如何用Pandas/Matplotlib实现月度网格且始于01_01的湖水位折线图

问题背景 #

我希望使用Pandas/Matplotlib复刻某折线图，该图展示了某湖泊水位的长期最大值、最小值及平均值，所有数据点基于月日（MM_dd）信息。

现有数据 #

拥有DataFrame df_lt_1981，包含以下字段：

• mm_dd：存储月日信息（例如'02-03'代表2月3日）
• month：存储月份信息（例如'01'代表1月）
• value_min：存储当日的长期最小值（例如241）
• value_mean：存储当日的长期平均值（例如296.658537）
• value_max：存储当日的长期最大值（例如360）

现有代码 #

import matplotlib.pyplot as plt

# Set the figure size
plt.figure(figsize=(10, 6))

# Plot
df_lt_1981.plot(x='month', kind='line')

# add grid
plt.grid()

# Set axis limits
plt.ylim(0, 800)

# Set labels and title
plt.xlabel('month')
plt.ylabel('Values')
plt.title('Comparing min, mean, and max based on data starting in 1981')

# Add legend
plt.legend()

# Show the plot
plt.show()

待解决问题 #

生成的图表已接近目标，但仍需解决两个问题：

1. 设置按月划分的网格
2. 让图表从01-01开始，而非更早的日期

解决方案 #

1. 确保图表从01-01开始 #

先对DataFrame按mm_dd排序，再筛选出从'01-01'开始的记录：

import pandas as pd

# 按mm_dd字段从小到大排序
df_lt_1981 = df_lt_1981.sort_values('mm_dd')
# 筛选仅保留01-01及之后的记录
df_filtered = df_lt_1981[df_lt_1981['mm_dd'] >= '01-01']

2. 设置按月划分的网格 #

将mm_dd转换为datetime类型，让Matplotlib自动识别月份刻度，进而实现按月网格：

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.dates as mdates

# 将mm_dd转为datetime格式（用任意不影响月日的年份，这里选2020）
df_filtered['date'] = pd.to_datetime('2020-' + df_filtered['mm_dd'])

# 创建画布
plt.figure(figsize=(10, 6))

# 分别绘制三条折线
plt.plot(df_filtered['date'], df_filtered['value_min'], label='长期最小值')
plt.plot(df_filtered['date'], df_filtered['value_mean'], label='长期平均值')
plt.plot(df_filtered['date'], df_filtered['value_max'], label='长期最大值')

# 设置x轴主刻度为每月，显示月份缩写（如Jan、Feb）
ax = plt.gca()
ax.xaxis.set_major_locator(mdates.MonthLocator())
ax.xaxis.set_major_formatter(mdates.DateFormatter('%b'))

# 设置按月划分的网格（x轴主网格对应月份刻度）
plt.grid(axis='x', which='major', linestyle='-', linewidth=0.7)
plt.grid(axis='y', linestyle='--', linewidth=0.5)

# 设置轴标签与标题
plt.xlabel('日期')
plt.ylabel('水位值')
plt.title('1981年起湖泊水位长期极值与均值对比')

# 添加图例
plt.legend()

# 设置y轴范围
plt.ylim(0, 800)

# 展示图表
plt.show()

关键说明 #

• 转换为datetime类型后，Matplotlib能精准识别月份间隔，无需手动计算刻度位置，大幅简化网格设置。
• 排序+筛选操作确保图表从'01-01'开始，避免出现跨年的早于1月1日的记录。
• 若不想新增date列，也可通过mm_dd的索引位置手动设置刻度，但datetime方法更直观可靠。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者David