Matplotlib绘制雷达图详解（附带实例）

雷达图也称为极坐标图或蜘蛛网图，主要用于展示多维数据之间的关系并比较它们的差异。

如需创建雷达图，可以使用 pyplot 模块中的 polar() 函数。使用该函数可以直接在默认创建的极坐标系中绘制雷达图。

Axes 对象没有提供 polar() 方法，如需使用该对象创建雷达图，需要先使用 subplot() 函数或 subplots() 函数创建极坐标系，然后才能绘制雷达图。

本节主要介绍使用 pyplot 模块中的 polar() 函数创建雷达图的方法，最后也会介绍使用 subplot() 或 subplots() 函数创建极坐标系，并使用 Axes 对象的 plot() 方法创建雷达图的方法。

在极坐标系中创建一个点

极坐标系中的每个点的坐标由两个值确定：

• 极角：点和原点之间的线段与极轴之间的夹角。通常规定角度以逆时针方向为正方向；
• 极径：点到原点的距离。

极坐标系中的角度通常以弧度表示，为了便于理解，也可以使用角度。无论使用哪种方式，都需要用到 pi 函数，在 Python 标准库中的 math 模块或 NumPy 库中都包含该函数。

下面的代码使用角度的形式表示 45°，通过第一个数字 45，就可以立刻知道该表达式表示的是 45°：

import math
45 * math.pi / 180

或：

import numpy as np
45 * np.pi / 180

如果使用弧度表示 45°，则需要使用下面的代码：

import math
math.pi / 4

或：

import numpy as np
np.pi / 4

使用 pyplot 模块中的 polar() 函数创建雷达图时，该函数的第一个参数 theta 表示极角，第二个参数 r 表示极径。

下面的代码是使用 pyplot 模块中的 polar() 函数在极坐标系中绘制一个点，该点的极角是 45°，极径是 60：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

theta = 45 * np.pi / 180
r = 60

plt.polar(theta, r)
plt.show()

运行上面的代码，绘制结果如下图所示，在极坐标中并未显示绘制的点：


为了让绘制的点显示出来，可以在 polar() 函数中指定 marker 参数，为点设置一种形状。

下面的代码将绘制的点设置为圆圈：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

theta = 45 * np.pi / 180
r = 60

plt.polar(theta, r, marker='o')
plt.show()

效果如下图所示：


可以使用 markersize 参数设置点的大小，下面的代码将绘制的点的大小设置为 10 像素，并使用 pyplot 模块中的 ylim() 函数定义极轴的尺寸范围：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

theta = 45 * np.pi / 180
r = 60

plt.polar(theta, r, marker='o', markersize=10)
plt.ylim(0, 100)
plt.show()

效果如下图所示：

在极坐标系中创建雷达图

在极坐标系中绘制雷达图，实际上就是在极坐标系中绘制多个点，然后使用连接线将这些点连接起来，从而形成一个闭合的形状。由于雷达图是一个闭合的多边形，所以它的起始点和终止点应该是同一个点，它们具有相同的极坐标。

下面的代码是在极坐标系中通过绘制 5 个点来创建一个雷达图：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

theta = np.array([15, 75, 135, 195, 255, 315]) * np.pi / 180
r = [60, 120, 90, 120, 180, 60]

plt.polar(theta, r, marker='o', markersize=10)
plt.ylim(0, 200)
plt.show()

效果如下图所示：


5 个点的角度作为 NumPy 中的 array() 函数创建的数组中的元素，一次性将它们转换为弧度。使用 array() 函数的另一个原因是，Python 内置的列表对象无法直接与数字进行数学运算，除非使用列表推导式，但是这会增加编写代码的难度，所以本例使用 NumPy 中的 array() 函数。

为雷达图设置填充色

使用 pyplot 模块中的 fill() 函数，可以为雷达图设置填充色。该函数的前两个参数与 polar() 函数相同，为了设置填充色，需要指定 color 关键字参数，并为其设置一个颜色值。

下面的代码为前面创建的雷达图设置一种填充色：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

theta = np.array([15, 75, 135, 195, 255, 315]) * np.pi / 180
r = [60, 120, 90, 120, 180, 60]

plt.polar(theta, r, marker='o', markersize=10)
plt.ylim(0, 200)
plt.fill(theta, r, color='y')
plt.show()

效果如下图所示：

更改雷达图的刻度标签

在雷达图中显示的角度标签默认为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270° 和 315°。如果对角度有特殊要求，可以使用 pyplot 模块中的 thetagrids() 函数，并为其指定 angles 参数来更改角度标签。

下面的代码将雷达图的角度设置为 0°、60°、120°、180°、240° 和 300°：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

theta = np.array([15, 75, 135, 195, 255, 315]) * np.pi / 180
r = [60, 120, 90, 120, 180, 60]

angles = range(0, 360, 60)
plt.polar(theta, r, marker='o', markersize=10)
plt.ylim(0, 200)
plt.thetagrids(angles)
plt.show()

效果如下图所示：


如果想要使用文本代替角度，则可以为 thetagrids() 函数同时指定 angles 和 labels 两个参数。下面的代码使用 6 个英文字母代替 6 个角度，6 个字母会显示在与 6 个角度对应的位置上，此时的角度只用于定位文本，而不会显示出来：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

theta = np.array([15, 75, 135, 195, 255, 315]) * np.pi / 180
r = [60, 120, 90, 120, 180, 60]

angles = range(0, 360, 60)
labels = list('ABCDEF')

plt.polar(theta, r, marker='o', markersize=10)
plt.ylim(0, 200)
plt.thetagrids(angles, labels)
plt.show()

效果如下图所示：

创建一个正六边形的雷达图

利用前几个小节介绍的知识，可以创建一个如下图所示的正六边形的雷达图：


代码如下：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

ax = plt.subplot(projection='polar')
theta = np.array([0, 60, 120, 180, 240, 300, 0]) * np.pi / 180
r = [10, 10, 10, 10, 10, 10, 10]

angles = range(0, 360, 60)

plt.plot(theta, r, marker='o', markersize=10)
plt.ylim(0, 10)
plt.fill(theta, r, color='y')
plt.thetagrids(angles=angles)
plt.show()

使用subplot或subplots函数创建极坐标系

使用 subplot() 函数创建坐标系时，为其指定 projection 参数，并将其值设置为 polar，即可创建极坐标系。

下面的代码是使用 subplot() 函数创建如下图所示的极坐标系：

import matplotlib.pyplot as plt
ax = plt.subplot(projection='polar')
plt.show()

如果使用 subplots() 函数同时创建图形和坐标系，则需要为其指定 subplot_kw 参数，该参数的值是一个字典对象，需要在字典中指定 projection 键，并将该键的值设置为 polar。

下面的代码是使用 subplots() 函数创建相同的极坐标系：

import matplotlib.pyplot as plt
fig, ax = plt.subplots(subplot_kw=dict(projection='polar'))
plt.show()

使用Axes对象的plot方法创建雷达图

创建极坐标系后，接下来可以使用 Axes 对象的 plot() 方法创建雷达图，实现方法与使用 polar() 函数没什么区别，唯一区别是使用 plot() 方法替换 polar() 函数，其他代码相同。代码如下：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

ax = plt.subplot(projection='polar')
theta = np.array([15, 75, 135, 195, 255, 315]) * np.pi / 180
r = [60, 120, 90, 120, 180, 60]

plt.plot(theta, r, marker='o', markersize=10)
plt.ylim(0, 200)
plt.show()