Matplotlib, Introducción a la Visualización 2D, Parte I

Por Luis Brito

Matplotlib es uno de los paquetes de visualización que se han creado en el ecosistema de python. Es una poderosa herramienta que permite una alta calidad de presentación y sobre todo es gratis. Trabaja muy bien con otros paquetes de python tales como pandas, numpy, scipy, también es la base de otros paquetes de visualización. En este libro introducimos al lector al uso de la visualización 2D utilizando las diversas funciones de matplotlib considerando a un usuario medio, que no es especialista en programación y que solo quiere obtener gráficos de alta calidad con el mínimo esfuerzo. Las funciones se presentan en su descripción completa para brindarles toda la descripción de los parámetros que utilizan, sin embargo, la mayoría de los parámetros que utilizan las funciones tienen valores predeterminados y su uso es opcional, la mayoría de las funciones requieren un solo parámetro obligatorio y en algunos casos ninguno. Los ejemplos se muestran iniciando con el mínimo código posible y se van añadiendo parámetros a medida que se avanza para ir mejorando la calidad de la presentación. Este es un libro que está bien estructurado para ir ganando fluencia en el uso de matplotlib. Muy recomendable para usuarios nuevos a intermedios.

• Idioma: Español
• Editorial: Luis Brito
• Fecha de lanzamiento: 19 mar 2022
• ISBN: 9781005333973

Vista previa del libro

Cuando comencé a escribir este libro lo hice con la finalidad de tratar de entender un poco la filosofía de trabajo de matplotlib y pyplot desde la perspectiva de un usuario común y corriente, de alguien que quiere realizar visualización de datos en su trabajo del día a día en el área de la ingeniería y la ciencia sin tener que ser un experto en computación.

Matplotlib al principio es algo intimidante porque tiene una gran cantidad de objetos, funciones, métodos y atributos que pueden utilizarse para crear y personalizar gráficos para que tengan una alta calidad de presentación. Matplotlib, desde el punto de vista del usuario común puede ser utilizado de dos formas, un estilo directo, que ha sido denominado estilo MATLAB y un estilo orientado a objeto, donde cada elemento de la figura es un objeto y puede ser manipulado como tal. En el tope de la jerarquía de los objetos de matplotlib está el objeto figure, que es el contenedor de todo lo que se muestra, gráficos, líneas, ejes, marcadores, grids, leyendas, texto, todos son objetos que pueden ser modificados utilizando las funciones y métodos diseñados con esa finalidad.

La mayoría de las funciones y métodos, aunque tienen una cantidad enorme de parámetros de entrada por lo general estos tienen valores predeterminados y su uso es opcional, la mayoría de las veces se pueden utilizar estas funciones y métodos pasando solo un argumento y en algunos casos ningún argumento. Esto facilita bastante el aprendizaje porque permite utilizar un mínimo de código para lograr un resultado, que, aunque bastante básico permite comenzar a experimentar con esta herramienta de visualización. En todos los ejemplos que se presentan en este libro seguimos esa metodología, comenzamos con el código mínimo necesario para realizar una visualización y luego vamos añadiendo otros parámetros que van mejorando poco a poco la calidad de la figura que estamos trabajando.

En este libro he tratado de recoger la mayor cantidad de información para que un usuario promedio pueda aprovechar las principales características de matplotlib sin sentirse abrumado, sin embargo, es importante tener paciencia y como en el aprendizaje de cualquier lengua hay que practicar, volver sobre lo visto para ir ganando fluencia. Matplotlib es una librería construida sobre python y como tal usa las estructuras de datos de python y de numpy por lo que es recomendable tener un conocimiento del uso de listas, tuplas, diccionarios, y arreglos 1D y 2D de numpy.

Espero que este libro te sea de utilidad y puedas sacar provecho de él, si es así por favor recomiéndalo a algún compañero o amigo al que también le pueda interesar.

Matplotlib

Generalidad de matplotlib

Matplotlib es un módulo de python para la visualización de datos en 2 y 3D que se creó para proporcionar una funcionalidad similar a la proporcionada por MATLAB. Matplotlib trabaja en conjunto con otros módulos como pylab y pyplot. La forma usual de trabajar es en combinación con pyplot, también se puede trabajar matplotlib desde pandas.

Mathplotlib es una librería inmensa, que contiene mucha más funcionalidad de la que la mayor parte de nosotros pensaría utilizar. Proporciona dos formas de trabajar: Una forma directa, parecida a la que proporciona MATLAB, donde se crea una figura y sobre esta figura activa se le aplican los diferentes métodos. El segundo método es el orientado a objeto, donde cada elemento del gráfico es un objeto y cada objeto puede ser accesado y modificado a conveniencia, siguiendo la jerarquía del objeto y utilizando el operador punto.

Pylab es un módulo dentro de la librería de matplotlib que fue creado para copiar el estilo global de MATLAB. Existe simplemente para acceder a un conjunto de funciones y clases de numpy y matplotlib dentro del namespace, para facilitar la transición a los usuarios de MATLAB que no estaban acostumbrados a la necesidad de utilizar las instrucciones para importar módulos y librerías con el comando import.

Matplotlib ha abandonado este módulo de conveniencia (pylab) y ahora recomienda explícitamente contra el uso de pyplot, trayendo todo a uno de los elementos de la filosofía de python: Explicito es mejor que implícito.

Sin la necesidad de pylab podemos resolver adecuadamente con la forma canónica de importación:

>> import matplotlib.pyplot as plt

Jerarquía de Objetos en Matplotlib

Matplotlib está diseñado con el concepto de programación orientada a objetos y tiene una librería de objetos, donde cada objeto tiene sus métodos, atributos y pueden contener otros objetos.

En el tope de la jerarquía está el objeto figure, que podemos traducir como figura y es el espacio donde se colocaran todos los objetos que integran una figura, objetos tipo Axes, que son los gráficos donde se colocaran los objetos que representan a los datos que estamos visualizando, que pueden ser de varios tipos, lines2D, bars, scatters, etc. Además, existen otros objetos que forman parte de los objetos Axes, como son los ejes (Axis),

La forma de expresar esto es utilizando la notación punto para separar el objeto de los métodos u otros objetos.

Forma simple de utilizar matplotlib

La forma más simple de utilizar matplotlib es utilizando el módulo pyplot. Para acceder a este módulo y sus funciones gráficas simplemente importe matplotlib y pyplot. La forma estándar (canónica) de hacer esto es utilizando la siguiente instrucción:

[ ] import matplotlib.pyplot as plt

Donde plt es un alias para referirse a matplotlib.pyplot y así hacer más corta y clara la referencia a las funciones. Así en lugar de escribir matplotlib.pyplot.plot(), solo necesitamos escribir plt.plot().

Para hacer un gráfico 2D solo necesitamos 2 arreglos de datos, uno para el valor del eje X y otro arreglo para el valor del eje Y, cada par de valores (x, y) genera un punto del gráfico. También se puede pasar un solo arreglo y matplotlib considerará que el arreglo que se está pasando corresponde al arreglo de las Y, para el arreglo de los valores de las X se considerará un arreglo de igual tamaño, que comienza en cero y avanza de uno en uno.

Comencemos con un ejemplo sencillo, utilizaremos numpy para crear un arreglo de valores para X, y utilizaremos una función de numpy para calcular el valor del seno de x. Para el gráfico utilizaremos lo mínimo para que vean lo sencillo que es generar un gráfico en matplotlib.

1.- Importamos las librerias que se necesitaran

Importamos la librería numpy y matplotlib, pyplot

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

2.- Creamos los arreglos x e y que deseamos graficar

Utilizamos numpy para crear los arreglos de datos x e y. np.linspace() es una función de numpy para