.01, 1, 'Gflops', horizontalalignment='right', verticalalignment='top', transform=ax.transAxes)

plt.axhline(y=0.5, color='r', linestyle='-')

# courbes de l'axes gauche: comme d'habitude
plt.subplots_adjust(right=0.85)  # pour éviter que la légende de l'axe à droite se retrouve coupée avec la taille par défaut
ax2 = ax.twinx()
ax2.set_ylabel("CPU frequency (MHz)")
plt.plot(cpu_freqs_x, cpu_freqs, color='r', label="AVG of CPU frequencies")

Pour que toutes les légendes soient dans une même boîte de légende (Source):

lns1 = ax.plot(time, Swdown, '-', label = 'Swdown')
lns2 = ax.plot(time, Rn, '-', label = 'Rn')
ax2 = ax.twinx()
lns3 = ax2.plot(time, temp, '-r', label = 'temp')
 
lns = lns1+lns2+lns3
labs = [l.get_label() for l in lns]
ax.legend(lns, labs, loc=0)

Source

ax.grid()

Afficher une grille par défaut, sur tous les futurs graphes (source):

plt.rcParams['axes.grid'] = True

La grille se placera par défaut au premier plan, pour éviter ça (source):

ax.set_axisbelow(True)
# ou
plt.rcParams['axes.axisbelow'] = True

Pour n'afficher qu'un seul axe de la grille (source):

ax.grid(axis='y')

Pour changer le style de la grille suivant les ticks majeurs ou mineurs :

from matplotlib.ticker import AutoMinorLocator
 
ax.grid(axis="y", which="major", linestyle="-")
ax.grid(axis="y", which="minor", linestyle="-", alpha=0.2)
ax.yaxis.set_minor_locator(AutoMinorLocator())

source

La documentation est ici

from matplotlib.lines import Line2D
 
Line2D.markers
list(Line2D.markers)

source

from matplotlib.lines import Line2D
from cycler import cycler
 
ax.set_prop_cycle(cycler(color=plt.rcParams["axes.prop_cycle"].by_key()["color"]) + cycler(marker=list(Line2D.markers)[:len(colors)]))

Voir aussi cette doc.

fig = plt.gcf() # "get current figure"

Source

ax = plt.gca()  # "get current axis"

Seulement le sauvegarder dans une image.

https://stackoverflow.com/questions/15713279/calling-pylab-savefig-without-display-in-ipython

# Create a new figure, plot into it, then close it so it never gets displayed
fig = plt.figure()
plt.plot([1,2,3])
plt.savefig('test0.png')
plt.close(fig)

plt.xticks(x)
plt.xticks(x, " ")

En échelle logarithmique Source:

for axis in [ax.xaxis, ax.yaxis]:
    formatter = ScalarFormatter()
    formatter.set_scientific(False)
    axis.set_major_formatter(formatter)

Cacher les valeurs de l'axe des abscisses (source):

ax.xaxis.set_ticklabels([])
# or:
plt.xticks([])  # also hide grid lines

• https://matplotlib.org/gallery/ticks_and_spines/ticklabels_rotation.html
• https://stackoverflow.com/questions/10998621/rotate-axis-text-in-python-matplotlib

plt.plot(x, y)
 
# You can specify a rotation for the tick labels in degrees or with keywords.
plt.xticks(x, labels, rotation='vertical')
plt.xticks(x, labels, rotation=90)
 
# or just:
plt.xticks(rotation="vertical")
 
# or:
for tick in ax.get_xticklabels():
    tick.set_rotation(45)
 
# Pad margins so that markers don't get clipped by the axes
plt.margins(0.2)
# Tweak spacing to prevent clipping of tick-labels
plt.subplots_adjust(bottom=0.15)
plt.show()

Source

# De façon générale :
plt.rc('xtick', labelsize=8)  # 8 est petit
 
# Uniquement pour un axe :
for label in ax.get_xticklabels():
    label.set_fontsize(8)

• https://matplotlib.org/stable/gallery/ticks/tick-locators.html

from matplotlib.ticker import MaxNLocator
 
ax.xaxis.set_major_locator(MaxNLocator(integer=True))
# ou bien :
ax.set_major_locator(MaxNLocator(nbins="auto", steps=[1, 2, 2.5, 5, 10], integer=True)) # AutoLocator utilise les deux premières options.

• https://matplotlib.org/gallery/lines_bars_and_markers/barchart.html#sphx-glr-gallery-lines-bars-and-markers-barchart-py
• https://matplotlib.org/3.1.1/gallery/lines_bars_and_markers/bar_stacked.html
• https://matplotlib.org/3.1.1/api/_as_gen/matplotlib.pyplot.bar.html

width = 0.35
 
fig, ax = plt.subplots()
ax.bar([i - (width / 2) for i in range(nb_x)], y1, width, label='Y1', log=False)
ax.bar([i + (width / 2) for i in range(nb_x)], y2, width, label='Y2', log=False)
plt.xlabel("X label")
plt.ylabel("Y label")
plt.title("Titre")
 
plt.xticks(range(nb_x))
# ou
plt.xticks(range(nb_x), list_labels, rotation="vertical")
 
plt.legend()
plt.show()

Il est possible d'ajouter des barres d'erreur avec les paramètres optionnels xerr et yerr, les valeurs peuvent varier selon les dimensions du tableau passé en argument (voir la doc)

• https://matplotlib.org/gallery/statistics/hist.html#sphx-glr-gallery-statistics-hist-py
• https://matplotlib.org/3.1.1/api/_as_gen/matplotlib.pyplot.hist.html
• https://matplotlib.org/stable/gallery/statistics/histogram_multihist.html

N_points = 100000
n_bins = 20
 
# Generate a normal distribution, center at x=0 and y=5
x = np.random.randn(N_points)
y = .4 * x + np.random.randn(100000) + 5
 
fig, axs = plt.subplots(1, 2, sharey=True, tight_layout=True)
 
# We can set the number of bins with the `bins` kwarg
axs[0].hist(x, bins=n_bins)
axs[1].hist(y, bins=n_bins, rwidth=0.8) # rwidth permet de laisser de l'espace entre les barres

En Y:

axs[0].hist(x, bins=n_bins, log=True)

En X (source):

import numpy as np
 
axs[0].hist(durations, bins=np.logspace(np.log10(1), np.log10(max(durations)), 50), rwidth=0.8)
axs[0].set_xscale("log")

Source

plt.gca().margins(x=0.01)

• https://matplotlib.org/stable/gallery/shapes_and_collections/hatch_style_reference.html

Pour avoir le même motif sur toutes les barres :

ax.bar(..., hatch="+")

Pour avoir un motif différent sur chaque barre :

bars = ax.bar(...)
for i in range(len(bars)):
    bars[i].set_hatch(hatches[i])

• https://matplotlib.org/gallery/images_contours_and_fields/multi_image.html
• https://matplotlib.org/gallery/images_contours_and_fields/image_annotated_heatmap.html
• https://matplotlib.org/gallery/subplots_axes_and_figures/subplots_adjust.html
• https://stackoverflow.com/questions/55663030/plotting-two-heat-maps-side-by-side-in-matplotlib
• https://stackoverflow.com/questions/13784201/matplotlib-2-subplots-1-colorbar

Deux heatmaps normalisés avec une unique barre de légende:

CMAP = "binary"
 
vmin = min([min(l) for l in data_coop + data_seq])
vmax = max([max(l) for l in data_coop + data_seq])
norm = colors.Normalize(vmin=vmin, vmax=vmax)
 
fig, axes = plt.subplots(ncols=2)
ax1, ax2 = axes
 
im1 = ax1.imshow(data_seq[::-1], cmap=CMAP)
im1.set_norm(norm)
ax1.set_xticks([i for i in range(0, nb_nodes_seq, 5)])
ax1.set_xticklabels(["dst " + str(i) for i in range(0, nb_nodes_seq, 5)])
ax1.set_yticks([i for i in range(0, nb_nodes_seq, 5)])
ax1.set_yticklabels(["src " + str(i) for i in range(nb_nodes_seq-1, -1, -5)])
ax1.set_title("Seq")
 
im2 = ax2.imshow(data_coop[::-1], cmap=CMAP)
im2.set_norm(norm)
ax2.set_xticks([i for i in range(0, nb_nodes_coop, 5)])
ax2.set_xticklabels(["dst " + str(i) for i in range(0, nb_nodes_coop, 5)])
ax2.set_yticks([i for i in range(0, nb_nodes_coop, 5)])
ax2.set_yticklabels(["src " + str(i) for i in range(nb_nodes_coop-1, -1, -5)])
ax2.set_title("Coop")
 
c_bar = fig.colorbar(im1, ax=axes.ravel().tolist())
c_bar.set_label(cbar_legend)
 
plt.show()

Placer l'origine en bas à gauche :

ax.imshow(matrix, origin="lower")

Changer les couleurs utilisées (voir la liste ici) :

ax.imshow(matrix, cmap="Grey")

Placer l'axe des abscisses en haut du graphe:

ax1.xaxis.tick_top()

Les fonctions avec juste ticks indiquent où placer des labels, les fonctions ticklabels donnent les labels à affichent.

Pivoter les labels de l'axe des abscisses (voir la ref) :

plt.setp(ax2.get_xticklabels(), rotation=90, ha="right", va="center", rotation_mode="anchor")

Ajouter un titre englobant les deux graphes :

fig.suptitle(title)

Dessiner un rectangle (source) :

import matplotlib.patches as patches
 
ax.add_patch(
     patches.Rectangle(
         (5, 6),
         1.0,
         35.0,
         edgecolor='red',
         fill=False,
         lw=2
     ) )

Pour ne pas forcer que les cases soient carrées (source) :

ax.set_aspect("auto")

Pour agrandir la heatmap, il peut être aussi utile de ne pas utiliser tight_layout.

https://matplotlib.org/stable/gallery/lines_bars_and_markers/stackplot_demo.html

plt.stackplot(x, [comm_with_comp_bw, bw_with_comm], labels=["Comm bw", "Comp bw"])

Source (contient la liste des positions possibles)

plt.legend(loc="upper center")

Placer la légende sous le graphe (source, qui contient aussi d'autres infos pour le placement général des légendes):

plt.legend(loc="upper center", bbox_to_anchor=(0.5, -0.15))
plt.tight_layout()

Source

from matplotlib.lines import Line2D
 
legend_elements = [
    Line2D([0], [0], marker='o', label='A'), 
    Line2D([0], [0], marker='+', label='B')
    # linewidth et linestyle sont aussi dispo
]
 
# handlelength: taille du trait sous le point
ax.legend(handles=legend_elements, handletextpad=1, borderpad=1, borderaxespad=1, handlelength=0)

Pour ajouter une légende qui ne correspond à aucune courbe tracée (source):

cholesky_dots = ax.plot(cholesky['Id'], cholesky['gflops'], 'o')
 
vertical_line = lines.Line2D([], [], color='r', marker='|', linestyle='None', markersize=10, markeredgewidth=1.5)
plt.legend([vertical_line]+cholesky_dots, ["Trace flush", "POTRF"])

Pour ajouter un élément avec un motif, ajouter cet objet à la liste des handles :

from matplotlib.patches import Patch
 
Patch(hatch="+", label="Label", alpha=0)

Source

handles, labels = ax.get_legend_handles_labels()
ax.legend(handles[::-1], labels[::-1], title='Line', loc='upper left')

Source

Ceci est aussi intéressant si on souhaite que toutes les courbes aient une couleur différente suivant une échelle qui sera la colorbar.

from matplotlib.colors import LinearSegmentedColormap
 
cm = LinearSegmentedColormap.from_list("mylist", [(0, 1, 0), (1, 0, 0)], N=len(y)) # from green to red
 
sm = plt.cm.ScalarMappable(cmap=cm, norm=plt.Normalize(vmin=y[0], vmax=y[-1]))
sm._A = []
 
cbar = fig.colorbar(sm, ticks=y)
cbar.set_label("Color of y")

Source

from matplotlib.colors import LogNorm
 
sm = plt.cm.ScalarMappable(cmap=cm, norm=LogNorm(vmin=x_size[0], vmax=x_size[-1]))

from matplotlib.colors import BoundaryNorm
 
sm = plt.cm.ScalarMappable(cmap=cm, norm=BoundaryNorm([1.5 * d for d in data_size], len(data_size)))

https://matplotlib.org/examples/color/colormaps_reference.html

cm = plt.get_cmap("jet", len(data_size))

Pour obtenir directement la couleur:

color = cm(i) # 0 <= i < len(data_size)

• https://matplotlib.org/3.1.1/gallery/axes_grid1/demo_colorbar_with_inset_locator.html

axins = inset_axes(ax2,
                   width="5%",  # width = 5% of parent_bbox width
                   height="100%",  # height : 50%
                   loc='lower left',
                   bbox_to_anchor=(1.05, 0., 1, 1),
                   bbox_transform=ax2.transAxes,
                   borderpad=0,
                   )
c_bar = fig.colorbar(im2, cax=axins)
c_bar.set_label(cbar_legend)

Pour les palettes des couleurs divergentes (source) :

from matplotlib.colors import TwoSlopeNorm
 
divnorm = TwoSlopeNorm(vmin=0, vcenter=1)
im = ax.imshow(matrix, cmap="seismic", norm=divnorm)

fig, ax = plt.subplots(subplot_kw={"projection": "3d"})
ax.scatter(x_msg_size, y_comm_size, z_ratio, color=color)
ax.set(xlabel="Msg size", ylabel="Comm size", zlabel="Ratio")
plt.show()

import numpy as np
 
x_surface, y_surface = np.meshgrid(np.arange(min(x_msg_size), max(x_msg_size)), np.arange(min(y_comm_size), max(y_comm_size)))
ax.plot_surface(x_surface, y_surface, np.full_like(x_surface, 1), alpha=0.2)

plt.savefig("name.png")

À placer avant plt.show().

Pour ne pas avoir de larges bordures blanches, ajouter le paramètre bbox_inches=“tight”.

Source

Pour agrandir, notamment:

fig.set_size_inches(15, 9)
plt.savefig("name.png", dpi=100)

Pour connaître la taille utilisée par défaut:

plt.rcParams["figure.figsize"]

Source

Quand les barres d'erreur sont différentes pour chaque point:

for i in range(len(errors)):
    ax.errorbar(x[i], y[i], yerr=[[y[i] - errors[i][0], [errors[i][-1] - y[i]]], 
                elinewidth=0.8, capsize=5, ecolor='k')

Les valeurs données pour les barres d'erreurs sont les distances au point décrit par les premiers paramètres de la fonction.

Paramètres:

• capsize: longueur des tirets aux extrémités des barres d'erreur
• ecolor: couleur de la barre d'erreur
• elinewidth: épaisseur de la barre d'erreur
• fmt: marqueur du point décrit par les premiers paramètres de la fonction, en l'absence, le point n'est pas affiché

Pour une barre d'erreur constante:

ax.errorbar(X, Y, yerr=Y_error)

Ici X et Y sont les listes qui contiennent les coordonnées des points et Y_error est une constante indiquant l'erreur relative.

Pour que le trait de barre d'erreur soit pointillé:

(_, _, barline) = ax.errorbar(...)
barline[0].set_linestyle('--')

Source

y_error_coop_inf = [y_flops_coop[i] - (y_error_coop[i]/2) for i in range(len(results_coop))]
y_error_coop_sup = [y_flops_coop[i] + (y_error_coop[i]/2) for i in range(len(results_seq))]
 
plt.plot(x_matrix_size, y_flops_coop, 'o-', color='r', label='Coop ')
plt.fill_between(x_matrix_size, y_error_coop_inf, y_error_coop_sup, alpha=0.3, color='r')

• https://matplotlib.org/gallery/subplots_axes_and_figures/gridspec_multicolumn.html
• https://matplotlib.org/3.1.1/tutorials/intermediate/gridspec.html
• https://aaronmcdaid.com/blog.posts/multiplot_from_generator/
• https://stackoverflow.com/questions/21754976/ipython-notebook-arrange-plots-horizontally

• https://matplotlib.org/3.1.1/gallery/subplots_axes_and_figures/subplot.html
• https://matplotlib.org/3.1.1/api/_as_gen/matplotlib.pyplot.subplot.html#matplotlib.pyplot.subplot

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
 
 
x1 = np.linspace(0.0, 5.0)
x2 = np.linspace(0.0, 2.0)
 
y1 = np.cos(2 * np.pi * x1) * np.exp(-x1)
y2 = np.cos(2 * np.pi * x2)
 
plt.subplot(2, 1, 1)
plt.plot(x1, y1, 'o-')
plt.title('A tale of 2 subplots')
plt.ylabel('Damped oscillation')
 
plt.subplot(2, 1, 2)
plt.plot(x2, y2, '.-')
plt.xlabel('time (s)')
plt.ylabel('Undamped')
 
plt.show()

Le triplet de paramètres pour subplot, correspond, dans l'ordre:

1. nombre de lignes
2. nombre de colonnes
3. index du graphe actuel dans cette matrice

• https://matplotlib.org/3.1.0/gallery/subplots_axes_and_figures/shared_axis_demo.html

ax1 = plt.subplot(311)
plt.plot(t, s1)
plt.setp(ax1.get_xticklabels(), fontsize=6)
 
# share x only
ax2 = plt.subplot(312, sharex=ax1)
plt.plot(t, s2)
# make these tick labels invisible
plt.setp(ax2.get_xticklabels(), visible=False)

fig, axs = plt.subplots(4, 4, sharex=True, sharey=True, gridspec_kw={'wspace':0.05, 'hspace':0.27})
axs[2,3].plot(...)

Les paramètres dans gridpsec_kw permettent de préciser l'espacement entre les graphes.

On peut définir la largeur relative de chaque graphe : gridspec_kw={“width_ratios”: width_ratios} (width_ratios est une liste de taille le nombre de graphes horizontalement et le graphe i aura la largeur width_ratios[i]/sum(width_ratios)).

Pour ne garder les valeurs sur les axes des ordonnées que sur les graphiques de la première colonne :

axs[i,j].label_outer()

S'il y a un deuxième axe des ordonnées à droite, pour faire la même chose :

if i != 3:
    ax_right.yaxis.set_tick_params(which="both", labelright=False)

Pour enlever toutes les légendes des axes et mettre une unique légende pour tous les graphes :

# pour tous les i, j :
axs[i,j].set_xlabel(None)
axs[i,j].set_ylabel(None)
 
fig.text(0.5, 0.07, "Axe des X", va='center', ha='center', fontsize=17)
fig.text(0.09, 0.5, "Axe des Y", va='center', ha='center', rotation='vertical', fontsize=17)

Pour n'afficher qu'une légende, sous tous les graphes :

handles_left, labels_left = axs[0,0].get_legend_handles_labels()
 
fig.legend(handles_left, labels_left, loc='lower left', bbox_to_anchor=(0.11, -0.05))

Pour ne pas afficher certains graphes dans la mosaïque (source) :

fig.delaxes(axs[i, j])

Pour définir le titre de chaque sous-graphe :

axes[j_msg_size,i_comm_size].set_title("Titre", fontdict={"fontsize": 9})

Source

# faire le graphe parent
 
# sous-graphe:
ax = plt.axes([.2, .6, .2, .2])
# faire le sous-graphe
 
plt.show()

Source

SMALL_SIZE = 11
MEDIUM_SIZE = 12
plt.rc('font', size=SMALL_SIZE)          # controls default text sizes
plt.rc('axes', titlesize=SMALL_SIZE)     # fontsize of the axes title
plt.rc('axes', labelsize=MEDIUM_SIZE)    # fontsize of the x and y labels
plt.rc('xtick', labelsize=SMALL_SIZE)    # fontsize of the tick labels
plt.rc('ytick', labelsize=SMALL_SIZE)    # fontsize of the tick labels
plt.rc('legend', fontsize=SMALL_SIZE)    # legend fontsize
plt.rc('figure', titlesize=MEDIUM_SIZE)  # fontsize of the figure title

r = plt.plot(x, y, 'o-')
color = r[0].get_color()

Donne la liste des couleurs utilisées par Matplotlib (Source):

colors = plt.rcParams["axes.prop_cycle"].by_key()["color"]

Source

ax.axvspan(x_start, x_end, facecolor="0.9", zorder=0.1)

Le zorder permet de mettre la zone à l'arrière-plan du graphe. La même fonction en horizontal: axhspan.

Pour que la couleur suivante soit bien distincte de la précédente.

• https://gamedev.stackexchange.com/questions/46463/how-can-i-find-an-optimum-set-of-colors-for-10-players/46469#46469
• https://stackoverflow.com/questions/4971269/how-to-pick-a-new-color-for-each-plotted-line-within-a-figure-in-matplotlib
• https://stackoverflow.com/questions/8389636/creating-over-20-unique-legend-colors-using-matplotlib

from matplotlib import colors
 
data_colors = [colors.hsv_to_rgb([(i * 0.618033988749895) % 1.0, 0.7, 1]) for i in range(len(stacked_data))]

• https://matplotlib.org/3.4.3/tutorials/introductory/usage.html?highlight=backend#what-is-a-backend

Définir le backend, pour éviter que Matplotlib n'essaie de lancer quelquechose d'interactif et plante car il n'arrive pas à se connecter au serveur X:

MPLBACKEND=agg python simple_plot.py

Source

import matplotlib
 
print(matplotlib.rcsetup.interactive_bk)
print(matplotlib.rcsetup.non_interactive_bk)
print(matplotlib.rcsetup.all_backends)

Source

print(matplotlib.get_backend()