Python使用matplotlib绘制三维图形示例

下面我来详细讲解一下如何使用 Python 中的 matplotlib 库绘制三维图形。

环境搭建

首先，我们需要在本地计算机中安装 matplotlib，可以使用 pip 直接进行安装：

pip install matplotlib

安装完成后，我们就可以开始进行三维图形的绘制了。

绘制三维散点图

现在，我们来看一下如何绘制一个三维散点图。代码如下：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

# 生成数据
x = np.random.normal(0, 1, 100)
y = np.random.normal(0, 1, 100)
z = np.random.normal(0, 1, 100)

# 绘制图形
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
ax.scatter(x, y, z)

# 设置轴标签
ax.set_xlabel('X Label')
ax.set_ylabel('Y Label')
ax.set_zlabel('Z Label')

# 显示图形
plt.show()

代码解释：

• import matplotlib.pyplot as plt：导入 matplotlib 库的 pyplot 模块
• import numpy as np：导入 numpy 库并取别名为 np
• from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D：导入 mpl_toolkits.mplot3d 库中的 Axes3D 类
• np.random.normal(0, 1, 100)：生成100个均值为0，标准差为1的正态分布数据。
• fig = plt.figure()：创建一个 figure 对象
• ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')：创建一个 3D 子图
• ax.scatter(x, y, z)：使用 scatter 方法绘制散点图
• ax.set_xlabel('X Label')：设置 x 轴标签
• ax.set_ylabel('Y Label')：设置 y 轴标签
• ax.set_zlabel('Z Label')：设置 z 轴标签
• plt.show()：显示图形

绘制三维曲面图

接下来，我们来看一下如何绘制一个三维曲面图。代码如下：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

# 生成数据
x = np.linspace(-5, 5, 100)
y = np.linspace(-5, 5, 100)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = np.sqrt(X ** 2 + Y ** 2)

# 绘制图形
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
ax.plot_surface(X, Y, Z)

# 设置轴标签
ax.set_xlabel('X Label')
ax.set_ylabel('Y Label')
ax.set_zlabel('Z Label')

# 显示图形
plt.show()

代码解释：

• import matplotlib.pyplot as plt：导入 matplotlib 库的 pyplot 模块
• import numpy as np：导入 numpy 库并取别名为 np
• from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D：导入 mpl_toolkits.mplot3d 库中的 Axes3D 类
• np.linspace(-5, 5, 100)：生成一个从 -5 到 5 的等差数列，共生成 100 个数
• np.meshgrid(x, y)：生成一个网格
• Z = np.sqrt(X ** 2 + Y ** 2)：生成一个数据集 Z，用于绘制曲面图
• fig = plt.figure()：创建一个 figure 对象
• ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')：创建一个 3D 子图
• ax.plot_surface(X, Y, Z)：使用 plot_surface 方法绘制曲面图
• ax.set_xlabel('X Label')：设置 x 轴标签
• ax.set_ylabel('Y Label')：设置 y 轴标签
• ax.set_zlabel('Z Label')：设置 z 轴标签
• plt.show()：显示图形

以上是对绘制三维图形的示例说明，你可以根据自己的需求进行修改和扩展。