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Python Matplotlib contour和contourf:绘制等高线

等高线图需要的是三维数据,其中 X、Y 轴数据决定坐标点,还需要对应的高度数据(相当于 Z 轴数据)来决定不同坐标点的高度。

有了合适的数据之后,程序调用 contour() 函数绘制等高线,调用 contourf() 函数为等高线图填充颜色。

在调用 contour()、contourf() 函数时可以指定如下常用参数:
  • x:指定 X 轴数据。
  • y:指定 Y 轴数据。
  • z:指定 X、Y 坐标对应点的高度数据。
  • colors:指定不同高度的等高线的颜色。
  • alpha:指定等高线的透明度。
  • cmap:指定等高线的颜色映射,即自动使用不同的颜色来区分不同的高度区域。
  • linewidths:指定等高线的宽度。
  • linestyles:指定等高线的样式。

下面程序使用 contour()、contourf() 函数来绘制等高线图:
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

delta = 0.025
# 生成代表X轴数据的列表
x = np.arange(-3.0, 3.0, delta)
# 生成代表Y轴数据的列表
y = np.arange(-2.0, 2.0, delta)
# 对x、y数据执行网格化
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z1 = np.exp(-X**2 - Y**2)
Z2 = np.exp(-(X - 1)**2 - (Y - 1)**2)
# 计算Z轴数据(高度数据)
Z = (Z1 - Z2) * 2
# 为等高线图填充颜色, 16指定将等高线分为几部分
plt.contourf(x, y, Z, 16, alpha = 0.75,
    cmap='rainbow')  # 使用颜色映射来区分不同高度的区域
# 绘制等高线
C = plt.contour(x, y, Z, 16,
    colors = 'black', # 指定等高线的颜色
    linewidth = 0.5) # 指定等高线的线宽
# 绘制等高线数据
plt.clabel(C, inline = True, fontsize = 10)
# 去除坐标轴
plt.xticks(())
plt.yticks(())
# 设置标题
plt.title("等高线图")
# 为两条坐标轴设置名称
plt.xlabel("纬度")
plt.ylabel("经度")
plt.show()
上面程序中,第 16 行代码用于为等高线图填充颜色,此处指定了 cmap 参数,这意味着程序将会使用不同的颜色映射来区分不同高度的区域。

程序中第 19 行代码调用 contour() 函数来绘制等高线。运行上面程序,可以看到如图 1 所示的效果。

contour和contourf绘制等高线图
图 1 contour和contourf绘制等高线图

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