[Python][Matplotlib] 一枚の図に複数のグラフを描く

はじめに

1. add_subplot メソッドを使う

2. Gridspec オブジェクトを使う

3. Gridspecを使えば複雑なレイアウトも可能

まとめ

はじめに

Matplotライブラリを使って、一枚の図に複数のグラフを描きたいときがある。ここでは二つの方法を説明する。

add_subplotメソッドを使う方法（簡単。単純なレイアウトで）
Gridspecオブジェクトを使う方法（ちょっと面倒。複雑なレイアウトも可能）

1. `add_subplot` メソッドを使う

コード 1:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt


# test data
x = np.linspace(-5, 5, 100)
ys = np.ones(shape=(6, len(x))) * np.nan
ys[0] = 1
ys[1] = 1 + x
ys[2] = 1 + x + x**2 / 2
ys[3] = 1 + x + x**2 / 2 + x**3 / 6
ys[4] = 1 + x + x**2 / 2 + x**3 / 6 + x**4 / 24
ys[5] = 1 + x + x**2 / 2 + x**3 / 6 + x**4 / 24 + x**5 / 120

# plot
fig = plt.figure()
axs = [fig.add_subplot(2, 3, i + 1) for i in range(6)]
for i in range(6):
    axs[i].plot(x, ys[i], color='C0', zorder=5)
    axs[i].plot(x, np.exp(x), color='darkgray', linestyle='dashed', zorder=4)
    axs[i].set_title('plot {}'.format(i))
fig.tight_layout()

# save
fig.savefig('multiple_plot1.jpg', dpi=600)

出力 1:
f:id:cyanatlas:20191209001056j:plain

2. `Gridspec` オブジェクトを使う

コード 2:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.gridspec as gridspec


# test data
x = np.linspace(-5, 5, 100)
ys = np.ones(shape=(6, len(x))) * np.nan
ys[0] = 1
ys[1] = 1 + x
ys[2] = 1 + x + x**2 / 2
ys[3] = 1 + x + x**2 / 2 + x**3 / 6
ys[4] = 1 + x + x**2 / 2 + x**3 / 6 + x**4 / 24
ys[5] = 1 + x + x**2 / 2 + x**3 / 6 + x**4 / 24 + x**5 / 120

# plot
fig = plt.figure()
gs = gridspec.GridSpec(nrows=2, ncols=3, figure=fig)
for i in range(2):
    for j in range(3):
        ax = fig.add_subplot(gs[i, j])
        ax.plot(x, ys[3 * i + j], color='C0', zorder=5)
        ax.plot(x, np.exp(x), color='darkgray', linestyle='dashed', zorder=4)
        ax.set_title('plot ({}, {})'.format(i, j))
fig.tight_layout()

# save
fig.savefig('multiple_plot2.jpg', dpi=600)

出力 2:
f:id:cyanatlas:20191209001114j:plain

3. `Gridspec`を使えば複雑なレイアウトも可能

Gridspecを使うと、add_subplotメソッドでは難しいような複雑なレイアウトも簡単に作ることができる。

コード 3:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.gridspec as gridspec


# test data
x = np.linspace(-5, 5, 100)
ys = np.ones(shape=(6, len(x))) * np.nan
ys[0] = 1
ys[1] = 1 + x
ys[2] = 1 + x + x**2 / 2
ys[3] = 1 + x + x**2 / 2 + x**3 / 6
ys[4] = 1 + x + x**2 / 2 + x**3 / 6 + x**4 / 24
ys[5] = 1 + x + x**2 / 2 + x**3 / 6 + x**4 / 24 + x**5 / 120

# plot
fig = plt.figure(figsize=(6.4, 6.4))
gs = gridspec.GridSpec(nrows=4, ncols=3, figure=fig)

ax = fig.add_subplot(gs[0:2, 0:2])
ax.plot(x, ys[0], color='C0', zorder=5)
ax.plot(x, np.exp(x), color='darkgray', linestyle='dashed', zorder=4)
ax.set_title('plot (0-1, 0-1)')

ax = fig.add_subplot(gs[0, 2])
ax.plot(x, ys[1], color='C0', zorder=5)
ax.plot(x, np.exp(x), color='darkgray', linestyle='dashed', zorder=4)
ax.set_title('plot (0, 2)')

ax = fig.add_subplot(gs[1, 2])
ax.plot(x, ys[2], color='C0', zorder=5)
ax.plot(x, np.exp(x), color='darkgray', linestyle='dashed', zorder=4)
ax.set_title('plot (1, 2)')

ax = fig.add_subplot(gs[2, 0])
ax.plot(x, ys[3], color='C0', zorder=5)
ax.plot(x, np.exp(x), color='darkgray', linestyle='dashed', zorder=4)
ax.set_title('plot (2, 0)')

ax = fig.add_subplot(gs[3, 0])
ax.plot(x, ys[4], color='C0', zorder=5)
ax.plot(x, np.exp(x), color='darkgray', linestyle='dashed', zorder=4)
ax.set_title('plot (3, 0)')

ax = fig.add_subplot(gs[2:, 1:])
ax.plot(x, ys[5], color='C0', zorder=5)
ax.plot(x, np.exp(x), color='darkgray', linestyle='dashed', zorder=4)
ax.set_title('plot (2-3, 1-2)')
fig.tight_layout()

# save
fig.savefig('multiple_plot3.jpg', dpi=600)