Python，如何填充不共享横坐标的多条曲线？

Question

我正在尝试填充 4 条曲线的顶部轮廓和底部轮廓之间的区域，最终目的是计算该填充区域的面积。问题是曲线不共享 x 坐标，因此fill_between() 的使用并不简单。

这是一个起点：

import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.metrics import auc
import json
import numpy as np

x1 = [0,   0.1, 0.2, 0.6, 0.7, 0.75, 1]
y1 = [0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 1,   1,    1]

x2 = [0,   0.01, 0.2, 0.4, 0.7, 0.75,  1]
y2 = [0.6, 0.5,  0.8, 0.7, 0.9, 1,     1]

x3 = [0,   0.2, 0.45, 0.5,  0.6, 0.9, 1]
y3 = [0.4, 0.5, 0.55, 0.8, 0.9, 0.9, 1]

plt.xlim([-0.01, 1.01])
plt.ylim([-0.01, 1.01])

auc1 = auc(x1, y1)
plt.plot(x1,y1 ,'r', label='(AUC = %.2f)' % auc1)

auc2 = auc(x2, y2)
plt.plot(x2,y2, 'b', label='(AUC = %.2f)' % auc2)

auc3 = auc(x3, y3)
plt.plot(x3,y3, 'g', label='(AUC = %.2f)' % auc3)

plt.legend(loc='lower right')
plt.show()

这是绘制时的样子：

如果需要，我会使用另一种编程语言。如果确切地知道我想要实现的目标会使问题更容易回答，我可以添加更多细节。

Answer 1

您需要在包含所有数组的所有 x 值的新 x 数组上插入 y 值。为此，您可以使用numpy.interp。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x1 = [0,   0.1, 0.2, 0.6, 0.7, 0.75, 1]
y1 = [0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 1,   1,    1]

x2 = [0,   0.01, 0.2, 0.4, 0.7, 0.75,  1]
y2 = [0.6, 0.5,  0.8, 0.7, 0.9, 1,     1]

x3 = [0,   0.2, 0.45, 0.5,  0.6, 0.9, 1]
y3 = [0.4, 0.5, 0.55, 0.8, 0.9, 0.9, 1]

# create array of all unique x values
x_all = x1 + x2 + x3
x_all = np.unique(np.array(x_all))

# interpolate y values on new xarray
y_all = np.empty((len(x_all), 3))
for i,x,y in zip(range(3), [x1,x2,x3], [y1,y2,y3]):
    y_all[:,i] = np.interp(x_all, x, y)

# find out min and max values    
ymin = y_all.min(axis=1)
ymax = y_all.max(axis=1)


plt.fill_between(x_all, ymin, ymax, alpha=0.6)

plt.plot(x1,y1 ,'r', label='(AUC = %.2f)')
plt.plot(x2,y2, 'b', label='(AUC = %.2f)')
plt.plot(x3,y3, 'g', label='(AUC = %.2f)')
plt.ylim(0,1.1)
plt.legend(loc='lower right')
plt.show()

当然你也可以在更密集的网格上进行插值，

x_all = np.linspace(0,1,101)