如何使用matplotlib.pyplot as plt绘制带图例的多条曲线？

Question

如何在使用matplotlib.pyplot绘制多条曲线时正确添加图例？ 在实际应用中，我们经常需要在同一张图表上绘制多条曲线并标注其含义。例如：plt.plot(x1, y1)，plt.plot(x2, y2)分别绘制两条曲线后，如何正确添加图例以区分它们？如果直接使用plt.legend()而未指定标签，可能会导致图例内容缺失或混乱。正确的做法是在每次调用plt.plot()时通过label参数设置曲线名称，如：plt.plot(x1, y1, label='Line1')，再统一调用plt.legend()生成图例。此外，当数据量较大或曲线样式相似时，如何通过调整图例位置（如loc参数）或曲线标记（marker参数）使图表更清晰也是一个常见问题。

Answer 1

1. 基础知识：如何在Matplotlib中添加图例

在绘制多条曲线时，正确添加图例是图表清晰表达的关键。以下是基本步骤：

1. 使用plt.plot()绘制每条曲线。
2. 为每条曲线设置label参数。
3. 最后调用plt.legend()生成图例。

例如：

import matplotlib.pyplot as plt

x = [1, 2, 3]
y1 = [2, 4, 6]
y2 = [3, 5, 7]

plt.plot(x, y1, label='Line1')
plt.plot(x, y2, label='Line2')
plt.legend()
    

上述代码将生成一个包含两条曲线的图表，并通过图例区分它们。

2. 进阶技巧：调整图例位置和样式

当数据量较大或曲线样式相似时，可以通过以下方法优化图表：

• 调整图例位置：使用loc参数指定图例位置。
• 添加标记：通过marker参数增强曲线区分度。

示例代码：

plt.plot(x, y1, label='Line1', marker='o')
plt.plot(x, y2, label='Line2', marker='s')
plt.legend(loc='upper left')
    

通过loc='upper left'，图例将放置在左上角；而marker='o'和marker='s'分别为圆点和正方形标记。

3. 高级应用：处理复杂图表场景

在实际项目中，可能需要处理大量曲线或复杂的布局。以下是解决方案：

问题	解决方法
图例内容过多导致混乱	使用ncol参数分列显示图例
曲线颜色相似难以区分	结合color和marker参数定制样式

例如，当有五条曲线时，可以这样设置：

colors = ['red', 'blue', 'green', 'orange', 'purple']
markers = ['o', 's', '^', 'x', '+']

for i in range(5):
    plt.plot(x, [j + i for j in x], label=f'Line{i+1}', color=colors[i], marker=markers[i])

plt.legend(ncol=2)
    

4. 可视化流程分析

以下是绘制多条曲线并添加图例的完整流程：

graph TD;
            A[开始] --> B[定义数据];
            B --> C[循环绘制每条曲线];
            C --> D[设置label参数];
            D --> E[调用plt.legend()];
            E --> F[调整图例位置和样式];
            F --> G[完成图表绘制];

此流程确保每一步都清晰明确，最终生成的图表既美观又易于理解。