画图

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# 画图技能

## 目的

使用 matplotlib 生成论文级质量图表，每张图150dpi，中文坐标轴和图例。

## 环境配置（必须）

```python
import matplotlib
matplotlib.use('Agg')
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 中文字体（跨平台兼容）
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['STHeiti', 'SimHei', 'Heiti TC',
    'Arial Unicode MS', 'Hiragino Sans GB', 'PingFang SC',
    'Microsoft YaHei', 'Songti SC', 'DejaVu Sans']
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
plt.rcParams['figure.dpi'] = 150
plt.rcParams['savefig.dpi'] = 150
plt.rcParams['savefig.bbox'] = 'tight'
```

## ⛔ 唯一绘图库

**只允许 matplotlib**，严禁 seaborn、plotly、plotnine、altair、bokeh、holoviews。

| 禁止 | 替代方案 |
|------|----------|
| `import seaborn as sns` | matplotlib 原生 API |
| `sns.set_style()` | `plt.rcParams` + `ax.grid()` |
| `sns.color_palette()` | `plt.cm.viridis(np.linspace(0.1, 0.9, n))` |
| `sns.heatmap()` | `ax.imshow()` + `plt.colorbar()` |
| `sns.despine()` | `ax.spines['top'].set_visible(False)` |

## 通用美化函数

```python
def despine(ax):
    """去除顶部和右侧边框"""
    ax.spines['top'].set_visible(False)
    ax.spines['right'].set_visible(False)

def apply_style(ax):
    """通用样式"""
    ax.grid(alpha=0.3, linestyle='--')
    despine(ax)
    # 图上不画 set_title()，标题由论文 \caption{} 承担
```

## 配色方案

```python
# 方案1: Viridis（默认推荐）
colors = plt.cm.viridis(np.linspace(0.1, 0.9, n))

# 方案2: RdBu_r（对比型）
colors = plt.cm.RdBu_r(np.linspace(0.15, 0.85, n))

# 方案3: tab10（离散类别）
colors = [f'C{i}' for i in range(n)]

# 方案4: Set3（柔和色）
colors = plt.cm.Set3(np.linspace(0, 1, n))
```

## 各类型图表模板

### 柱状图

```python
fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 6))
x = np.arange(len(categories))
bars = ax.bar(x, values, width=0.6, edgecolor='white',
              linewidth=0.5, color=plt.cm.viridis(np.linspace(0.1, 0.9, len(categories))))
ax.set_xticks(x)
ax.set_xticklabels(categories, rotation=30, ha='right')
ax.set_ylabel('数值')
# 柱顶标注数值
for bar, val in zip(bars, values):
    ax.text(bar.get_x() + bar.get_width()/2, bar.get_height() + 0.5,
            f'{val:.2f}', ha='center', va='bottom', fontsize=9)
apply_style(ax)
```

### 折线图

```python
fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 6))
ax.plot(x, y, linewidth=2, marker='o', markersize=5,
        color='C0', markerfacecolor='white', markeredgewidth=1.5)
ax.set_xlabel('X轴标签')
ax.set_ylabel('Y轴标签')
apply_style(ax)
```

### 多系列折线图

```python
fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 6))
for i, (label, data) in enumerate(series.items()):
    ax.plot(x, data, linewidth=2, marker='o', markersize=4, label=label)
ax.set_xlabel('X轴标签')
ax.set_ylabel('Y轴标签')
ax.legend(loc='best', frameon=True, fancybox=True)
apply_style(ax)
```

### 热力图

```python
fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 8))
im = ax.imshow(data_matrix, cmap='RdBu_r', aspect='auto',
                vmin=np.min(data_matrix), vmax=np.max(data_matrix))
cbar = plt.colorbar(im, ax=ax, shrink=0.8)
cbar.set_label('数值')
ax.set_xticks(range(len(col_labels)))
ax.set_xticklabels(col_labels, rotation=45, ha='right')

From hongdotien10-hash/mathmodel-toolkit, MIT.

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