编程兴趣班第二课：用Jupyter Notebook制作数学折线图

课程目标

1. 学习启动Jupyter Notebook
2. 理解Python基础变量和列表
3. 使用Matplotlib绘制简单折线图
4. 巩固Linux基本命令

课前准备

首先让我们打开终端，复习几个Linux命令：

# 1. 导航到你的工作目录（比如我之前创建的learn_python文件夹）
cd ~/learn_python

# 2. 启动Jupyter Notebook
jupyter notebook

解释这些命令：

• cd = change directory（改变目录）
• ~ = 代表用户主目录的快捷方式
• jupyter notebook = 启动Jupyter Notebook服务

课程内容

第一部分：创建新Notebook

1. 在浏览器打开的Jupyter界面点击"New" > “Python 3”
2. 重命名Notebook为"math_line_plot"（点击顶部标题处）

第二部分：Python基础 - 变量和列表

在第一个单元格中输入以下代码并运行（Shift+Enter）：

# 定义变量 - 存储数据的容器
x_values = [1, 2, 3, 4, 5]  # x轴数值
y_values = [1, 4, 9, 16, 25]  # y轴数值（x的平方）

# 打印变量查看内容
print("x值:", x_values)
print("y值:", y_values)

概念解释：

• 变量：存储数据的命名容器（如x_values）
• 列表：用方括号[]表示的有序数据集合
• #：注释符号，后面的文字不会被Python执行

第三部分：绘制折线图

在新单元格中输入并运行：

# 导入绘图库 - 这是Python扩展功能的方式
import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['AR PL UKai CN']  # 中文字体
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False

# 创建折线图
plt.plot(x_values, y_values, marker='o')  # marker='o'表示在每个数据点画圆圈

# 添加图表标题和坐标轴标签
plt.title("数字的平方关系")  # 图表标题
plt.xlabel("数字")          # x轴标签
plt.ylabel("平方值")        # y轴标签

# 显示图表
plt.show()

概念解释：

• import：导入Python库（工具箱）
• plt.plot()：绘制折线图的函数
• plt.title()/plt.xlabel()/plt.ylabel()：图表装饰函数
  

如果出现中文无法正常显示，可以查询字体后配置

# 获取所有字体
fonts = fm.fontManager.ttflist

# 筛选中文字体（包含CJK或常见中文字体名称）
chinese_fonts = [f.name for f in fonts if any(keyword in f.name.lower() for keyword in ['cjk', 'chinese', 'hei', 'yuan', 'kai', 'song', 'ming'])]

print("可用的中文字体:", sorted(set(chinese_fonts)))
#输出如：可用的中文字体: ['AR PL UKai CN', 'AR PL UMing CN', 'Noto Sans CJK JP', 'Noto Serif CJK JP']

第四部分：自定义图表

让我们修改数据，制作一个更有趣的图表：

# 新数据：0到10的数字及其立方
x = list(range(11))       # 0到10的数字
y = [num**3 for num in x] # 每个数字的立方

# 绘制带样式的图表
plt.plot(x, y, 
         color='red',     # 线条颜色
         linestyle='--',   # 虚线样式
         marker='s',       # 方形标记
         markersize=8)     # 标记大小

# 添加网格和调整坐标轴
plt.grid(True)
plt.xlim(0, 10)
plt.ylim(0, 1000)

plt.title("数字的立方关系")
plt.xlabel("数字")
plt.ylabel("立方值")
plt.show()

新概念：

• range(11)：生成0到10的数字序列
• 列表推导式[num**3 for num in x]：高效创建列表的方法
• 图表样式参数：color, linestyle, marker等

课后练习

1. 尝试修改数据，绘制1-10的数字及其两倍值的折线图
2. 改变图表颜色为绿色，标记为三角形（参数为’^’）
3. 添加plt.savefig('my_plot.png')在show()前，保存图表到文件

课程总结

今天你学会了：

• 使用Jupyter Notebook的基本流程
• Python变量和列表的基本概念
• 用matplotlib绘制和定制折线图
• 几个实用的Linux命令