一、 Matplotlib-简介
1 什么是Matplotlib
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025151047849.png#pic_center)
-
是专门用于开发2D图表(包括3D图表)
-
以渐进、交互式方式实现数据可视化
2 为什么要学习Matplotlib
可视化是在整个数据挖掘的关键辅助工具,可以清晰的理解数据,从而调整我们的分析方法。
- 能将数据进行可视化,更直观的呈现
- 使数据更加客观、更具说服力
例如下面两个图为数字展示和图形展示:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025151105988.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
3 实现一个简单的Matplotlib画图 — 以折线图为例
3.1 matplotlib.pyplot模块
matplotlib.pytplot包含了一系列类似于matlab的画图函数。
import matplotlib.pyplot as plt
3.2 图形绘制流程:
3.3 折线图绘制与显示
举例:展现上海一周的天气,比如从星期一到星期日的天气温度如下
import matplotlib.pyplot as plt
plt.figure(figsize=(10, 10), dpi=100)
plt.plot([1, 2, 3, 4, 5, 6 ,7], [17,17,18,15,11,11,13])
plt.show()
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025151115707.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
4 认识Matplotlib图像结构(了解)
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025151148649.jpeg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
5 小结
- 什么是matplotlib【了解】
- 绘制图像流程【掌握】
- 1.创建画布 – plt.figure(figsize=(20,8))
- 2.绘制图像 – plt.plot(x, y)
- 3.显示图像 – plt.show()
二、 Matplotlib-基础绘图功能-以折线图为例
- 给图形添加辅助功能(如:标注、x,y轴名称、标题等)
- 图形的保存
- 如何多次plot绘制图形
- 如何多个坐标系显示图形
- 折线图的应用场景
1 完善原始折线图 — 给图形添加辅助功能
为了更好地理解所有基础绘图功能,我们通过天气温度变化的绘图来融合所有的基础API使用
需求:画出某城市11点到12点1小时内每分钟的温度变化折线图,温度范围在15度~18度
效果:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025152754209.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
1.1 准备数据并画出初始折线图
import matplotlib.pyplot as plt
import random
x = range(60)
y_shanghai = [random.uniform(15, 18) for i in x]
plt.figure(figsize=(20, 8), dpi=80)
plt.plot(x, y_shanghai)
plt.show()
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025152808834.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
1.2 添加自定义x,y刻度
-
plt.xticks(x, **kwargs)
x:要显示的刻度值
-
plt.yticks(y, **kwargs)
y:要显示的刻度值
x_ticks_label = ["11点{}分".format(i) for i in x]
y_ticks = range(40)
plt.xticks(x[::5], x_ticks_label[::5])
plt.yticks(y_ticks[::5])
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025152820208.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
如果没有解决过中文问题的话,会显示这个样子:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/2020102515282962.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
1.3 中文显示问题解决
解决方案一:
下载中文字体(黑体,看准系统版本)
-
步骤一:下载 SimHei 字体(或者其他的支持中文显示的字体也行)
-
步骤二:安装字体
-
步骤三:删除~/.matplotlib中的缓存文件
cd ~/.matplotlib
rm -r *
-
步骤四:修改配置文件matplotlibrc
vi ~/.matplotlib/matplotlibrc
将文件内容修改为:
font.family : sans-serif
font.sans-serif : SimHei
axes.unicode_minus : False
解决方案二:
在Python脚本中动态设置matplotlibrc,这样也可以避免由于更改配置文件而造成的麻烦,具体代码如下:
from pylab import mpl
mpl.rcParams["font.sans-serif"] = ["SimHei"]
有时候,字体更改后,会导致坐标轴中的部分字符无法正常显示,此时需要更改axes.unicode_minus参数:
mpl.rcParams["axes.unicode_minus"] = False
1.4 添加网格显示
为了更加清楚地观察图形对应的值
plt.grid(True, linestyle='--', alpha=0.5)
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025152847693.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
1.5 添加描述信息
添加x轴、y轴描述信息及标题
通过fontsize参数可以修改图像中字体的大小
plt.xlabel("时间")
plt.ylabel("温度")
plt.title("中午11点0分到12点之间的温度变化图示", fontsize=20)
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025152900389.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
1.6 图像保存
# 保存图片到指定路径
plt.savefig("test.png")
- 注意:plt.show()会释放figure资源,如果在显示图像之后保存图片将只能保存空图片。
完整代码:
import matplotlib.pyplot as plt
import random
from pylab import mpl
mpl.rcParams["font.sans-serif"] = ["SimHei"]
mpl.rcParams["axes.unicode_minus"] = False
x = range(60)
y_shanghai = [random.uniform(15, 18) for i in x]
plt.figure(figsize=(20, 8), dpi=100)
plt.plot(x, y_shanghai)
x_ticks_label = ["11点{}分".format(i) for i in x]
y_ticks = range(40)
plt.xticks(x[::5], x_ticks_label[::5])
plt.yticks(y_ticks[::5])
plt.grid(True, linestyle="--", alpha=0.5)
plt.xlabel("时间")
plt.ylabel("温度")
plt.title("中午11点--12点某城市温度变化图", fontsize=20)
plt.savefig("./test.png")
plt.show()
2 在一个坐标系中绘制多个图像
2.1 多次plot
需求:再添加一个城市的温度变化
收集到北京当天温度变化情况,温度在1度到3度。怎么去添加另一个在同一坐标系当中的不同图形,其实很简单只需要再次plot即可,但是需要区分线条,如下显示
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025152929681.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
y_beijing = [random.uniform(1, 3) for i in x]
plt.plot(x, y_shanghai)
plt.plot(x, y_beijing, color='r', linestyle='--')
我们仔细观察,用到了两个新的地方,一个是对于不同的折线展示效果,一个是添加图例。
2.2 设置图形风格
颜色字符 | 风格字符 |
---|
r 红色 | - 实线 |
g 绿色 | - - 虚线 |
b 蓝色 | -. 点划线 |
w 白色 | : 点虚线 |
c 青色 | ’ ’ 留空、空格 |
m 洋红 | |
y 黄色 | |
k 黑色 | |
2.3 显示图例
- 注意:如果只在plt.plot()中设置label还不能最终显示出图例,还需要通过plt.legend()将图例显示出来。
plt.plot(x, y_shanghai, label="上海")
plt.plot(x, y_beijing, color='r', linestyle='--', label="北京")
plt.legend(loc="best")
Location String | Location Code |
---|
‘best’ | 0 |
‘upper right’ | 1 |
‘upper left’ | 2 |
‘lower left’ | 3 |
‘lower right’ | 4 |
‘right’ | 5 |
‘center left’ | 6 |
‘center right’ | 7 |
‘lower center’ | 8 |
‘upper center’ | 9 |
‘center’ | 10 |
完整代码:
x = range(60)
y_shanghai = [random.uniform(15, 18) for i in x]
y_beijing = [random.uniform(1,3) for i in x]
plt.figure(figsize=(20, 8), dpi=100)
plt.plot(x, y_shanghai, label="上海")
plt.plot(x, y_beijing, color="r", linestyle="--", label="北京")
x_ticks_label = ["11点{}分".format(i) for i in x]
y_ticks = range(40)
plt.xticks(x[::5], x_ticks_label[::5])
plt.yticks(y_ticks[::5])
plt.grid(True, linestyle="--", alpha=0.5)
plt.xlabel("时间")
plt.ylabel("温度")
plt.title("中午11点--12点某城市温度变化图", fontsize=20)
plt.savefig("./test.png")
plt.legend(loc=0)
plt.show()
2.4 练一练
练习多次plot流程(从上面复制代码,到自己电脑,确保每人环境可以正常运行),
同时明确每个过程执行实现的具体效果
3 多个坐标系显示— plt.subplots(面向对象的画图方法)
如果我们想要将上海和北京的天气图显示在同一个图的不同坐标系当中,效果如下:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025152945842.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
可以通过subplots函数实现(旧的版本中有subplot,使用起来不方便),推荐subplots函数
-
matplotlib.pyplot.subplots(nrows=1, ncols=1, **fig_kw)
创建一个带有多个axes(坐标系/绘图区)的图
Parameters:
nrows, ncols : 设置有几行几列坐标系
int, optional, default: 1, Number of rows/columns of the subplot grid.
Returns:
fig : 图对象
axes : 返回相应数量的坐标系
设置标题等方法不同:
set_xticks
set_yticks
set_xlabel
set_ylabel
关于axes子坐标系的更多方法:参考https://matplotlib.org/api/axes_api.html#matplotlib.axes.Axes
- 注意:**plt.函数名()**相当于面向过程的画图方法,**axes.set_方法名()**相当于面向对象的画图方法。
x = range(60)
y_shanghai = [random.uniform(15, 18) for i in x]
y_beijing = [random.uniform(1, 5) for i in x]
fig, axes = plt.subplots(nrows=1, ncols=2, figsize=(20, 8), dpi=100)
axes[0].plot(x, y_shanghai, label="上海")
axes[1].plot(x, y_beijing, color="r", linestyle="--", label="北京")
x_ticks_label = ["11点{}分".format(i) for i in x]
y_ticks = range(40)
axes[0].set_xticks(x[::5])
axes[0].set_yticks(y_ticks[::5])
axes[0].set_xticklabels(x_ticks_label[::5])
axes[1].set_xticks(x[::5])
axes[1].set_yticks(y_ticks[::5])
axes[1].set_xticklabels(x_ticks_label[::5])
axes[0].grid(True, linestyle="--", alpha=0.5)
axes[1].grid(True, linestyle="--", alpha=0.5)
axes[0].set_xlabel("时间")
axes[0].set_ylabel("温度")
axes[0].set_title("中午11点--12点某城市温度变化图", fontsize=20)
axes[1].set_xlabel("时间")
axes[1].set_ylabel("温度")
axes[1].set_title("中午11点--12点某城市温度变化图", fontsize=20)
plt.savefig("./test.png")
axes[0].legend(loc=0)
axes[1].legend(loc=0)
plt.show()
4 折线图的应用场景
-
呈现公司产品(不同区域)每天活跃用户数
-
呈现app每天下载数量
-
呈现产品新功能上线后,用户点击次数随时间的变化
-
拓展:画各种数学函数图像
- 注意:plt.plot()除了可以画折线图,也可以用于画各种数学函数图像
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025153003243.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
代码:
import numpy as np
x = np.linspace(-10, 10, 1000)
y = np.sin(x)
plt.figure(figsize=(20, 8), dpi=100)
plt.plot(x, y)
plt.grid()
plt.show()
5 小结
- 添加x,y轴刻度【知道】
- plt.xticks()
- plt.yticks()
- 注意:在传递进去的第一个参数必须是数字,不能是字符串,如果是字符串吗,需要进行替换操作
- 添加网格显示【知道】
- plt.grid(linestyle=“–”, alpha=0.5)
- 添加描述信息【知道】
- plt.xlabel()
- plt.ylabel()
- plt.title()
- 图像保存【知道】
- 多次plot【了解】
- 显示图例【知道】
- plt.legend(loc=“best”)
- 注意:一定要在plt.plot()里面设置一个label,如果不设置,没法显示
- 多个坐标系显示【了解】
- plt.subplots(nrows=, ncols=)
- 折线图的应用【知道】
- 1.应用于观察数据的变化
- 2.可是画出一些数学函数图像
三、Matplotlib-常见图形绘制
Matplotlib能够绘制折线图、散点图、柱状图、直方图、饼图。
我们需要知道不同的统计图的意义,以此来决定选择哪种统计图来呈现我们的数据。
1 常见图形种类及意义
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/2020102515314680.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
-
**散点图:**用两组数据构成多个坐标点,考察坐标点的分布,判断两变量之间是否存在某种关联或总结坐标点的分布模式。
特点:判断变量之间是否存在数量关联趋势,展示离群点(分布规律)
api:plt.scatter(x, y)
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025153157347.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
-
**柱状图:**排列在工作表的列或行中的数据可以绘制到柱状图中。
特点:绘制连离散的数据,能够一眼看出各个数据的大小,比较数据之间的差别。(统计/对比)
api:plt.bar(x, width, align=‘center’, **kwargs)
Parameters:
x : 需要传递的数据
width : 柱状图的宽度
align : 每个柱状图的位置对齐方式
{‘center’, ‘edge’}, optional, default: ‘center’
**kwargs :
color:选择柱状图的颜色
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025153236778.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
-
**直方图:**由一系列高度不等的纵向条纹或线段表示数据分布的情况。 一般用横轴表示数据范围,纵轴表示分布情况。
特点:绘制连续性的数据展示一组或者多组数据的分布状况(统计)
api:matplotlib.pyplot.hist(x, bins=None)
Parameters:
x : 需要传递的数据
bins : 组距
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025153242811.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
-
**饼图:**用于表示不同分类的占比情况,通过弧度大小来对比各种分类。
特点:分类数据的占比情况(占比)
api:plt.pie(x, labels=,autopct=,colors)
Parameters:
x:数量,自动算百分比
labels:每部分名称
autopct:占比显示指定%1.2f%%
colors:每部分颜色
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025153251530.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
2 散点图绘制
需求:探究房屋面积和房屋价格的关系
房屋面积数据:
x = [225.98, 247.07, 253.14, 457.85, 241.58, 301.01, 20.67, 288.64,
163.56, 120.06, 207.83, 342.75, 147.9 , 53.06, 224.72, 29.51,
21.61, 483.21, 245.25, 399.25, 343.35]
房屋价格数据:
y = [196.63, 203.88, 210.75, 372.74, 202.41, 247.61, 24.9 , 239.34,
140.32, 104.15, 176.84, 288.23, 128.79, 49.64, 191.74, 33.1 ,
30.74, 400.02, 205.35, 330.64, 283.45]
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025153302595.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
代码:
x = [225.98, 247.07, 253.14, 457.85, 241.58, 301.01, 20.67, 288.64,
163.56, 120.06, 207.83, 342.75, 147.9 , 53.06, 224.72, 29.51,
21.61, 483.21, 245.25, 399.25, 343.35]
y = [196.63, 203.88, 210.75, 372.74, 202.41, 247.61, 24.9 , 239.34,
140.32, 104.15, 176.84, 288.23, 128.79, 49.64, 191.74, 33.1 ,
30.74, 400.02, 205.35, 330.64, 283.45]
plt.figure(figsize=(20, 8), dpi=100)
plt.scatter(x, y)
plt.show()
3 柱状图绘制
需求-对比每部电影的票房收入
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025153322867.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
电影数据如下图所示:
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201025153332279.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMyNTA4NjE=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
['雷神3:诸神黄昏','正义联盟','东方快车谋杀案','寻梦环游记','全球风暴', '降魔传','追捕','七十七天','密战','狂兽','其它']
[73853,57767,22354,15969,14839,8725,8716,8318,7916,6764,52222]
代码:
movie_name = ['雷神3:诸神黄昏','正义联盟','东方快车谋杀案','寻梦环游记','全球风暴','降魔传','追捕','七十七天','密战','狂兽','其它']
x = range(len(movie_name))
y = [73853,57767,22354,15969,14839,8725,8716,8318,7916,6764,52222]
plt.figure(figsize=(20, 8), dpi=100)
plt.bar(x, y, width=0.5, color=['b','r','g','y','c','m','y','k','c','g','b'])
plt.xticks(x, movie_name)
plt.grid(linestyle="--", alpha=0.5)
plt.title("电影票房收入对比")
plt.show()
参考链接:
https://matplotlib.org/index.html
4 小结
- 折线图【知道】
- 能够显示数据的变化趋势,反映事物的变化情况。(变化)
- plt.plot()
- 散点图【知道】
- 判断变量之间是否存在数量关联趋势,展示离群点(分布规律)
- plt.scatter()
- 柱状图【知道】
- 绘制连离散的数据,能够一眼看出各个数据的大小,比较数据之间的差别。(统计/对比)
- plt.bar(x, width, align=“center”)
- 直方图【知道】
- 绘制连续性的数据展示一组或者多组数据的分布状况(统计)
- plt.hist(x, bins)
- 饼图【知道】
- 用于表示不同分类的占比情况,通过弧度大小来对比各种分类
- plt.pie(x, labels, autopct, colors)
四、 Matplotlib画动态图
在matplotlib中画图有两种显示模式:
(1)阻塞模式,即必须利用plt.show()显示图片,且图片关闭之前代码将阻塞在该行。
(2)交互模式,即plt.plot()后立马显示图片,且不阻塞代码的继续运行。
Matplotlib中默认是使用阻塞模式。看一下这里用到的matplotlib中的几个函数:
- plt.ion():打开交互模式
- plt.ioff():关闭交互模式
- plt.clf():清除当前的Figure对象
- plt.cla():清除当前的Axes对象
- plt.pause():暂停功能
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