【Python学习】安装Python和绘图示例

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从前猫王国里有一只白猫，名叫索菲亚，她学习用Python编程。

Vamei^[1]细述Python的起源。Python是一种编程语言，作者Guido von Rossum，一位荷兰计算机工程师。Guido创造Python的初衷是：「希望有一种语言，这种语言能够像C语言那样，能够全面调用计算机的功能接口，又可以像shell那样，可以轻松的编程。」

Vamei书写了Python教程系列文章，他是索菲亚的引路人。当时索菲亚写论文，发现用Python所simulation很简洁精美功能强大。

Python是一种解释性编程语言，也就是说不需要生成可执行程序，直接执行脚本（.py文件）。所以Python程序执行时，解释器必须运行。Python3即解释器。这和C不同，C语言是用编辑器（compiler）^[2]生成可执行程序的（机器代码文件，01码）。所以C程序比Python脚本运行快些。陈皓先生（微博左耳朵耗子，Github haoel）说网站开发需要用Java。 Python在学术研究和中小型项目很适用。

本文索菲亚介绍Python的绘图功能。内容尽可能地self-contained。所以从安装Python开始写起。

1. 安装Python

索菲亚用MacBook Pro电脑，操作系统是macOS Mojave，Version10.14.5。

由于索菲亚安装Python已经很久了，不是实录，仅仅是介绍官方网站文字^[3]。

程序安装次第是Xcode、Homebrew、Python、Pip、Jupyter。

1. 安装Xcode（可选）

Xcode是Mac的计算器功能调用环境，即Mac编程环境，通常Mac自带Xcode，便不需要再安装了。

2. 安装Homebrew

Homebrew是Xcode的package manager，即文件下载和安装工具。是不是Mac也自带了？
如果需要安装，安装操作是输入命令：

$ ruby -e "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/master/install)"

3. 安装Python 3

安装操作是输入命令：

$ brew install python

4. 安装pip3（可选）

Python 3的package manager工具是pip3（Python 2的package manager工具是pip）。
索菲亚不记得是Homebrew安装包里有pip 3还是Python 3自带pip3。请试试以下命令。

pip3 install numpy

通常学术仿真常用的python package还有数据处理scipy，绘图的matplotlib。下文会介绍matplotlib.pyplot。

5.安装Jupyter

脚本editor。用TextEdit就可以编辑Python脚本，但Python对缩进很苛刻，需要专业的editor。

索菲亚有工具控，她查找过、尝试过很多best editors，vi、emacs、IDLE，还有专业程序员常用编辑器，体积巨大。索菲亚最喜欢Jupyter，支持中文注释文字。

索菲亚认为Mac Terminal中执行Python，确实既可以直接编程，又可以执行脚本文件。
而Jupyter也有这两个功能。

安装操作^[4]是输入命令：

$ pip3 install "ipython[notebook]"

运行Jupyter，需要输入命令：

$ python3 -m IPython notebook

可以发现Jupyter在浏览器中执行。

安装好了，现在来尝试第一个Python程序。

2. 绘图程序

绘图可以用image paackage逐个pixel基础绘图，也可以调用绘图package。

2.1 基础绘图

在Jupyter new python，可以看到另一个浏览器窗口。在命令行（cell）输入Python 代码：

from PIL import Image


img_size = 300
bg_color = 0xFFFFFF

im = Image.new(‘RGB‘, (img_size, img_size), bg_color)

for x in range(img_size):
    for y in range(int(img_size/3)):
        im.putpixel((x, y), 0xff0000)
    for y in range(int(img_size/3),int(img_size*2/3)):
        im.putpixel((x, y), 0x00ff00)
    for y in range(int(img_size*2/3),img_size):
        im.putpixel((x, y), 0x0000ff)
       
im.show()

2.2 调用绘图功能包matplotlib.pyplot

matplotlib.pyplot^[5]是使得matplotlib运作起来像是MATLAB的绘图function package。
例如，新绘一个图，在图中作文字说明等。

plot函数用于画点和线，同时有autoscale功能，即坐标会自动适配展示所绘的图。

import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot([1, 2, 3], [1, 4, 9], ‘o--‘)
plt.xlabel(‘time (s)‘)
plt.show()

plot还有第三个参数用于规定点和线的风格，还可以用数组表示点，数组需要numpy package。例如，

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# evenly sampled time at 200ms intervals
t = np.arange(0., 5., 0.2)
#t是一维数组, 可以用print(t)观察


# red dashes, blue squares and green triangles
plt.plot(t, t, ‘r--‘, t, t**2, ‘bs‘, t, t**3, ‘g^‘)
plt.title(‘Dots show‘)
plt.xlabel(‘time (s)‘)
plt.ylabel(‘Functions‘)
plt.show()

组合型参数‘r--‘表示red，虚线。其他参数请用英文单词直觉理解。Python 函数的介绍有时不严谨，我想是作者认为脚本语言本身即英文文本说明。

如果画圆^[6]，原理是先准备一个圆的对象，再显示到坐标系。

import matplotlib.pyplot as plt

ax = plt.gca()#Get Current Axes
c1=plt.Circle((0, 0), 0.2, color=‘r‘, alpha=0.5)
c2=plt.Circle((1, 1), 0.5, color=‘cyan‘, alpha=0.5, clip_on=False)
ax.add_patch(c1)
ax.add_patch(c2)
ax.add_artist(plt.Circle((1, 0), 0.5, color=‘grey‘, alpha=0.5, clip_on=True))
#The difference between ax.add_patch(..) and ax.add_artist(..)
#of the two, only the former makes autoscaling machinery take the circle into account.

#Use adjustable=‘box-forced‘ to make the plot area square-shaped as well.
ax.set_aspect(‘equal‘, adjustable=‘datalim‘)
ax.plot()   #Causes an autoscale update.
plt.show()

参考：

【Python学习】安装Python和绘图示例

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原文地址：https://www.cnblogs.com/dersu/p/12940453.html