Pythonのグラフの塗りつぶしについて

2025年6月5日

Pythonでグラフを「塗りつぶす」には、主に Matplotlib を使います。

ここではグラフの塗りつぶし方法について、基本から応用まで体系的に解説します。

基本的な塗りつぶし：`fill_between()`

使いどころ

fill_between() は、2本の線に挟まれた領域を塗りつぶすのに使います。

たとえば「折れ線グラフとx軸の間の領域」など。

使い方の基本構文

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x = np.linspace(0, 10, 100)
y = np.sin(x)

plt.plot(x, y, label='sin(x)')
plt.fill_between(x, y, color='skyblue', alpha=0.4)
plt.legend()
plt.show()

引数の解説

x: 横軸データ
y1: 下側の境界線（通常は曲線）
y2: 上側の境界線（省略可、デフォルトは0）
color: 塗りつぶし色
alpha: 透明度（0.0～1.0）

複数の線の間を塗る

y2 = np.cos(x)

plt.plot(x, y, label='sin(x)')
plt.plot(x, y2, label='cos(x)')
plt.fill_between(x, y, y2, where=(y > y2), color='red', alpha=0.3, label='sin > cos')
plt.fill_between(x, y, y2, where=(y < y2), color='blue', alpha=0.3, label='sin < cos')
plt.legend()
plt.show()

`where` の使い方

条件に合う場所だけを塗り分けるのがポイント。
条件を numpy の配列で指定。

グラフの上下を領域ごとに塗る（例：信頼区間）

mean = np.sin(x)
std = 0.2

plt.plot(x, mean, label='mean')
plt.fill_between(x, mean - std, mean + std, color='gray', alpha=0.2, label='±1σ')
plt.legend()
plt.show()

このように、平均 ± 標準偏差の範囲をビジュアル化できます。

条件に応じた色分け（マスク付きの塗りつぶし）

mask = y > 0
plt.plot(x, y, label='sin(x)')
plt.fill_between(x, y, where=mask, color='green', alpha=0.4, label='y > 0')
plt.fill_between(x, y, where=~mask, color='red', alpha=0.4, label='y < 0')
plt.legend()
plt.show()

これは「条件付きで色を変えて塗る」実践的なテクニックです。

極座標グラフで塗りつぶす

theta = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)
r = np.abs(np.sin(5 * theta))

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, polar=True)
ax.plot(theta, r)
ax.fill(theta, r, color='purple', alpha=0.5)
plt.show()

ax.fill() を使えば、極座標でも綺麗に塗りつぶせます。

`fill()` で多角形を塗りつぶす

x = [1, 2, 3, 2]
y = [1, 3, 1, -1]

plt.fill(x, y, color='orange', alpha=0.6)
plt.grid()
plt.show()

fill() は、任意の形状（ポリゴン）を作って塗るのに使います。

棒グラフやエリアチャート風の表現にも使えます。

カラーマップ（色のグラデーション）との組み合わせ

import matplotlib.cm as cm

y = np.sin(x)
colors = cm.viridis((y - y.min()) / (y.max() - y.min()))

for i in range(len(x) - 1):
    plt.fill_between(x[i:i+2], y[i:i+2], color=colors[i], alpha=0.8)

plt.plot(x, y, color='black')
plt.show()

このように colormap を使って色にグラデーションをつけると、よりインパクトのあるビジュアライゼーションができます。

Seabornとの違い

Seaborn でも fill_between に類似のことができますが、基本的には内部で matplotlib を使っています。

Seabornは抽象化されていて、sns.lineplot() や sns.tsplot() が CI（信頼区間） を自動で塗る程度です。

まとめ

メソッド	目的	備考
`fill_between()`	線と線の間を塗る	グラフのエリアを明示
`fill()`	任意の形状を塗る	多角形や図形を描画
`ax.fill()` (極座標)	極座標での塗り	`polar=True`
`alpha`	透明度調整	視認性を向上
`where`	条件付き塗り分け	状態変化を強調
`color` / `cmap`	色やグラデ	意味付けしやすい