Matplotlib设置alpha<1时如何防止网格线穿透填充图形显示

通常使用ax.set_axisbelow(True) 或 plt.rc('axes', axisbelow=True) 可以将网格线调整到填充区域图层下方，但当填充元素设置alpha<1时，网格线仍会透显到图层前方。
这是因为上述方法仅调整了图层的z轴排序，matplotlib默认渲染逻辑下，若上层填充元素（直方图填充、fill_between生成的填充区域等）设置了全局alpha<1参数，渲染时会对该元素和其下方所有可见元素（包括网格线）做alpha混合，最终导致网格线透过半透明区域显示，该现象和zorder顺序无关。

问题复现效果如下：

复现代码：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

np.random.seed(2022)
x1 = np.random.normal(0, 0.8, 1000)
x2 = np.random.normal(-2, 1, 1000)
x3 = np.random.normal(3, 2, 1000)

kwargs = dict(histtype='stepfilled', alpha=.3, density=True, bins=40)
fig, ax = plt.subplots(figsize=(9, 6))

ax.hist(x1, **kwargs)
ax.hist(x2, **kwargs)
ax.hist(x3, **kwargs)

ax.set_axisbelow(True)

ax.yaxis.grid(color='gray', linestyle='dashed')
ax.xaxis.grid(color='gray', linestyle='dashed')

以下两种方案均兼容hist、fill_between等所有生成填充区域的接口，可彻底解决网格透显问题。

方案1：将透明度写入颜色RGBA通道（最简单，适配绝大多数场景） #

不要通过alpha参数单独设置填充透明度，而是将透明度值直接写入填充颜色的RGBA通道中，即可避免网格线透显，同时保留填充区域的半透明效果。
实现代码：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.colors import to_rgba

np.random.seed(2022)
x1 = np.random.normal(0, 0.8, 1000)
x2 = np.random.normal(-2, 1, 1000)
x3 = np.random.normal(3, 2, 1000)

# 直接定义带透明度的RGBA填充色，透明度设为0.3
color1 = to_rgba('#1f77b4', 0.3)
color2 = to_rgba('#ff7f0e', 0.3)
color3 = to_rgba('#2ca02c', 0.3)

kwargs = dict(histtype='stepfilled', density=True, bins=40)
fig, ax = plt.subplots(figsize=(9, 6))

ax.hist(x1, color=color1, **kwargs)
ax.hist(x2, color=color2, **kwargs)
ax.hist(x3, color=color3, **kwargs)

ax.set_axisbelow(True)
ax.yaxis.grid(color='gray', linestyle='dashed')
ax.xaxis.grid(color='gray', linestyle='dashed')

plt.show()

该方案的渲染逻辑是：填充元素本身为不透明渲染，仅颜色值预乘了透明度，渲染时不会将下方网格线纳入混合计算，网格会被完全遮挡在填充层下方。

方案2：保留多填充块之间的半透明叠加效果 #

如果需要多个重叠填充块之间保留半透明叠色效果，同时不让网格透出，可以先绘制网格，再统一调整所有填充元素的透明度和层级：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

np.random.seed(2022)
x1 = np.random.normal(0, 0.8, 1000)
x2 = np.random.normal(-2, 1, 1000)
x3 = np.random.normal(3, 2, 1000)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(9, 6))
# 先绘制最底层网格
ax.set_axisbelow(True)
ax.yaxis.grid(color='gray', linestyle='dashed')
ax.xaxis.grid(color='gray', linestyle='dashed')

# 绘制填充元素时不设置alpha参数
kwargs = dict(histtype='stepfilled', density=True, bins=40)
ax.hist(x1, **kwargs)
ax.hist(x2, **kwargs)
ax.hist(x3, **kwargs)

# 统一设置所有填充块透明度，调整层级高于网格
ax.grid(zorder=0)
for patch in ax.patches:
    patch.set_alpha(0.3)
    patch.set_zorder(1)

plt.show()

如果是fill_between生成的填充区域，只需要将遍历对象从ax.patches替换为ax.collections即可，逻辑完全一致。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者mss