Matplotlib 07-Python实验七-1 叠加显示正弦和余弦.py

 

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 创建X轴数据，从0到10，共100个点
x = np.linspace( 0, 10, 100 )
# Y轴，正弦
y1 = np.sin(x)
# Y轴，余弦
y2 = np.cos(x)

# 创建画布和第一个子图
fig, ax1 = plt.subplots( )
# 第一个子图，Y轴用蓝色，在左边
ax1.set_xlabel('X data')
# 第一个子图，X轴用蓝色
color = 'tab:blue'
ax1.set_ylabel('Sine Wave', color=color)
# 绘制蓝色折线图
ax1.plot(x, y1, color=color)
# Y轴刻度
ax1.tick_params(axis='y', labelcolor=color)

# 第二个子图，共享X轴
ax2 = ax1.twinx()  # instantiate a second axes that shares the same x-axis
# Y轴用红色，在右边
color = 'tab:red'
ax2.set_ylabel('Cosine Wave', color=color)
# 绘制红色折线图
ax2.plot(x, y2, color=color)
# Y轴刻度
ax2.tick_params(axis='y', labelcolor=color)

# 使用紧凑布局，防止超出画布
fig.tight_layout()  # otherwise the right y-label is slightly clipped

# 弹出画图窗口
plt.show()

 

逐行详细代码解释

程序功能：双 Y 轴绘图（共享 X 轴，左右两个独立 Y 轴），左边画正弦曲线、右边画余弦曲线。 用到库：numpy生成数值，matplotlib.pyplot绘图。 适用：希冀编程题可改造（后面顺带给你改成 OJ 自动判卷版本思路）

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

• import numpy as np：导入 numpy，用来生成 x 坐标数组、计算 sin/cos
• import matplotlib.pyplot as plt：matplotlib 绘图核心模块，别名 plt

# 创建X轴数据，从0到10，共100个点
x = np.linspace( 0, 10, 100 )

np.linspace(start, stop, num)

• 在区间 \([0,10]\) 均匀生成100 个数字，包含起点 0 和终点 10
• 得到一维数组 x，作为曲线横坐标

# Y轴，正弦
y1 = np.sin(x)
# Y轴，余弦
y2 = np.cos(x)

• np.sin(x)：对数组 x逐元素计算正弦值（向量化运算，不用循环），作为正弦曲线纵坐标
• np.cos(x)：逐元素计算余弦值，余弦曲线纵坐标

# 创建画布和第一个子图
fig, ax1 = plt.subplots( )

plt.subplots()

• 返回两个对象：
  • fig：画布（整个图片容器）
  • ax1：第一个坐标系（子图对象，左边 Y 轴）

面向对象绘图风格（推荐），区别于简单的plt.plot()

# 第一个子图，X轴标签
ax1.set_xlabel('X data')

设置 X 轴文字标签：X data

# 第一个Y轴颜色：蓝色
color = 'tab:blue'
ax1.set_ylabel('Sine Wave', color=color)

• set_ylabel()：设置左侧 Y 轴名称：Sine Wave
• 轴文字颜色指定为蓝色 tab:blue（matplotlib 内置标准颜色）

# 绘制蓝色折线图
ax1.plot(x, y1, color=color)

在 ax1 坐标系绘制折线：x 为横坐标，y1（正弦）纵坐标，线条蓝色。

# Y轴刻度
ax1.tick_params(axis='y', labelcolor=color)

tick_params：设置刻度参数

• axis='y'：只作用在 Y 轴
• labelcolor=color：Y 轴刻度数字颜色改为蓝色，和曲线保持一致

# 第二个子图，共享X轴
ax2 = ax1.twinx()  # instantiate a second axes that shares the same x-axis

✅ 核心函数 twinx()

新建坐标系 ax2，和 ax1 共用同一个 X 轴，但是独立新增一条右侧 Y 轴

• ax1：左 Y 轴（正弦）
• ax2：右 Y 轴（余弦） 两条曲线可以拥有完全独立的 Y 坐标范围，适合两组量级不一样的数据画在一张图。

# Y轴用红色，在右边
color = 'tab:red'
ax2.set_ylabel('Cosine Wave', color=color)

设置右侧 Y 轴名称Cosine Wave，文字红色。

# 绘制红色折线图
ax2.plot(x, y2, color=color)

ax2 坐标系绘制余弦曲线，红色线条。

# Y轴刻度
ax2.tick_params(axis='y', labelcolor=color)

右侧 Y 轴刻度数字颜色设为红色。

# 使用紧凑布局，防止超出画布
fig.tight_layout()  # otherwise the right y-label is slightly clipped

tight_layout()：自动调整画布内边距。 不加这句，右侧 Y 轴标签文字经常被裁剪，显示不全。

# 弹出画图窗口
plt.show()

把画布渲染，弹出图形窗口展示图片。

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整体运行效果总结

1. X 轴范围：0～10
2. 左侧蓝色 Y 轴：正弦曲线 \(y=\sin(x)\)
3. 右侧红色 Y 轴：余弦曲线 \(y=\cos(x)\)
4. X 轴共用，左右两套独立 Y 轴，线条、轴文字颜色一一对应。

关键知识点

1. twinx()：共享 X 轴、双 Y 轴；对应还有twiny()：共享 Y 轴，双 X 轴
2. 面向对象绘图（fig/ax），比 plt.xxx 更适合多轴、复杂图
3. tick_params 用来修改刻度样式、颜色、大小
4. linspace：均分取点，包含终点；arange 是设置步长，不含终点