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超硬核的 Python 数据可视化教程

Python程序员  · 公众号  · Python  · 2020-09-27 08:10

正文


开运张 | 作者 知乎专栏 | 来源

https://zhuanlan.zhihu.com/p/5564204


Python实现可视化的三个步骤:


  • 确定问题,选择图形

  • 转换数据,应用函数

  • 参数设置,一目了然


1


首先,要知道我们用哪些库来画图?


matplotlib


python中 最基本的作图库就是matplotlib, 是一个最基础的Python可视化库,一般都是从matplotlib上手Python数据可视化,然后开始做纵向与横向拓展。


Seaborn


是一个基于matplotlib的高级可视化效果库, 针对的点主要是数据挖掘和机器学习中的变量特征选取, seaborn可以用短小的代码去绘制描述更多维度数据的可视化效果图


其他库还包括


Bokeh(是一个用于做浏览器端交互可视化的库,实现分析师与数据的交互);Mapbox(处理地理数据引擎更强的可视化工具库)等等


本篇文章主要使用matplotlib进行案例分析


第一步:确定问题,选择图形


业务可能很复杂,但是经过拆分,我们要找到我们想通过图形表达什么具体问题。分析思维的训练可以学习 《麦肯锡方法》和《金字塔原理》 中的方法。


这是网上的一张关于图表类型选择的总结。



在python中,我们可以总结为以下四种基本视觉元素来展现图形:


  • 点: scatter plot 二维数据,适用于简单二维关系;

  • 线: line plot 二维数据,适用于时间序列;

  • 柱状: bar plot 二维数据,适用于类别统计;

  • 颜色: heatmap 适用于展示第三维度;


数据间存在 分布,构成,比较,联系以及变化趋势等关 系。对应不一样的关系,选择相应的图形进行展示。


第二步:转换数据,应用函数


数据分析和建模方面的大量编程工作都是用在数据准备的基础上的: 加载、清理、转换以及重塑。 我们可视化步骤也需要对数据进行整理,转换成我们需要的格式再套用可视化方法完成作图。


下面是一些常用的数据转换方法:


  • 合并: merge,concat,combine_frist(类似于数据库中的全外连接)

  • 重塑: reshape;轴向旋转:pivot(类似excel数据透视表)

  • 去重: drop_duplicates

  • 映射: map

  • 填充替换: fillna,replace

  • 重命名轴索引: rename


将分类变量转换‘哑变量矩阵’的get_dummies函数以及在df中对某列数据取限定值等等。


函数则根据第一步中选择好的图形,去找python中对应的函数。


第三步:参数设置,一目了然


原始图形画完后,我们可以根据需求修改颜色(color),线型(linestyle),标记(maker)或者其他图表装饰项标题(Title),轴标签(xlabel,ylabel),轴刻度(set_xticks),还有图例(legend)等,让图形更加直观。


第三步是在第二步的基础上,为了使图形更加清晰明了,做的修饰工作。具体参数都可以在制图函数中找到。


2


可视化作图基础


Matplotlib作图基础


#导入包
import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt


Figure和Subplot


matplotlib的图形都位于Figure(画布)中, Subplot创建图像空间。 不能通过figure绘图,必须用add_subplot创建一个或多个subplot。


figsize可以指定图像尺寸。


#创建画布
fig = plt.figure()

#创建subplot,221表示这是2行2列表格中的第1个图像。
ax1 = fig.add_subplot(221)
#但现在更习惯使用以下方法创建画布和图像,2,2表示这是一个2*2的画布,可以放置4个图像
fig , axes = plt.subplots(2,2,sharex=True,sharey=True)
#plt.subplot的sharex和sharey参数可以指定所有的subplot使用相同的x,y轴刻度。



利用Figure的subplots_adjust方法可以调整间距。


subplots_adjust(left=None,bottom=None,right=None,top=None,wspace=None,hspace=None)



颜色color,标记marker,和线型linestyle


matplotlib的plot函数接受一组X和Y坐标,还可以接受一个表示颜色和线型的字符串缩写 :'g--',表示颜色是绿色green,线型是'--'虚线。 也可以使用参数明确的指定。


线型图还可以加上一些标记(marker),来突出显示数据点的位置。标记也可以放在格式字符串中, 但标记类型和线型必须放在颜色后面。


plt.plot(np.random.randn(30),color='g',linestyle='--',marker='o')
[]



刻度,标签和图例


plt的xlim、xticks和xtickslabels方法分别控制 图表的范围和刻度位置和刻度标签。


调用方法时不带参数,则返回当前的参数值;调用时带参数,则设置参数值。


plt.plot(np.random.randn(30),color='g',linestyle='--',marker='o')
plt.xlim() #不带参数调用,显示当前参数;
#可将xlim替换为另外两个方法试试
(-1.450000000000000230.45)



plt.plot(np.random.randn(30),color='g',linestyle='--',marker='o')
plt.xlim([0,15]) #横轴刻度变成0-15
(015)



设置标题,轴标签,刻度以及刻度标签


fig = plt.figure();ax = fig.add_subplot(1,1,1)
ax.plot(np.random.randn(1000).cumsum())
ticks = ax.set_xticks([0,250,500,750,1000]) #设置刻度值
labels = ax.set_xticklabels(['one','two','three','four','five']) #设置刻度标签
ax.set_title('My first Plot'#设置标题
ax.set_xlabel('Stage'#设置轴标签
Text(0.5,0,'Stage')



添加图例


图例legend是另一种用于标识图标元素的重要工具。 可以在添加subplot的时候传入label参数。


fig = plt.figure(figsize=(12,5));ax = fig.add_subplot(111)
ax.plot(np.random.randn(1000).cumsum(),'k',label='one'#传入label参数,定义label名称
ax.plot(np.random.randn(1000).cumsum(),'k--',label='two')
ax.plot(np.random.randn(1000).cumsum(),'k.',label='three')
#图形创建完后,只需要调用legend参数将label调出来即可。
ax.legend(loc='best'#要求不是很严格的话,建议使用loc=‘best’参数来让它自己选择最佳位置



注解


除标准的图表对象之外,我们还可以自定义添加一些文字注解或者箭头。


注解可以通过 text,arrow和annotate 等函数进行添加。text函数可以将文本绘制在指定的x,y坐标位置,还可以进行自定义格式


plt.plot(np.random.randn(1000).cumsum())
plt.text(600,10,'test ',family='monospace',fontsize=10)
#中文注释在默认环境下并不能正常显示,需要修改配置文件,使其支持中文字体。具体步骤请自行搜索。


保存图表到文件


利用plt.savefig可以将当前图表保存到文件。例如,要将图表保存为png文件,可以执行


文件类型是根据拓展名而定的。其他参数还有:

  • fname: 含有文件路径的字符串,拓展名指定文件类型

  • dpi: 分辨率,默认100 facecolor,edgcolor 图像的背景色,默认‘w’白色

  • format: 显示设置文件格式('png','pdf','svg','ps','jpg'等)

  • bbox_inches: 图表需要保留的部分。如果设置为“tight”,则将尝试剪除图像周围的空白部分


plt.savefig('./plot.jpg'#保存图像为plot名称的jpg格式图像
432x288 with 0 Axes>


3


Pandas中的绘图函数


Matplotlib作图


matplotlib是最基础的绘图函数,也是相对较低级的工具。 组装一张图表需要单独调用各个基础组件才行。Pandas中有许多基于matplotlib的高级绘图方法,原本需要多行代码才能搞定的图表,使用pandas只需要短短几行。


我们使用的就调用了pandas中的绘图包。


import matplotlib.pyplot as plt


线型图







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