Matplotlibのpyplotでステップ曲線の下の領域を塗りつぶす方法

はじめに

Matplotlibのpyplotを使って、ステップ曲線（階段状の折れ線）の下の領域を塗りつぶす方法を紹介します。ポイントは、fill_between()メソッドのstep引数と、plot()メソッドのdrawstyle引数を組み合わせることです。これにより、塗りつぶし領域と線が同じステップ形状になり、見た目が一致したグラフを作成できます。

手順

• 図のサイズを設定し、サブプロット間および周囲の余白（パディング）を調整します。
• numpyを使ってデータ点 x、y1、y2 を作成します。
• 曲線の下の領域を塗りつぶすために、fill_between()メソッドにxとyを渡し、step="pre" を指定します。
• drawstyle="steps" を指定した plot()メソッドで、(x, y1) と (x, y2) の線を描画します。
• show()メソッドで図を表示します。

step引数について

step引数には "pre"、"post"、"mid" のいずれかを指定できます。"pre" は次のx値まで現在のy値を保持する形状、"post" は前のx値から現在のy値へ変化する形状、"mid" は中間点で変化する形状になります。plot()側のdrawstyleも同じ種類（steps / steps-post / steps-mid）を選ぶことで、線と塗りつぶしの形状を揃えられます。

コード例

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.50, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True

x = np.linspace(-10, 10, 100)
y1 = np.sin(x)
y2 = np.cos(x)

plt.fill_between(x, y1, step="pre", alpha=0.4)
plt.fill_between(x, y2, step="pre", alpha=0.4)

plt.plot(x, y1, drawstyle="steps")
plt.plot(x, y2, drawstyle="steps")

plt.show()

実行結果

このコードを実行すると、sin波とcos波のステップ曲線が半透明（alpha=0.4）で塗りつぶされ、下図のように階段状の領域が視覚的に表現されます。