【Python】Matplotlibの導入と基本操作 – はじめの一歩

Pythonデータ分析の基礎
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初心者の独学でのプログラミング学習はとてもツライ…

プログラミングをマスターしたい!

今のIT業界はプログラミングエンジニアが不足していると言われています。
高収入の職業とも言われる分野もありますし、AI、機械学習、ディープラーニング、IOTといった注目される分野が目白押しです。

でも、いざ初心者がプログラミングをマスターしようとすると…

  • 本を読んだりネットの記事で自力で勉強しているけど限界を感じる
  • プログラミングスクールに定期的に通うのは面倒だ
  • 地方に住んでると家の近くにプログラミングスクールなんてない
  • どのプログラミング言語を学べばいいのか悩む
  • 実際の就職や転職にプログラミングが活かせるのか心配だ

など、プログラミングを自分で勉強しようとすると悩みが尽きません。

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Matplotlibは、Pythonを使ってデータを視覚化するためのライブラリです。

これまでNumPy、Pandasを使っていろんなデータを扱ってきましたが、そういったデータを利用した科学的な分析を2Dおよび3Dグラフィックで表示することができるライブラリがMatplotlibです。公式サイトはこちらです。

Matplotlib: Python plotting — Matplotlib 3.1.1 documentation

Matplotlibを使うとテータを簡単に図表にプロットすることができ、その図表にはラベルやテキストなどを入れて解説を入れることができます。図表もそれに関わるいろんな要素を制御することができますし、多くのフォーマットで出力したりもできるので、とてもカスタマイズ性が高いです。

これからMatplotlibの使い方を学んでいきますが、まずここでは導入の方法と簡単な基本操作に触れてみたいと思います。

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Matplotlibをインストールする

まずはPythonを利用している環境の中に、Matplotlibライブラリをインストールする必要があります。

Anacondaの環境であればターミナルから次のコマンドを入力してインストールしましょう。

あるいは、

Anacondaを利用している環境であれば、すでにインストールされているかもしれません。インストールされていなければ、上のコマンド(condaの方がいいかな?)でインストールするか、Anaconda Navigatorからインストールしましょう。

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Matplotlibをインポートする

Matplotlibを使うためには、他のライブラリ同様にインポートする必要があります。

インポートには、次のように、matplotlib.pyplotモジュールをpltという名前でインポートするのが一般的です。

ここでは、jupyter notebookを使っていくのですが、このjupyter notebookを使っていく場合に限っては、次の表示も記述する必要があります。

図表を表示するにはplt.show()コマンドを使うのですが、上の一文を追加入力することによって、jupyter notebook内に図を表示することができます。別のエディタを使用している場合は、図表が別のウインドウにポップアップする形で表示されるはずです。

これでMatplotlibを使う準備ができました。

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Matplotlibの基本的な使い方

それでは簡単にMatplotlibの描画をやっていきましょう。

まず、ここで使う簡単なデータをNumPyを使って次のような形で用意してみます。

NumPyをインポートし、xとしてlinspace()を使って0から10までの範囲で等間隔に11個のデータを作ります。yとしてそのxの2乗のデータを作ります。

実行するとこうなります。

データ自体は、この程度ならリストを使ってそのまま作っても構いませんね。

では、このデータを使ってmatplotlibの図表の描画をしていきましょう。

matplotlibの基本コマンド

まずは、このデータを単純にグラフにする操作です。xとyのデータが対応しているグラフということになりますね。

グラフを表示するには次のように書きます。

グラフを描画するにはplot()にx, yそれぞれのデータを渡します。ここではグラフの色を’red’ に指定しました。色を指定しない場合は青系の色で表示されます。

グラフのラベルはx軸、y軸はそれぞれxlabel()、ylabel()で与えることができます。グラフのタイトルはtitle()を使います。

最後に、show()コマンドを記述して実行することでjupyter notebook内にグラフが描画されます。()

グラフが描画されるのが確認できました。

matplotlibの日本語化

なお、ここではラベルを日本語表示していますが、matplotlibをそのまま使っている場合、描画を実行すると文字化けすると思います。日本語化するにはこちらの方法で設定してみてください。

Matplotlibでの文字化けの対処法には日本語化の設定をしよう!
jupyter notebookのPythonでMatplotlibのグラフ描写をしている時、ラベルなどの日本語表記が文字化けすることがあります。Anacondaの利用者向けの対処法をまとめました。バージョンアップで起こるエラーへの対処法も追記しています。

同じキャンバスに複数のグラフを描画する

上では1つのグラフを描画しましたが、同時に複数のグラフを並べて表示することもできます。ここでは同じデータを使ってx軸とy軸を入れ替えた2つのグラフを表示してみることにします。

複数のグラフを描画するにはsubplot()を使って、それぞれのグラフの位置を決めて表示します。次のようにして使います。

subplot()にはそれぞれグラフを表示するエリアの行と列、そしてグラフを指定する番号を与えます。ここにはsubplot()が2つありますが、1行2列のエリアに1番目(左側)と2番目(右側)を指定するという意味になります。

それぞれ与えるデータのxとyを入れ替えているのがわかると思います。グラフの色の表示も単に線ではなく、破線と点と線をこのように指定しています。

表示するとこうなります。

グラフの色ですが、bが青、gが緑というのはわかりますね。blueとgreenです。

グラフを横に並べて表示してみましたが、縦にも表示できます。

subplot()に与えるグラフのエリアを2行1列にすると縦に表示できます。

次のように書き換えてみます。

縦にグラフが並べて表示されました。

ここでは下側のグラフの色を黄色にしてみました。yellowのyを指定しています。

なお、こちらでは最後にshow()を使っていませんが、%matplotlib inlineの記述とjupyter notebookを使っているためです。本来はshow()を記述した方がいいでしょうね。

以上がMatplotlibを使ってのグラフの描画の基本的な操作です。

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最後に

Matplotlibは、Pythonを使ってデータを視覚化するためのライブラリです。データ処理した科学的分析結果を簡単にいろんなグラフに描画することができます。

別のところでも簡単に速習しました。

【Python】Matplotlibの基本的なグラフ描画の使い方の速習
Matplotlibは、Pythonと科学計算用ライブラリであるNumPyを使ったデータでグラフを描画するライブラリです。ここではMatplotlibの基本的な使い方を一気に学んでいきます。ここでは基本的なグラフの描画をしてみます。

ここではMatplotlibを使ってのグラフの描画の基本的な操作をしてみたわけですが、これからはMatplotlibのもっと細かい設定や操作に触れていこうと思います。

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