[matplotlib] 조각 함수 그리기

조각 함수(pairwise function) 작성

다음 함수 f(x)와 같이 일정한 구간별로 다른 값을 가지는 함수를 조각함수라고 합니다.

$$f(x) =\begin{cases}4& \text{for}\; x\lt 0\\3-x^2& \text{for}\; 0\lt x \le 2\\ 2x-6& \text{for}\; x \gt 2\end{cases}$$

선 그래프를 작성하기 위해 각 조건에 맞는 x와 y 값을 설정합니다.

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x=np.linspace(0, 2, 50)
y=3-x**2
x1=np.linspace(2, 7, 50)
y1=2*x1-6

x, y 축을 점 (0, 0)을 통과하도록 조정하기 위해 다음 함수를 적용합니다.

• plt.subplots(nrows=1, ncols=1, figsize=())
  • 여러개의 그래프를 그리기 위한 함수
  • 그림들이 배열되는 구조는 nrows(행의 수), ncols(열의 수)로 지정
  • 이 함수는 전체적인 그림을 위한 객체, 그 객체내에 각 그래프의 좌표의 수들을 반환
  • 다음 코드는 1행, 1열로 1개의 그래프를 작성하므로 그림 객체를 나타내는 fig와 그 그래프의 좌표쌍을 나타내는 ax 객체를 반환
  • figsize=(가로, 세로), 그래프의 크기를 나타냄

fig, ax=plt.subplots(figsize=(4, 3))
ax.plot(x, y, color="g", label=r"y=3-$x^2$")
ax.plot(x1, y1, color="brown",  label="y=2x-6")

• .plot(x, y, color, ls, lw, label): x에 대응하는 y에 대한 선그래프를 작성
  • ls: linestyle, 선의 형태를 지정
  • lw: linewidth, 선 너비 지정
  • label: 그림의 범례(legend)를 삽입할 경우 선에 대한 설명 문구, mathjax 스타일로 작성하기 위해서 r" " 형태로 작성

ax.hlines(4, 0, -3, color="orange", label="y=4")
ax.scatter(0, 4, color="orange")
ax.scatter(0, 3, color="white", edgecolors="k")
ax.scatter(2, -1, color="g")
ax.scatter(2, -2, color="white", edgecolors="k")

• .hlines(y, x_start, x_final, color, label): 지정한 y값에 대해 x의 시작점과 마지막 점까지 수평선을 작성
  • color: 선의 색 지정
  • label: 그림의 범례(legend)를 삽입할 경우 선에 대한 설명 문구, mathjax 스타일로 작성하기 위해서 r" " 형태로 작성
• .vlines(x, y_start, y_final, color, label): 지정한 x값에 대해 y의 시작점과 마지막 점까지 수직선을 작성

• .scatter(x, y, s, c, edgecolor, marker, label): x에 대응하는 y에 대한 점그래프를 작성
  • s: 점의 크기를 지정
  • c: 점의 색 지정
  • edgecolor: 점의 테두리 색 지정
  • marker: 점의 형태 지정
  • label: 그림의 범례(legend)를 삽입할 경우 선에 대한 설명 문구, mathjax 스타일로 작성하기 위해서 r" " 형태로 작성

ax.spines['left'].set_position(("data", 0))
ax.spines['bottom'].set_position(("data", 0))
ax.spines['right'].set_visible(False)
ax.spines['top'].set_visible(False)

plt로 작성한 기본 그래프의 축은 사각형 즉, x, y 축 모두 지정된 최저값과 최고값으로 구성된 박스형입니다. 위 코드는 왼쪽과 아래쪽에 있는 축을 지정한 자료들의 값 0을 지나도록 하고 오른쪽과 위쪽에 있는 축을 비활성시킨 것입니다.

ax.set_xlabel("x", loc="right", fontsize="11")
ax.set_ylabel("y", loc="top", fontsize="11")

x 축과 y 축의 이름을 지정한 것입니다. 다음 결과와 같이 y축 이름은 수평으로 작성됩니다. 이를 회전하기 위해 매개변수 rotation="horizontal"를 사용하여 조정할 수 있습니다. 또한각 이름의 위치를 지정하기 위해 매개변수 loc을 사용합니다.

• x 축: loc="left", "center", "right"
• y 축: loc="bottom", "center", "top"

plt.legend(loc="upper center", labelcolor=["g", "brown", "orange"], frameon=False)
plt.show()