Matplotlibの等高線図#

公開日

Matplotlibで等高線図を出力するには、ax.contour(線のみ)またはax.contourf(塗り潰し)を使用します。

どちらの手法でも、最初の引数に2次元配列を与えます。このページでは前者のax.contourを例としてオプションの指定方法を書いていますが、ax.contourfも同様に指定できます。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

C = np.arange(50).reshape(5, 10)

fig, ax = plt.subplots()
ax.contour(C) # 線のみ
plt.show()

fig, ax = plt.subplots()
ax.contourf(C) # 塗り潰し
plt.show()
../_images/7b7ec5acf68c5ff1ae816220c39c4f1bd55b750faa37f746327629f786050d32.png ../_images/a90290f8f022d716b4f90390fc832c8c543c586e9617b19c4937c6327c20c3fc.png

上の等高線図では、値が小さい箇所は紫色、値が大きい箇所は緑色・黄色になります。 ここで、Cは以下のような5行10列の2次元配列です。等高線図の横軸は0から9, 縦軸は0から4の範囲で出力されています。

C
array([[ 0,  1,  2,  3,  4,  5,  6,  7,  8,  9],
       [10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19],
       [20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29],
       [30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39],
       [40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49]])

目盛りの指定#

等高線図の横幅と縦軸の目盛りを指定する場合、以下のようにax.pcolorの1, 2番目の引数に配列として与えます。

X = np.arange(5,15) # 横幅の目盛り
Y = np.arange(5,10) # 縦幅の目盛り

fig, ax = plt.subplots()
ax.contour(X, Y, C)
plt.show()
../_images/975076ef595155e63c819539000dd4508d6717e7e508f580187cfb239c308461.png

カラーマップの指定#

cmapオプションでカラーマップを指定します。

fig, ax = plt.subplots()
ax.contour(C, cmap="Reds")
plt.show()
../_images/266cd7453c233790c36b1f913892b7110e72f2df2ce53312cfe4ae3379e642fb.png

指定可能なカラーマップについては、以下のページも参照下さい。

Matplotlibのカラーマップ

カラーバーを表示する場合、plt.colorbarを使用します。ax.pcolorの戻り値はPolyCollectionというクラスのオブジェクトです。これをplt.colorbarの最初の引数とします。また、axオプションにカラーバーを表示するグラフ(ここではax)を指定します。

fig, ax = plt.subplots()
mappable = ax.contour(C)
plt.colorbar(mappable, ax=ax)
plt.show()
../_images/5b80f498e32e26764242f60ff4e53d7917f9b2581b0a1f21949a9287343d6b14.png

表示するカラーマップの範囲を固定したい場合、最小値と最大値をそれぞれvmin, vmaxで指定します。

カラーバーにラベルを付ける場合、plt.colorbarの戻り値を取得(以下ではcbarとしています)し、この戻り値のset_labelメソッドを使用します。

fig, ax = plt.subplots()
mappable = ax.contour(C, vmin=10, vmax=40)
cbar = plt.colorbar(mappable, ax=ax)
cbar.set_label('Value')
plt.show()
../_images/665c46211e2ca0ea71d6681f6fed4a4aff1515daa5585a1a17197a12545d5bea.png

等高線の間隔#

等高線の間隔を指定する場合、表示する等高線の値を配列として、levelsオプションに与えます。また、levelsオプションにint型の数値を与えた場合、等高線の本数になります(間隔は自動的に決まります)。

fig, ax = plt.subplots()
mappable = ax.contour(C, levels=[0, 10, 20, 30, 40, 50])
plt.colorbar(mappable, ax=ax)
plt.show()
../_images/5c2684d3943dc3725d78a00141be335ae32b7a90a2c0989707af32eed67fc326.png
fig, ax = plt.subplots()
mappable = ax.contour(C, levels=6)
plt.colorbar(mappable, ax=ax)
plt.show()
../_images/5b80f498e32e26764242f60ff4e53d7917f9b2581b0a1f21949a9287343d6b14.png

等高線のラベル#

等高線の値をラベルとして表示するには、ax.contour()の戻り値であるContourSetクラスのオブジェクトを取得し、ax.clabel()に渡します。

fig, ax = plt.subplots()
cs = ax.contour(C) # cs: ContourSetクラスのオブジェクト
ax.clabel(cs)
plt.show()
../_images/6c5df9155a2f198de85c3183049e9f60f960a8d7e3d69c25b6840663f6dfc2e2.png

ax.clabelの主なオプションを以下の表に示します。

オプション

説明

fontsize

フォントのサイズ

colors

ラベルの色

inline

Trueの場合はラベルと重なる等高線が消える(デフォルト:True

inline_spacing

inline=Trueのときに、削除する等高線のピクセル数を指定(デフォルトは5

fmt

ラベルのフォーマットを指定(例:'%1.3f'

ラベルのフォントサイズはfontsize, 色はcolorsオプションでそれぞれ指定できます。

fig, ax = plt.subplots()
cs = ax.contour(C)
ax.clabel(cs, fontsize=15, colors="black")
plt.show()
../_images/1b2497aae34f91fef6cf1a696f042da698707edf94e52aa9c4fa14b9c477b6ac.png

また、inline=False(文字列を等高線を重ねる)、 fmt='%.2f'(小数点以下2桁)とした例を以下に示します。

fig, ax = plt.subplots()
cs = ax.contour(C) # cs: ContourSetクラスのオブジェクト
ax.clabel(cs, inline=False, fmt='%.2f')
plt.show()
../_images/7885b4ad2494b12d34b80932ebf95de93ea8b64fa8119f03e0b5a1e36dcc6dc1.png

等高線の色の上下限#

等高線の色の上限値と下限値は、それぞれvmax, vminで指定します。vmax以上の値とvmin以下の値の色は、カラーマップの両端の色と同じになります。以下は0から49までの値をとる配列Cに対して、vmax=40, vmin=10とした例です。10から40までの値の変化が分かりやすくなります。

fig, ax = plt.subplots()
mappable = ax.contour(C, vmax=40, vmin=10, levels=[0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50])
plt.colorbar(mappable, ax=ax)
plt.show()
../_images/99a4eefc9fe22fee1087397c01d0eba3f0446413f23969c31d3f16c1dff6a466.png

また、以下の例はvmax=70, vmin=-20とした例です。こちらでは、値の変化が分かりづらくなります(値の変化が小さいことを示せます)。

fig, ax = plt.subplots()
mappable = ax.contour(C, vmax=70, vmin=-20, levels=[-20, -10, 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70])
plt.colorbar(mappable, ax=ax)
plt.show()
../_images/576c798a5771760f9e7205ce5acce7b2c1e94c426e7b3583eaa88e86e68c41ba.png

線の太さの変更#

linewidthsオプションで線の太さを指定できます。

fig, ax = plt.subplots()
ax.contour(C, linewidths=8)
plt.show()
../_images/87315d4ed8cd32fcb777fbb4c09a388eba411131424cc6653debfef8d852a21a.png

透明度の指定#

等高線図の塗り潰し(ax.contourf)で透明度を指定するには、alphaオプションを使用します。0から1の範囲の値を取り、値が小さいほど透明になります(デフォルトは1)。

fig, ax = plt.subplots()
ax.contourf(C, alpha=1) # デフォルト
plt.show()

fig, ax = plt.subplots()
ax.contourf(C, alpha=0.5)
plt.show()
../_images/a90290f8f022d716b4f90390fc832c8c543c586e9617b19c4937c6327c20c3fc.png ../_images/8eecf5d96a46c397b65d465b35943941ec92cb16159b30a8b959fbfd2d130a66.png