matplotlib：subplot使い方まとめ

今回はmatplotlibで、subplot()で、一つの図の中に複数のグラフを並べる方法を紹介します。

公式ドキュメントを参考にしたので、興味のある方はチェックしてみて下さい。

はじめに
subplot()の概要
- subplot()使用の流れ
- subplot()での場所の指定
subplot()の使用例
応用編：異なるサイズのグラフを並べる
まとめ

はじめに

今回は、pyplot.subplot()を使用して、一つの図の中に複数のグラフを並べる方法を紹介します。

pyplotってなんだ？という方はこちらの記事もご覧ください！

www.yutaka-note.com

subplot()の概要

pyplot.subplot()を使用すると、一つの図の中に複数の小さなプロット（サブプロット）を作成することができます。

例えば、こんなかんじです。

f:id:YutaKa:20200131144101p:plain

一つの図の中に、コンター（左側）と、曲線（右側）を出力しています。

仮にjupyter notebookでsubplot()を使用しないと、こうなります。

f:id:YutaKa:20200102224306p:plain

縦にズラーっと並びます。

subplot()を使うのと使わないのと、どちらが見やすいでしょうか？

subplot()使用の流れ

次の２ステップを繰り返すことで、一つの図の中にグラフを追加していきます。

subplotの使い方

① subplot()でグラフを追加する場所を指定する
② グラフを作成する

→ 別の場所を指定して、①、②を繰り返す

subplot()で場所を指定した後は、次の指定があるまで、現在のサブプロットがアクティブになります。

この状態でグラフを作成・編集すると、アクティブなサブプロットでグラフが作成・編集されます。

subplot()での場所の指定

subplot()の場所は、引数で指定します。

私は次の方法がオススメです。

%matplotlib inline
import matplotlib.pyplot as plt

# サブプロットで場所の指定 
plt.subplot(LMN) # L、M、Nは、それぞれ一桁の正数

ここで、subplot(LMN)は、図の領域を縦にＬ個、横にM個に分割して、左上から数えてN番目の領域を指定するということを意味します。

縦に２分割（L = 2）、横に３分割（M = 3）した場合の、各サブプロットの場所を図にすると、次のようになります。

f:id:YutaKa:20200102223532p:plain
subplot(231)は左上、subplot(236)は右下になりますね。

このように、subplot()の引数で分割の仕方と場所を指定します。

subplot()の使用例

次の sin と cos 関数を例にいくつか使用例を紹介します。

import numpy as np
x = np.linspace(0, 3*np.pi, 100)
y1 = np.sin(x)
y2 = np.cos(x)

横軸は [0, 3π] を100等分した数列 x です。縦軸は y1 = sin(x) 、 y2 = cos(x) とします。

例１）グラフを縦に並べる

次のコードを実行すると、縦にグラフを２つ並べて表示できます。

subplotの引数に注目しながらコードを見てください。

# 図のサイズを決める 
plt.figure(figsize=(5,5))

# １つ目のグラフ 
plt.subplot(211) 
plt.plot(x, y1) 

# ２つ目のグラフ 
plt.subplot(212) 
plt.plot(x, y2, 'r--')

出力結果はこちらです。１つの図の中に縦に２つ並んでいます。

f:id:YutaKa:20200131143641p:plain

例２）グラフを横に並べる

次のコードを実行すると、横にグラフを２つ並べて表示できます。

subplotの引数に注目しながらコードを見てください。

# 横に並べる
plt.figure(figsize=(12,5))

# １つ目のグラフ
plt.subplot(121)
plt.plot(x, y1)
plt.title("sin curve")
plt.xlabel("x")
plt.ylabel("y")

# ２つ目のグラフ
plt.subplot(122)
plt.plot(x, y2, 'r--')
plt.title("cos curve")
plt.xlabel("x")
plt.ylabel("y")

出力結果はこちらです。１つの図の中に横に２つ並んでいます。

f:id:YutaKa:20200131144014p:plain

例３）グラフを縦横に並べる

次のコードを実行すると、縦横それぞれにグラフを２つ並べて表示できます。

subplotの引数に注目しながらコードを見てください。

# 縦横に並べる
plt.figure(figsize=(12,5))

# １つ目のグラフ
plt.subplot(221)
plt.plot(x, y1)

# ２つ目のグラフ
plt.subplot(222)
plt.plot(x, y2, 'r--')

# ３つ目のグラフ
plt.subplot(223)
plt.plot(x, y1**2, "g.")

# ４つ目のグラフ
plt.subplot(224)
plt.plot(x, y2**2, 'c-.')

出力結果はこちらです。１つの図の中に４つ並んでいます。

f:id:YutaKa:20200131143936p:plain

応用編：異なるサイズのグラフを並べる

subplot()の領域指定を工夫することで、サイズの異なるグラフを一つの図の中に表示することもできます。

# 複雑に並べる
# 標準正規分布を計算する関数
def f_norm(x):
    return 1/np.sqrt(2*np.pi)*np.exp(-0.5*x**2)

# xとyの値を準備
x = np.linspace(-2, 2, 100)
y = np.linspace(-2, 2, 100)
# z は正規分布の積
z = np.tensordot( f_norm(x), f_norm(y), axes=0)

# 左半分にコンター
plt.figure(figsize=(10,5))
plt.subplot(121)
plt.contourf(x,y,z)

# 右半分にプロット
plt.subplot(322)
plt.plot(y,z[30,:], "--")
plt.ylim(0,0.2)

plt.subplot(324)
plt.plot(y,z[50,:], "r")
plt.ylim(0,0.2)

plt.subplot(326)
plt.plot(y,z[90,:], "c-.")
plt.ylim(0,0.2)