【人工智能概论】pyplot作图中文显示、逐点标记、保存图像

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一. 简单的绘图

• 代码：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x = np.arange(10)  # 用numpy生成x坐标点
y = x * x + x - 3
# 生成y坐标的值
plt.title("y = x^2 + x - 3")  # 设置标题
plt.xlabel("x")  # 设置x坐标标签
plt.ylabel("y")  # 设置y坐标标签
plt.plot(x, y)  # 绘图
plt.show()  # 显示图片

• 效果图：
  

二. 逐点坐标显示

• 如果只有上面的那种干巴巴的图，可读性会很差，因此不妨将绘图的点，逐点进行坐标展示。
• 代码：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x = np.arange(10)  # 用numpy生成x坐标点
y = x * x + x - 3
# 生成y坐标的值
plt.xlabel("x")  # 设置x坐标标签
plt.ylabel("y")  # 设置y坐标标签
plt.title("y = x^2 + x - 3")  # 设置标题
plt.plot(x, y, color='r', markerfacecolor='blue', marker='o')  # 绘图
for a, b in zip(x, y):  # 添加这个循环显示坐标
    plt.text(a, b, (a, b), ha='center', va='bottom', fontsize=10)
plt.show()  # 显示图片

• 效果图：
  

三. 中文显示

• Matplotlib默认显示英文，如果不进行相关设定，妄图直接输出中文，收获的只能是一堆方块乱码。
• 实际上只需要加两条语句即可实现中文显示，如下：

# 解决中文显示问题
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # 指定默认字体
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 解决保存图像是负号'-'显示为方块的问题

• 代码：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x = np.arange(10)  # 用numpy生成x坐标点
y = x * x + x - 3
# 生成y坐标的值
plt.title("一元二次方程")  # 设置标题
# 解决中文显示问题
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # 指定默认字体
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 解决保存图像是负号'-'显示为方块的问题
plt.xlabel("x")  # 设置x坐标标签
plt.ylabel("y")  # 设置y坐标标签
plt.plot(x, y, color='r', markerfacecolor='blue', marker='o')  # 绘图
for a, b in zip(x, y):  # 添加这个循环显示坐标
    plt.text(a, b, (a, b), ha='center', va='bottom', fontsize=10)
plt.show()  # 显示图片

• 效果图：
  

四. 中文显示可能遇到的问题——缺少字体

• 在初次设定中文显示时，可能会遇到这样的问题：findfont: Generic family 'sans-serif' not found because none of the following families were found: SimHei，这说明Matplotlib缺少SimHei字体。
• 这就需要我们下载SimHei.ttf ，并配置Matplotlib。

4.1 下载 SimHei.ttf

• 略

4.2 复制 SimHei.ttf 到 Matplotlib 的 font/ttf 文件夹

• 执行以下代码：

import matplotlib
print(matplotlib.matplotlib_fname())

• 会得到类似如下以 matplotlibrc 结尾的地址：

/home/用户名/anaconda3/envs/环境名/lib/python3.10/site-packages/matplotlib/mpl-data/matplotlibrc

• 以此路径为基础，获得ttf文件的存放路径：

/home/用户名/anaconda3/envs/环境名/lib/python3.10/site-packages/matplotlib/mpl-data/font/ttf

• 将下载好的ttf文件移动到此。

4.3 修改 Matplotlib 配置

• 执行以下代码：

import matplotlib
print(matplotlib.matplotlib_fname())

• 会得到类似如下以 matplotlibrc 结尾的地址，它就是Matplotlib的配置文件：

/home/用户名/anaconda3/envs/环境名/lib/python3.10/site-packages/matplotlib/mpl-data/matplotlibrc

• 终端中输入以下指令，打开配置文件：

gedit /home/用户名/anaconda3/envs/环境名/lib/python3.10/site-packages/matplotlib/mpl-data/matplotlibrc

• 做以下三点修改

修改1：去掉 font.family 前的 # 号；
修改2：去掉 font.sans-serif 前的 # 号，并加入 SimHei ；
修改3：去掉 axes.unicode_minus 前的 # 号，并将其值修改为 False。

• 修改前：

#font.family:  sans-serif
#font.serif:      DejaVu Serif, Bitstream Vera Serif, Computer Modern Roman, New Century Schoolbook, Century Schoolbook L, Utopia, ITC Bookman, Bookman, Nimbus Roman No9 L, Times New Roman, Times, Palatino, Charter, serif
#axes.unicode_minus: True # use Unicode for the minus symbol rather than hyphen.  See
                           # https://en.wikipedia.org/wiki/Plus_and_minus_signs#Character_codes

• 修改后：

font.family:  sans-serif
font.serif:      SimHei, DejaVu Serif, Bitstream Vera Serif, Computer Modern Roman, New Century Schoolbook, Century Schoolbook L, Utopia, ITC Bookman, Bookman, Nimbus Roman No9 L, Times New Roman, Times, Palatino, Charter, serif
axes.unicode_minus: False # use Unicode for the minus symbol rather than hyphen.  See
                           # https://en.wikipedia.org/wiki/Plus_and_minus_signs#Character_codes

4.4 清空原有配置

• 执行以下指令，获得Matplotlib的缓存文件位置：

import matplotlib
print(matplotlib.get_cachedir())

• 得到类似下面的结果：

/home/用户名/.cache/matplotlib

• 终端执行以下指令，清除缓存文件

rm -r  /home/用户名/.cache/matplotlib

4.5 大功告成

• 重启编辑器，执行代码：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x = np.arange(10)  # 用numpy生成x坐标点
y = x * x + x - 3
# 生成y坐标的值
plt.title("一元二次方程")  # 设置标题
# 解决中文显示问题
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # 指定默认字体
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 解决保存图像是负号'-'显示为方块的问题
plt.xlabel("x")  # 设置x坐标标签
plt.ylabel("y")  # 设置y坐标标签
plt.plot(x, y, color='r', markerfacecolor='blue', marker='o')  # 绘图
for a, b in zip(x, y):  # 添加这个循环显示坐标
    plt.text(a, b, (a, b), ha='center', va='bottom', fontsize=10)
plt.show()  # 显示图片

• 效果图：
  
• 果然神功大成。

五. 保存图像

5.1 保存单张图片

• 只需添加以下指令：

plt.savefig('./image/pic.png')

5.2 保存多张图片

• 生成不同图像的代码间，要额外添加一条语句，用于重置plt，以避免图像混叠：

plt.clf()

• 代码举例：

plt.plot(loss, 'r')
plt.title("Loss")
plt.xlabel("epoch")
plt.ylabel("Loss")
plt.savefig("loss.png")  

plt.clf()  # 添加上这一行，画完第一个图后，将plt重置

plt.plot(acc, 'r')
plt.title("Accuracy")
plt.xlabel("epoch")
plt.ylabel("accuracy")
plt.savefig("accuracy.png")