Matplotlib 기초 | Python 데이터 시각화 완벽 정리

들어가며

”데이터를 그림으로”

Matplotlib은 데이터 시각화를 위한 Python의 표준 라이브러리입니다.

---

1. Matplotlib 기본

설치

pip install matplotlib

첫 그래프

plt.plot(x, y)는 가로축·세로축 좌표 쌍을 이은 선을 그립니다. 보고서에 넣을 도표의 뼈대는 plot으로 잡고, xlabel·ylabel·title로 읽는 사람이 축 의미를 알 수 있게 적어 줍니다.

import matplotlib.pyplot as plt

# 데이터
x = [1, 2, 3, 4, 5]
y = [2, 4, 6, 8, 10]

# 그래프 그리기
plt.plot(x, y)
plt.xlabel('X축')
plt.ylabel('Y축')
plt.title('선 그래프')
plt.show()

---

2. 선 그래프

기본 선 그래프

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(0, 10, 100)
y1 = np.sin(x)
y2 = np.cos(x)

plt.plot(x, y1, label='sin(x)', color='blue', linestyle='-')
plt.plot(x, y2, label='cos(x)', color='red', linestyle='--')

plt.xlabel('x')
plt.ylabel('y')
plt.title('삼각함수')
plt.legend()
plt.grid(True)
plt.show()

---

3. 막대 그래프

기본 막대 그래프

categories = ['A', 'B', 'C', 'D']
values = [25, 40, 30, 55]

plt.bar(categories, values, color='skyblue')
plt.xlabel('카테고리')
plt.ylabel('값')
plt.title('막대 그래프')
plt.show()

가로 막대 그래프

plt.barh(categories, values, color='lightgreen')
plt.xlabel('값')
plt.ylabel('카테고리')
plt.title('가로 막대 그래프')
plt.show()

---

4. 히스토그램

# 정규 분포 데이터
data = np.random.randn(1000)

plt.hist(data, bins=30, color='purple', alpha=0.7, edgecolor='black')
plt.xlabel('값')
plt.ylabel('빈도')
plt.title('히스토그램')
plt.show()

---

5. 산점도

x = np.random.rand(50)
y = np.random.rand(50)
colors = np.random.rand(50)
sizes = 1000 * np.random.rand(50)

plt.scatter(x, y, c=colors, s=sizes, alpha=0.5, cmap='viridis')
plt.colorbar()
plt.xlabel('X')
plt.ylabel('Y')
plt.title('산점도')
plt.show()

---

6. 여러 서브플롯

fig, axes = plt.subplots(2, 2, figsize=(10, 8))

# 1번 그래프
axes[0, 0].plot([1, 2, 3], [1, 4, 9])
axes[0, 0].set_title('선 그래프')

# 2번 그래프
axes[0, 1].bar(['A', 'B', 'C'], [3, 7, 5])
axes[0, 1].set_title('막대 그래프')

# 3번 그래프
axes[1, 0].hist(np.random.randn(100), bins=20)
axes[1, 0].set_title('히스토그램')

# 4번 그래프
axes[1, 1].scatter(np.random.rand(50), np.random.rand(50))
axes[1, 1].set_title('산점도')

plt.tight_layout()
plt.show()

---

7. 실전 예제

판매 데이터 시각화

import matplotlib.pyplot as plt
import pandas as pd

# 데이터
sales_data = pd.DataFrame({
    'month': ['1월', '2월', '3월', '4월', '5월', '6월'],
    'sales': [150, 180, 165, 220, 250, 240],
    'profit': [30, 45, 35, 60, 75, 70]
})

# 그래프
fig, (ax1, ax2) = plt.subplots(1, 2, figsize=(12, 5))

# 매출 추이
ax1.plot(sales_data['month'], sales_data['sales'], 
         marker='o', linewidth=2, markersize=8)
ax1.set_title('월별 매출 추이', fontsize=14, fontweight='bold')
ax1.set_xlabel('월')
ax1.set_ylabel('매출 (만원)')
ax1.grid(True, alpha=0.3)

# 수익 막대 그래프
ax2.bar(sales_data['month'], sales_data['profit'], 
        color='green', alpha=0.7)
ax2.set_title('월별 수익', fontsize=14, fontweight='bold')
ax2.set_xlabel('월')
ax2.set_ylabel('수익 (만원)')

plt.tight_layout()
plt.savefig('sales_report.png', dpi=300)
plt.show()

---

그래프 스타일·폰트·크기 한 번에 맞추기

Matplotlib은 보고서에 넣을 도표를 그리는 도구입니다. style로 전체 톤을 맞추고, 한글은 OS에 맞는 폰트 이름을 rcParams에 지정해야 깨지지 않습니다. figsize와 색 팔레트를 먼저 정해 두면 여러 축을 그릴 때도 일관된 느낌을 유지하기 쉽습니다.

# 스타일 적용
plt.style.use('seaborn-v0_8')

# 한글 폰트 설정
plt.rcParams['font.family'] = 'Malgun Gothic'
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False

# 그래프 크기
plt.figure(figsize=(10, 6))

# 색상
colors = ['#FF6B6B', '#4ECDC4', '#45B7D1']

---

실전 심화 보강

실전 예제: 회귀선이 있는 산점도 + 잔차 플롯 (완전 실행 예)

아래 스크립트는 numpy로 합성 데이터를 만들고, polyfit으로 1차 회귀선을 그린 뒤 잔차 분포를 함께 봅니다. 보고서용으로 savefig까지 포함했습니다.

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

rng = np.random.default_rng(42)
x = np.linspace(0, 10, 80)
y = 2.5 * x + 1.0 + rng.normal(0, 1.8, size=x.shape)

coef = np.polyfit(x, y, 1)
y_hat = np.poly1d(coef)(x)
residuals = y - y_hat

fig, (ax1, ax2) = plt.subplots(1, 2, figsize=(11, 4), constrained_layout=True)
ax1.scatter(x, y, alpha=0.7, label="관측")
ax1.plot(x, y_hat, color="crimson", linewidth=2, label="1차 회귀")
ax1.set_title("산점도와 회귀선")
ax1.legend()
ax1.grid(True, alpha=0.3)

ax2.hist(residuals, bins=18, color="steelblue", edgecolor="black", alpha=0.85)
ax2.set_title("잔차 분포")
ax2.grid(True, alpha=0.3)

fig.savefig("regression_residuals.png", dpi=200)
plt.show()

자주 하는 실수

• **plt.show() 후 savefig**를 호출해 빈 파일이 저장되는 경우(순서를 바꿔야 함).
• 한글 레이블이 깨져 보고서가 unusable이 되는 경우(운영체제별 폰트 설정 필요).
• 객체지향 API와 pyplot 상태 머신을 섞어 축이 엉뚱한 서브플롯에 그려지는 경우.

주의사항

• 과학 출판물은 벡터 포맷(PDF/SVG)을 선호합니다. 비트맵은 dpi를 명시하세요.
• 색맹 친화 팔레트(colorblind 스타일, tab10 대신 cividis 등)를 검토하세요.

실무에서는 이렇게

• 반복되는 스타일은 matplotlibrc 또는 plt.style.context로 팀 공통화합니다.
• 대시보드가 아니라 리포트 자동화라면 plt.close(fig)로 Figure를 닫아 메모리를 반환합니다.

비교 및 대안

도구	장면
Matplotlib	세밀한 제어, 논문·백엔드 렌더
Seaborn	통계 플롯 빠른 프로토타입
Plotly	인터랙티브 웹

추가 리소스

• Matplotlib 공식 문서
• Matplotlib 샘플 갤러리

---

정리

핵심 요약

1. Matplotlib: Python 시각화 라이브러리
2. pyplot: 간단한 그래프 API
3. 그래프 종류: 선, 막대, 히스토그램, 산점도
4. 서브플롯: 여러 그래프 배치
5. 스타일: 색상, 폰트, 레이아웃

다음 단계

• 데이터 전처리
• 실전 데이터 분석

---

관련 글

• Python 환경 설정 | Windows/Mac에서 Python 설치하고 시작하기