Matplotlib轴刻度高级定制：将绝对数据坐标映射为相对标签-Python教程-PHP中文网

Matplotlib轴刻度高级定制：将绝对数据坐标映射为相对标签

本教程详细介绍了如何在matplotlib中实现高级轴刻度定制，即使数据点是基于绝对物理坐标绘制的，也能使用更具业务意义的相对标识（如网格编号）来标记轴。通过`set_xticks`、`set_yticks`及其对应的`set_xticklabels`和`set_yticklabels`函数，用户可以精确控制刻度位置和显示标签，从而提升图表的可读性和专业性，特别适用于需要将工程测量与逻辑网格关联的场景。

在工程和制造领域，我们经常需要绘制基于精确物理尺寸（如毫米级的X/Y坐标）的数据点，但为了便于人工识别和操作，又希望图表的轴刻度能显示更直观、更具业务逻辑的相对标识（例如，部件网格中的“列1”、“行2”）。Matplotlib默认的轴刻度会基于绘制数据的绝对值自动生成，这在某些情况下会造成图表解读上的不便。本教程将深入探讨如何利用Matplotlib的灵活性，实现这种“绝对数据，相对标签”的轴刻度定制。

场景分析与问题定义

假设我们有一组制造零件上的引脚数据。每个引脚都有其唯一的相对标识（例如C1:R2，表示第1列第2行），同时也有其在蓝图上的精确绝对X/Y坐标（例如-160.1, 974.9毫米）。当我们使用Matplotlib绘制这些引脚时，通常会使用绝对X/Y坐标来确保其在图表上的位置与实际物理布局一致。然而，如果轴刻度也显示这些绝对坐标，对于需要根据相对列/行号来查找引脚的用户来说，会显得不直观。我们的目标是，在保持引脚绝对位置绘制不变的前提下，将X轴和Y轴的刻度标签分别替换为对应的相对列号和行号。

Matplotlib轴刻度定制核心函数

Matplotlib提供了强大的函数来精细控制轴的刻度位置和标签：

ax.set_xticks(locations)：用于指定X轴刻度线出现的具体位置（数值列表）。
ax.set_yticks(locations)：用于指定Y轴刻度线出现的具体位置（数值列表）。
ax.set_xticklabels(labels)：用于为X轴的刻度线设置自定义标签（字符串列表）。
ax.set_yticklabels(labels)：用于为Y轴的刻度线设置自定义标签（字符串列表）。

关键在于，set_xticks/set_yticks定义的刻度位置与set_xticklabels/set_yticklabels定义的标签之间存在一一对应的关系。第一个位置对应第一个标签，第二个位置对应第二个标签，以此类推。

实现步骤与示例

我们将通过一个具体的Python脚本来演示如何实现这一定制。

1. 数据准备

首先，我们需要准备包含绝对坐标和相对标识的数据。这里使用pandas库来组织数据。

import pandas as pd
from matplotlib import pyplot as plt

# 模拟数据
ID =  ['C1;R2', 'C2;R2', 'C1;R1', 'C2;R1'] # 引脚相对标识
X = [-160.1, -110.1, -160.1, -110.1] # 绝对X坐标
Y = [974.9, 974.9, 924.9, 924.9] # 绝对Y坐标
COLUMN = ['1', '2', '1', '2'] # 相对列号
ROW = ['2', '2', '1', '1'] # 相对行号

# 合并列表并创建DataFrame
list_of_tuples = list(zip(ID, X, Y, COLUMN, ROW))
Data = pd.DataFrame(list_of_tuples, columns=['ID', 'X', 'Y', 'COLUMN', 'ROW'])

print("DataFrame内容：")
print(Data)

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输出的DataFrame内容如下：

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DataFrame内容：
      ID      X      Y COLUMN ROW
0  C1;R2 -160.1  974.9      1   2
1  C2;R2 -110.1  974.9      2   2
2  C1;R1 -160.1  924.9      1   1
3  C2;R1 -110.1  924.9      2   1

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2. 绘制散点图

使用绝对X和Y坐标绘制散点图。同时，我们为每个点添加其ID作为文本标签，以便更好地识别。

fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 6)) # 设置图表大小

ax.scatter(Data['X'], Data['Y'], s=100, zorder=2) # 绘制散点图，s为点的大小，zorder确保点在文本下方

# 为每个点添加ID标签
for index, row in Data.iterrows():
    ax.text(row['X'], row['Y'], row['ID'], fontsize=9, ha='right', va='bottom', zorder=3)

# 设置图表标题
ax.set_title("引脚参考图 (绝对数据，相对轴标签)", size=16)

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3. 自定义轴刻度位置和标签

这是实现核心功能的部分。

确定刻度位置： 根据数据中实际出现的X和Y坐标，选择作为刻度线的位置。例如，X轴刻度可以设置在-160.1和-110.1，Y轴刻度可以设置在924.9和974.9。
定义刻度标签： 为这些选定的绝对位置，提供对应的相对列号和行号作为标签。

# 定义自定义X轴刻度位置（使用绝对X坐标）
custom_xticks_locations = sorted(Data['X'].unique()) # 自动从数据中获取唯一的X坐标并排序
ax.set_xticks(custom_xticks_locations)

# 定义自定义Y轴刻度位置（使用绝对Y坐标）
custom_yticks_locations = sorted(Data['Y'].unique()) # 自动从数据中获取唯一的Y坐标并排序
ax.set_yticks(custom_yticks_locations)

# 定义自定义X轴刻度标签（使用相对列号）
# 确保标签顺序与刻度位置顺序一致
custom_xticks_labels = [str(col) for col in sorted(Data['COLUMN'].unique())]
ax.set_xticklabels(custom_xticks_labels)

# 定义自定义Y轴刻度标签（使用相对行号）
# 确保标签顺序与刻度位置顺序一致
custom_yticks_labels = [str(row) for row in sorted(Data['ROW'].unique())]
ax.set_yticklabels(custom_yticks_labels)

# 修改轴标签以反映其新的含义
ax.set_xlabel('列号 (COLUMN)', fontsize=12)
ax.set_ylabel('行号 (ROW)', fontsize=12)

# 确保所有刻度标签可见
plt.tight_layout()

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4. 显示图表

最后，显示生成的图表。

plt.grid(True, linestyle='--', alpha=0.7) # 添加网格线增加可读性
plt.show()

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完整示例代码

将以上所有步骤整合到一起，形成完整的脚本：

import pandas as pd
from matplotlib import pyplot as plt

# 1. 数据准备
ID =  ['C1;R2', 'C2;R2', 'C1;R1', 'C2;R1'] # 引脚相对标识
X = [-160.1, -110.1, -160.1, -110.1] # 绝对X坐标
Y = [974.9, 974.9, 924.9, 924.9] # 绝对Y坐标
COLUMN = ['1', '2', '1', '2'] # 相对列号
ROW = ['2', '2', '1', '1'] # 相对行号

list_of_tuples = list(zip(ID, X, Y, COLUMN, ROW))
Data = pd.DataFrame(list_of_tuples, columns=['ID', 'X', 'Y', 'COLUMN', 'ROW'])

# 2. 绘制散点图
fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 6))

ax.scatter(Data['X'], Data['Y'], s=100, zorder=2)

# 为每个点添加ID标签
for index, row in Data.iterrows():
    ax.text(row['X'], row['Y'], row['ID'], fontsize=9, ha='right', va='bottom', zorder=3)

# 3. 自定义轴刻度位置和标签
# 自动获取唯一的X/Y坐标作为刻度位置
custom_xticks_locations = sorted(Data['X'].unique())
ax.set_xticks(custom_xticks_locations)

custom_yticks_locations = sorted(Data['Y'].unique())
ax.set_yticks(custom_yticks_locations)

# 自动获取唯一的列/行号作为刻度标签，并确保顺序与刻度位置对应
# 注意：这里假设X坐标和COLUMN，Y坐标和ROW之间存在固定的排序映射关系
# 如果映射复杂，需要更精细的逻辑来构建labels列表
custom_xticks_labels = [str(col) for col in sorted(Data['COLUMN'].unique())]
ax.set_xticklabels(custom_xticks_labels)

custom_yticks_labels = [str(row) for row in sorted(Data['ROW'].unique())]
ax.set_yticklabels(custom_yticks_labels)

# 4. 设置图表标题和轴标签
ax.set_title("引脚参考图 (绝对数据，相对轴标签)", size=16)
ax.set_xlabel('列号 (COLUMN)', fontsize=12)
ax.set_ylabel('行号 (ROW)', fontsize=12)

# 添加网格线
plt.grid(True, linestyle='--', alpha=0.7)

# 调整布局以避免标签重叠
plt.tight_layout()

# 5. 显示图表
plt.show()

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注意事项与最佳实践

刻度位置与标签的对应关系： set_xticks和set_xticklabels（以及set_yticks和set_yticklabels）的参数列表长度必须一致，且顺序要严格对应。例如，set_xticks([loc1, loc2])和set_xticklabels([label1, label2])意味着loc1处显示label1，loc2处显示label2。
动态生成刻度： 在实际应用中，数据通常是动态变化的。可以利用pandas的unique()方法结合sorted()来动态获取所有独特的X/Y坐标作为刻度位置，并获取对应的相对标识作为标签。例如：
```
unique_x_coords = sorted(Data['X'].unique())
unique_columns = [str(col) for col in sorted(Data['COLUMN'].unique())]
ax.set_xticks(unique_x_coords)
ax.set_xticklabels(unique_columns)
```
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这要求绝对坐标与相对标识之间存在清晰且可排序的对应关系。
轴标签的更新： 当轴刻度标签被修改为相对标识后，plt.xlabel()和plt.ylabel()也应该相应地更新，以准确描述轴的含义（例如，从“X Position”改为“COLUMN”）。
布局调整： 使用plt.tight_layout()可以自动调整子图参数，使之填充整个图表区域，并避免标签重叠，提升图表美观度。
复杂映射： 如果绝对坐标与相对标识的映射关系不是简单的排序对应，例如，X坐标-160.1可能对应C1或C3，那么在构建custom_xticks_labels时需要更复杂的逻辑，可能需要创建一个字典来存储映射关系，然后根据custom_xticks_locations来查找对应的标签。

总结

通过灵活运用Matplotlib的set_xticks(), set_yticks(), set_xticklabels(), 和set_yticklabels()函数，我们可以在保持数据点精确绝对位置绘制的同时，为轴提供更具业务意义的相对刻度标签。这种定制能力极大地增强了Matplotlib图表的可读性和实用性，特别是在工程、制造或任何需要将精确测量与逻辑网格关联的场景中。掌握这些技巧，能够帮助开发者创建更专业、更直观的数据可视化作品。

以上就是Matplotlib轴刻度高级定制：将绝对数据坐标映射为相对标签的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！