如何用Gridspec创建特定布局的3×3子图：等高线与堆叠折线图

需求对应实现代码 #

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.gridspec import GridSpec

# 生成等高线数据
x_contour = np.linspace(-5, 5, 100)
y_contour = np.linspace(-5, 5, 100)
X, Y = np.meshgrid(x_contour, y_contour)
Z1 = np.exp(-(X ** 2 + Y ** 2) / 10)
Z2 = np.exp(-((X - 1) ** 2 + (Y - 1) ** 2) / 10)
Z3 = Z1 + Z2

# 创建整体布局：3行，前两列是普通子图，第三列每行拆分为2个子图
fig = plt.figure(figsize=(12, 9))
gs = GridSpec(3, 3, figure=fig)

# 第一列等高线图
ax1_1 = fig.add_subplot(gs[0, 0])
ax2_1 = fig.add_subplot(gs[1, 0])
ax3_1 = fig.add_subplot(gs[2, 0])

# 第二列等高线图
ax1_2 = fig.add_subplot(gs[0, 1])
ax2_2 = fig.add_subplot(gs[1, 1])
ax3_2 = fig.add_subplot(gs[2, 1])

# 第三列每行的两个堆叠折线图
ax1_3_top = fig.add_subplot(gs[0, 2])
ax1_3_bottom = fig.add_subplot(gs[0, 2], sharex=ax1_3_top)
ax2_3_top = fig.add_subplot(gs[1, 2])
ax2_3_bottom = fig.add_subplot(gs[1, 2], sharex=ax2_3_top)
ax3_3_top = fig.add_subplot(gs[2, 2])
ax3_3_bottom = fig.add_subplot(gs[2, 2], sharex=ax3_3_top)

# ---------------------- 绘制等高线并统一刻度 ----------------------
# 提取统一的等高线层级，确保所有等高线图刻度一致
contour_levels = np.linspace(0, 1.2, 15)

# 第一列
c1 = ax1_1.contourf(X, Y, Z1, levels=contour_levels)
ax2_1.contourf(X, Y, Z2, levels=contour_levels)
ax3_1.contourf(X, Y, Z3, levels=contour_levels)

# 第二列
ax1_2.contourf(X, Y, Z1, levels=contour_levels)
ax2_2.contourf(X, Y, Z2, levels=contour_levels)
ax3_2.contourf(X, Y, Z3, levels=contour_levels)

# 统一等高线图的坐标轴范围
for ax in [ax1_1, ax2_1, ax3_1, ax1_2, ax2_2, ax3_2]:
    ax.set_xlim(-5, 5)
    ax.set_ylim(-5, 5)

# 添加共享的颜色条
fig.colorbar(c1, ax=[ax1_1, ax2_1, ax3_1, ax1_2, ax2_2, ax3_2], shrink=0.8)

# ---------------------- 绘制折线图并统一刻度 ----------------------
# 生成折线数据
x_line = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)
y_data = [np.sin(x_line), np.cos(x_line), np.tan(x_line),
          np.exp(-x_line), np.sqrt(x_line), x_line**2]

# 定义折线图统一的坐标轴范围
x_line_lim = (0, 2 * np.pi)
y_line_lims = [(-1.2, 1.2), (-1.2, 1.2), (-10, 10),
               (0, 1.2), (0, 2.5), (0, 40)]

# 绘制第三列每行的两个折线图
# 第一行
ax1_3_top.plot(x_line, y_data[0])
ax1_3_bottom.plot(x_line, y_data[3])
# 第二行
ax2_3_top.plot(x_line, y_data[1])
ax2_3_bottom.plot(x_line, y_data[4])
# 第三行
ax3_3_top.plot(x_line, y_data[2])
ax3_3_bottom.plot(x_line, y_data[5])

# 统一折线图的刻度
for idx, (ax_top, ax_bottom) in enumerate([(ax1_3_top, ax1_3_bottom),
                                           (ax2_3_top, ax2_3_bottom),
                                           (ax3_3_top, ax3_3_bottom)]):
    ax_top.set_ylim(y_line_lims[idx])
    ax_bottom.set_ylim(y_line_lims[idx+3])
    ax_top.set_xlim(x_line_lim)
    # 隐藏上子图的x轴刻度，避免重叠
    ax_top.tick_params(axis='x', labelbottom=False)

# ---------------------- 设置标题与布局调整 ----------------------
ax1_1.set_title('等高线图1')
ax1_2.set_title('等高线图2')
ax1_3_top.set_title('折线图组1')
ax2_3_top.set_title('折线图组2')
ax3_3_top.set_title('折线图组3')

# 调整子图间距
plt.subplots_adjust(hspace=0.4, wspace=0.3)

plt.show()

关键实现说明 #

• 第三列堆叠布局：使用GridSpec定义3×3全局网格，第三列的每个单元格内嵌套两个子图，通过sharex共享x轴，避免重复刻度干扰视觉。
• 等高线统一刻度：提前定义全局等高线层级contour_levels，所有等高线图复用该层级，并添加共享颜色条，确保所有等高线图的数值刻度完全一致。
• 折线图统一刻度：为每组折线图设置统一的x/y轴范围，同时隐藏上子图的x轴标签，避免上下子图刻度重叠，保证布局整洁。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Rocc