2.4 繪制誤差條圖形

我們從現實世界中收集的數據通常都帶有一定的不確定性：現實世界中沒有任何測量是完全準確的。例如，如果使用卷尺測量距離，我們可以假設結果具有一定的精度，但超出這個精度范圍后，將無法確定測量是否有效。對于這種情況，我們可能確信測量的精度可以達到約1毫米或略小于1/16英寸（當然，這是在假設測量完全準確的前提下）。這些值是常用卷尺上的最小刻度。假設我們已經收集了一組包含10個測量值的數據（以厘米為單位），希望將這些值與我們確信的精度一起繪制出來（高于或低于精確測量值的范圍稱為誤差）。這就是我們在本示例中要解決的問題。

2.4.1 準備工作

和往常一樣，我們以別名plt導入Matplotlib的pyplot接口。我們首先用NumPy數組生成假設的測量數據和精度：

讓我們看看如何使用Matplotlib中的繪圖例程來繪制這些測量值，并使用誤差條表示每個測量值的不確定性。

2.4.2 實現方法

以下步驟演示了如何在圖形上繪制測量值、展現精度信息。

1.首先，我們需要像往常一樣生成一個新的圖形和坐標軸對象：

2.接下來，我們使用坐標軸對象上的errorbar方法來繪制數據及誤差條。精度信息（誤差）作為yerr參數傳遞：

3.和往常一樣，我們應該為坐標軸添加有意義的標簽，并為圖形添加標題：

4.由于Matplotlib默認情況下不會在每個值處生成xlabel刻度，因此我們將x刻度值設置為測量ID，以便把它們都顯示在圖形上：

生成的圖形如圖2.4所示。測量值顯示在x符號標記處，誤差條在該值上下延伸，精度為0.1厘米（1毫米）。

從圖中可以看到，每個標記處都有一個垂直條，指示著我們期望的真實測量值應在的范圍。

2.4.3 原理解析

errorbar方法的工作方式與其他繪圖方法類似。前兩個參數是要繪制點的x和y坐標（注意，這兩個參數必須同時提供，在其他繪圖方法中則不一定是必需的）。yerr參數表示要添加到圖表中的誤差條的大小，并且都應該是正值。傳遞給此參數的值的形式確定了誤差條的性質。在本例中，我們提供了一個扁平的NumPy數組，其中包含10個條目，每個條目對應一個測量值，這導致了每個點上下都有相同大小的誤差條（對應參數中的值）。或者，我們還可以指定一個2×10的數組，其中第一行包含下誤差，第二行包含上誤差。（由于所有的誤差都相同，我們也可以提供一個表示所有測量值公共誤差的浮點數。）

除了數據參數外，還有常見的格式參數，包括fmt格式字符串（在這里，將其用作關鍵字參數，因為我們在它前面命名了yerr參數）。除了其他繪圖方法中常用的線和點的格式之外，還有用于自定義誤差條外觀的特殊參數。在該例中，我們使用了capsize參數在誤差條的兩端添加“帽子”，以便可以輕松識別誤差條的末端（它的默認樣式是簡單的直線）。

2.4.4 更多內容

在這個示例中，我們只在y軸上繪制了誤差，因為x的值只是測量的序號（ID）。如果兩組值都有不確定性，你還可以使用xerr參數指定x軸上的誤差值，此參數的使用方式與之前使用的yerr參數相同。

如果要繪制大量遵循某種趨勢的數據點，你可能希望有選擇地繪制誤差條。為此，你可以使用errorevery關鍵字參數來指示Matplotlib僅在每隔n個數據點處添加誤差條，而不是在所有數據點處添加。這個參數可以是一個正整數，表示用于選擇有誤差點的“步長”，或者是包含從第一個值開始的偏移量和步長的元組。例如，errorevery=（2, 5）會從第二個數據開始，每五個數據點處顯示一個誤差條。

你還可以用相同的方式向條形圖添加誤差條（除此之外，xerr和yerr參數僅為關鍵字）。我們可以使用以下命令將該示例的數據繪制為條形圖：

如果在例子中使用這兩行代碼，而不是調用errorbar，那么我們將得到一個條形圖，如圖2.5所示。

與之前一樣，誤差條兩端有指示標記，表示我們期望的y軸上真實測量值所在的范圍。