面试题：Python中Matplotlib绘制多子图问题

Question

在Python的Matplotlib库中，如何创建一个2x2的子图布局，并在每个子图中绘制不同的折线图？请写出关键代码，并解释每个步骤的作用。

Answer 1

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 创建2x2的子图布局
fig, axs = plt.subplots(2, 2)

# 生成数据
x = np.linspace(0, 10, 100)
y1 = np.sin(x)
y2 = np.cos(x)
y3 = np.exp(x)
y4 = np.log(x + 1)

# 在第一个子图中绘制折线图
axs[0, 0].plot(x, y1)
axs[0, 0].set_title('Sin Function')

# 在第二个子图中绘制折线图
axs[0, 1].plot(x, y2)
axs[0, 1].set_title('Cos Function')

# 在第三个子图中绘制折线图
axs[1, 0].plot(x, y3)
axs[1, 0].set_title('Exp Function')

# 在第四个子图中绘制折线图
axs[1, 1].plot(x, y4)
axs[1, 1].set_title('Log Function')

# 调整子图之间的间距
plt.tight_layout()

# 显示图形
plt.show()

代码步骤解释

1. 导入必要的库：
   • import matplotlib.pyplot as plt：导入Matplotlib的绘图模块，通常简写成plt，用于创建和显示图形。
   • import numpy as np：导入NumPy库，用于生成数值数据，np是其常用别名。
2. 创建2x2的子图布局：
   • fig, axs = plt.subplots(2, 2)：使用plt.subplots函数创建一个包含2行2列子图的图形对象fig和一个二维数组axs，其中axs中的每个元素代表一个子图的坐标轴对象，通过这个二维数组可以方便地访问每个子图。
3. 生成数据：
   • x = np.linspace(0, 10, 100)：使用np.linspace函数生成从0到10（包括0和10）的100个等间距的点，作为x轴数据。
   • y1 = np.sin(x)：计算x轴数据对应的正弦值。
   • y2 = np.cos(x)：计算x轴数据对应的余弦值。
   • y3 = np.exp(x)：计算x轴数据对应的指数值。
   • y4 = np.log(x + 1)：计算x轴数据对应的自然对数值（为避免对数中的0，对x加1）。
4. 在每个子图中绘制折线图：
   • axs[0, 0].plot(x, y1)：在第一行第一列的子图（axs[0, 0]）中绘制x和y1组成的折线图。
   • axs[0, 0].set_title('Sin Function')：为第一行第一列的子图设置标题为Sin Function。
   • 类似地，axs[0, 1].plot(x, y2)和axs[0, 1].set_title('Cos Function')在第一行第二列的子图中绘制余弦函数折线图并设置标题。
   • axs[1, 0].plot(x, y3)和axs[1, 0].set_title('Exp Function')在第二行第一列的子图中绘制指数函数折线图并设置标题。
   • axs[1, 1].plot(x, y4)和axs[1, 1].set_title('Log Function')在第二行第二列的子图中绘制对数函数折线图并设置标题。
5. 调整子图间距：
   • plt.tight_layout()：自动调整子图参数，以确保子图标签、标题等不重叠，使布局更加紧凑美观。
6. 显示图形：
   • plt.show()：显示创建的包含所有子图的图形。