Abschnitt 2
Vorbereitung: Python und Matplotlib
Da wir im Folgenden Daten mit dem Computer auswerten und
visualisieren wollen, ist Python ein unverzichtbares Werkzeug. Wir
nutzen Python und die Bibliothek matplotlib, um Daten
zu berechnen und zu visualisieren. Hier ist eine kurze
Wiederholung der wichtigsten Konzepte aus dem Informatikunterricht.
Anders als im gedruckten Skript
Alle Code-Beispiele auf dieser Seite stehen in einer Werkbank: Sie lassen sich frei verändern und mit Ausführen starten. Erzeugt der Code einen Plot, erscheint er unter der Konsolenausgabe.
Daten visualisieren mit Matplotlib
Die Bibliothek matplotlib.pyplot (meistens als
plt importiert) ist der Standard für wissenschaftliche
Diagramme in Python. Ein typischer Plot besteht aus drei
Schritten: Daten bereitstellen, Plot-Befehl ausführen, Anzeigen.
Liniendiagramme
In einem Liniendiagramm werden Punkte miteinander verbunden. Wir
müssen dazu einfach eine Liste von x-Koordinaten (x)
und eine Liste von y-Koordinaten (y) angeben. Die
entsprechenden Punkte werden dann in dieser Reihenfolge
miteinander verbunden. Geben wir keine Liste von x-Koordinaten an,
so wird dafür einfach [0, 1, 2, …] verwendet.
Beispiel. Grundgerüst eines Linien-Plots
Streudiagramme (Scatter Plots)
Manchmal wollen wir Punkte nur als Einzelwerte darstellen, ohne
sie mit einer Linie zu verbinden (z. B. wenn es keinen
sinnvollen zeitlichen Zusammenhang gibt, wie es bei Messdaten oft
der Fall ist). Dafür nutzen wir den Befehl plt.scatter.
Dieser funktioniert genau analog zu plt.plot, nur
werden da die Punkte nicht miteinander verbunden.
Beispiel. Erstellen eines Streudiagramms
In der offiziellen Dokumentation finden Sie zahlreiche nützliche Beispiele zur umfangreichen Bibliothek.
Übung
Schreiben Sie mit Hilfe der Bibliothek Matplotlib in Python ein Programm, das die folgende Grafik erzeugt.
Lösungsvorschlag
Lösungsvorschlag (matplotlib-example.py)