La forma normal de trazar trazados con puntos en diferentes colores en matplotlib es pasar una lista de colores como parámetro.
P.ej:
import matplotlib.pyplot
matplotlib.pyplot.scatter([1,2,3],[4,5,6],color=['red','green','blue'])
Cuando tienes una lista de listas y quieres que estén coloreadas por lista. Creo que la forma más elegante es la sugerida por @DSM, solo haz un bucle haciendo múltiples llamadas para dispersar.
Pero si por alguna razón desea hacerlo con solo una llamada, puede hacer una gran lista de colores, con una comprensión de la lista y un poco de división del piso:
import matplotlib
import numpy as np
X = [1,2,3,4]
Ys = np.array([[4,8,12,16],
[1,4,9,16],
[17, 10, 13, 18],
[9, 10, 18, 11],
[4, 15, 17, 6],
[7, 10, 8, 7],
[9, 0, 10, 11],
[14, 1, 15, 5],
[8, 15, 9, 14],
[20, 7, 1, 5]])
nCols = len(X)
nRows = Ys.shape[0]
colors = matplotlib.cm.rainbow(np.linspace(0, 1, len(Ys)))
cs = [colors[i//len(X)] for i in range(len(Ys)*len(X))] #could be done with numpy's repmat
Xs=X*nRows #use list multiplication for repetition
matplotlib.pyplot.scatter(Xs,Ys.flatten(),color=cs)
cs = [array([ 0.5, 0. , 1. , 1. ]),
array([ 0.5, 0. , 1. , 1. ]),
array([ 0.5, 0. , 1. , 1. ]),
array([ 0.5, 0. , 1. , 1. ]),
array([ 0.28039216, 0.33815827, 0.98516223, 1. ]),
array([ 0.28039216, 0.33815827, 0.98516223, 1. ]),
array([ 0.28039216, 0.33815827, 0.98516223, 1. ]),
array([ 0.28039216, 0.33815827, 0.98516223, 1. ]),
...
array([ 1.00000000e+00, 1.22464680e-16, 6.12323400e-17,
1.00000000e+00]),
array([ 1.00000000e+00, 1.22464680e-16, 6.12323400e-17,
1.00000000e+00]),
array([ 1.00000000e+00, 1.22464680e-16, 6.12323400e-17,
1.00000000e+00]),
array([ 1.00000000e+00, 1.22464680e-16, 6.12323400e-17,
1.00000000e+00])]