【Python】Matplotlibで軸の目盛りを円周率（π）の倍数で表示する方法

PythonのMatplotlibでグラフを描く際、軸の目盛りをπ（円周率）の倍数で表示したいケースはよくあります。特に三角関数のグラフでは、「−π/2」「π」「3π/2」のような目盛りラベルにすることで、グラフが格段に読みやすくなります。

ここでは、numpyとMatplotlibを使って、X軸の目盛りをπの倍数として設定する手順を解説します。

設定手順

1. pi変数を初期化し、numpyを使ってthetaおよびyのデータ点を作成します。
2. plot()メソッドでthetaとyをプロットします。
3. xticks()メソッドで、X軸の目盛りの位置とラベルを取得・設定します。
4. margins()メソッドで、自動スケーリング時の余白（マージン）を設定します。
5. show()メソッドで図を表示します。

コード例

import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt

plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.00, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True

pi = np.pi
theta = np.arange(-2 * pi, 2 * pi + pi / 2, step=(pi / 2))
y = np.sin(theta)

plt.plot(theta, y)
plt.xticks(theta, ['-2π', '-3π/2', '-π', '-π/2', '0', 'π/2', 'π', '3π/2', '2π'])
plt.margins(x=0)
plt.show()

実行結果

上記のコードを実行すると、X軸の目盛りが「−2π」から「2π」までπ/2刻みで表示された正弦波（サイン波）のグラフが出力されます。

補足：matplotlib.tickerを使ったより柔軟な方法

xticks()は手軽ですが、データ範囲が変わるたびにラベルを手動で指定する必要があります。より汎用的に扱いたい場合は、matplotlib.tickerモジュールのMultipleLocatorとFuncFormatterを組み合わせるのがおすすめです。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.ticker import MultipleLocator, FuncFormatter

def pi_formatter(x, pos):
    n = int(round(x / np.pi))
    if n == 0:
        return '0'
    elif n == 1:
        return 'π'
    elif n == -1:
        return '-π'
    return f'{n}π'

fig, ax = plt.subplots(figsize=(7.00, 3.50))
theta = np.linspace(-2 * np.pi, 2 * np.pi, 400)
ax.plot(theta, np.sin(theta))
ax.xaxis.set_major_locator(MultipleLocator(np.pi / 2))
ax.xaxis.set_major_formatter(FuncFormatter(pi_formatter))
plt.show()

この方法なら、目盛りの間隔はMultipleLocatorで、ラベルの書式はFuncFormatterで独立して制御できるため、データの範囲が変わっても自動的に対応できます。