如何为Matplotlib堆叠柱状图添加年份Y轴并修正分数轴范围

核心步骤 #

• 数据归一化：将每个时间区间内的各状态数值除以该区间的总和，让堆叠后柱子总高度为1，对应Y轴0-1范围，消除原0-8范围的误解。
• 双Y轴实现：用matplotlib的twinx()方法创建共享X轴的第二个Y轴，用于绑定年份标签。

完整代码示例 #

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 模拟数据：2个系统参数b，每个b对应8个时间区间×5种状态的数值
np.random.seed(42)
data_b1 = np.random.randint(1, 3, size=(8, 5))
data_b2 = np.random.randint(1, 3, size=(8, 5))

# 归一化处理：每个时间区间内的状态值除以该区间总和，确保堆叠后总高度为1
norm_b1 = data_b1 / data_b1.sum(axis=1, keepdims=True)
norm_b2 = data_b2 / data_b2.sum(axis=1, keepdims=True)

# 时间区间与对应年份
time_intervals = np.arange(8)
years = [2015, 2016, 2017, 2018, 2019, 2020, 2021, 2022]

# 柱子宽度与X轴位置设置
bar_width = 0.35
x_b1 = time_intervals
x_b2 = time_intervals + bar_width

# 创建主坐标轴
fig, ax1 = plt.subplots(figsize=(10, 6))

# 绘制参数b1的堆叠柱状图
bottom = np.zeros(8)
colors = ['#1f77b4', '#ff7f0e', '#2ca02c', '#d62728', '#9467bd']
for state_idx in range(5):
    ax1.bar(x_b1, norm_b1[:, state_idx], bar_width, bottom=bottom, 
            label=f'状态{state_idx+1}', color=colors[state_idx])
    bottom += norm_b1[:, state_idx]

# 绘制参数b2的堆叠柱状图（半透明区分）
bottom = np.zeros(8)
for state_idx in range(5):
    ax1.bar(x_b2, norm_b2[:, state_idx], bar_width, bottom=bottom, 
            color=colors[state_idx], alpha=0.7)
    bottom += norm_b2[:, state_idx]

# 配置主Y轴（比例轴）
ax1.set_ylabel('状态分布比例')
ax1.set_ylim(0, 1)
ax1.set_xlabel('时间区间')
ax1.set_xticks(time_intervals + bar_width/2)
ax1.set_xticklabels([f'区间{t+1}' for t in time_intervals])
ax1.legend(title='系统状态', bbox_to_anchor=(1.05, 1), loc='upper left')

# 创建副Y轴（年份标注）
ax2 = ax1.twinx()
ax2.set_ylabel('对应年份')
# 让副Y轴刻度与时间区间对齐
ax2.set_yticks(time_intervals + bar_width/2)
ax2.set_yticklabels(years)
# 同步副Y轴范围与主Y轴，保证刻度位置匹配
ax2.set_ylim(ax1.get_ylim())

plt.title('不同参数b下各时间区间系统状态分布')
plt.tight_layout()
plt.show()

关键说明 #

1. 归一化逻辑：sum(axis=1, keepdims=True)保证按行（时间区间）计算总和，广播除法让每个状态值转化为占比。
2. 双Y轴绑定：twinx()生成的副轴与主轴共享X轴，通过设置yticks和yticklabels将年份与时间区间一一对应。
3. 视觉区分：用半透明效果区分不同参数b的柱子，避免重叠混淆。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者madhafakha