for文で作ったグラフに余分な直線が出てきたから消したい。

Question

前提・実現したいこと

Pythonで変数xに合わせてヘルムホルツの自由エネルギーFを求め、温度毎にプロットしようとしています。
Fを求める過程はできたので、それを関数化し、for文で任意範囲でプロットしようとしました。

関数化はできたと思い、手打ちでt=400,500,,,1100を回すと目標のグラフが得られました。
for文で回すと望まないグラフのように0と1を繋ぐ直線が現れました。この直線を除きたいです。

発生している問題・エラーメッセージ

for文を使うと直線が現れてしまう。

該当のソースコード

import math
import matplotlib.pyplot as plt

Ua=3.39416e2    #金属Aの凝集エネルギー
Ub=2.8842e2     #金属Bの凝集エネルギー
N=6.02e23       #アボガドロ定数
z=12            #配位数
k=1.3806e-23    #ボルツマン定数

vaa=6.1e-20     #金属A-A相互作用エネルギー
vbb=6.0e-20     #金属B-B相互作用エネルギー
vab=5.7e-20     #金属A-B相互作用エネルギー
v=vab-((vaa+vbb)/2)

F=0  #自由エネルギーF

x2=[i/100 for i in range(1,100)] #x座標0.01~0.99を0.01刻み


#xli=[]   座標x用のリスト
#free=[]  自由エネルギーF用のリスト



#Fを求める
def free_en(t):
    #U = - Ua*(1-x) -Ub*x - N*z*v*x(1-x)
    #S = -N*k*( (x*ln(x)) + ((1-x)*ln(1-x)) )
    #F = U + S*t
    x=0
    x1=1e-11
    
    #関数の中でxliとfreeを宣言、に変更
    xli=[]  
    free=[]

    #x=0だとlogが使えないからx1でFを求める
    F= -(Ua*(1 - x1)) -(Ub*x1) -(N*z*k*x1*(1-x1)) - N*k*t*(x1*math.log(x1)+(1-x1)*math.log(1-x1))
    free.append(F)
    xli.append(x)
    x+=0.01
    
    for j in range(0,99):#x=0.01~0.99までのときのFを求める
        U= - (Ua*(1 - x2[j])) - (Ub*x2[j]) - (N*z*v*x2[j]*(1-x2[j]))
        S= N*k*((x2[j]*math.log(x2[j]))+(1-x2[j])*math.log(1-x2[j]))
        F= U + S*t
        free.append(F)
        xli.append(x)
        x+=0.01
    
    #x=1だと(1-x)でまたlogに0が入るからx1を使う    
    F= -(Ua*(1 - x1)) -(Ub*x1) -(N*z*k*x1*(1-x1)) - N*k*t*(x1*math.log(x1)+(1-x1)*math.log(1-x1))
    free.append(F)
    xli.append(x)
    
    return xli, free


for l in range(400,1200,100): #400~1100でプロットしたい
    xli, free = free_en(l)
    #plt.plot(xli,free)
    plt.plot(xli,free,label="t={}".format(l))#凡例を加えた
    plt.legend()

試したこと

なにが原因か分からないため試したことがないです。

free_en(400)
plt.plot(xli,free, label="t=400")
plt.legend()
~~↑これを500,600,700,,1100についてやったら目標のグラフができた。~~~~

for l in range(400,1200,100): #400~1100でプロットしたい
xli, free = free_en(l)
plt.plot(xli, free,label="t={}".format(l))
plt.legend()

頂いた回答に凡例を加えた。

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

目標のグラフ
手打ちでtを変えた。

望まないグラフ
0~1を繋ぐ直線が出てきた。これがいらない。
温度毎に色を変えたいし凡例も入れたいけれどまず直線を消したい。

いただいた回答をもとに作成したグラフ。

Answer 1

xli、freeというリストをグローバル変数にして使いまわしているのが、あまりよろしくないです。

その結果、xliとfreeの中にはt=400のグラフの一番最後の点(x=1, F=xx）の次に、t=500のグラフの一番最初の点（x=0, F=xx）が入り、これらが直線でつながってしまっているのだと思います。

free_en()の中でxliとfreeを宣言し、これを返す関数の形にするとうまくいくと思います。

def free_en(t):
    xli=[]#座標x用のリスト
    free=[]#自由エネルギーF用のリスト
    
    ...中略...
    
    free.append(F)
    xli.append(x)
    
    return xli, free

for l in range(400,1200,100): #400~1100でプロットしたい
    xli, free = free_en(l)
    plt.plot(xli,free)

Comments

[nozomukunn]

回答ありがとうございます!
ご指摘の通りでした!