在 Django 上使用数据可视化利器 Bokeh

最近在实验室做的一个项目中，需要把大量的数据在 web 端进行可视化，需要绘制各类图表。数据都是以 csv 文件的形式保存在服务器中。本来是想使用 D3.js 这个数据可视化前端库来画图，但是需要编写大量的 js 代码。后来发现了 Bokeh 这个框架，只需要在后端编写及少量的 Python 代码生成对应的 html 与 js，再传送到前端让浏览器解析，大大的减少了工作量。

1. 波形图

这里绘制一个包含了数千个数据点的信号波形图，绘制方法和 Matlab 如出一辙。学习成本为零。

import pandas as pd
from bokeh.plotting import figure
from bokeh.io import output_file, show

csv_file = 'points.csv'
data = pd.read_csv(csv_file)
TOOLS = 'hover,crosshair,pan,wheel_zoom,box_zoom,reset,save,box_select'
picture = figure(width=1000, height=400, tools=TOOLS)
picture.line(data['order'], data['value'], color='blue', alpha=0.5)
output_file('waveform.html', title='waveform')
show(picture)

points.csv 中包含了 2048 个点。上面这段脚本是直接生成了一个 html 文件，show(picture)语句打开了这个 html 文件。效果如下：

信号的波形图.jpeg

右侧的工具栏是通过TOOLS = 'hover,crosshair,pan,wheel_zoom,box_zoom,reset,save,box_select'设置的。包含了常见的一些功能，包括缩放，保存，重置等等。由于的 markdown 不支持直接插入 div 块和 js 脚本，所以只能截取一个图放在这里，不能体验到右侧的工具栏的使用感受。

2. 集成到 Django 中

上面的例子是直接生成了一个 html 文件，但在正常的使用中，只应该生成对应的 div 和 js 就行了。
在 Django 的 view.py 中，定义一个 view。

def waveform(request):
    csv_file = 'your file'
    data = pd.read_csv(csv_file)  
    TOOLS = "hover,crosshair,pan,wheel_zoom,box_zoom,reset,save,box_select"
    picture = figure(width=1200, height=400, tools=TOOLS)  
    picture.line(data['order'], data['value'], color='blue', alpha=0.5)
    script, div = components(picture, CDN)
    return render(request, 'waveform.html', {'script': script, 'div': div})

这样就把对应的 template 的 waveform.html 中：

{% load static %}



    
    
    
    
    
    
    {{ script |safe }}



{{ div |safe }}

这里有一个不太好的地方，把 script 放到了 head 里面。
然而要是放在底部。就不能正确画出图了。（求大神解答）

3. 时频图

在经过短时傅里叶变换输出的结果，可以用 image 来显示时频分布图。与 Matlab 画出来的也是如出一辙。

import numpy as np
import pandas as pd
from bokeh.io import output_file, show
from bokeh.plotting import figure

data = pd.read_csv('tf_stft.csv')

value = np.array(data['value'])
d = np.reshape(value, (338, 124))
d = np.transpose(d)

TOOLS = "hover,crosshair,pan,wheel_zoom,box_zoom,reset,save,box_select"
p = figure(x_range=(0, 62), y_range=(0, 169), tools=TOOLS)
p.image(image=[d], x=0, y=0, dw=62, dh=169, palette="Viridis256")
output_file("image.html", title="image.py example")
show(p)

结果如下：

时频分布图

如果是使用 D3.js 来绘制这个图形的话，就比较费劲了。

4. 小结

Bokeh 这个框架，比起 D3.js，它的可视化选项相对较少。因此，目前来看 Bokeh 无法挑战 D3.js 的霸主地位。而且 Bokeh 过于依赖 python 的数值计算库，并非一个纯前端的框架，使得它的使用范围也小于 D3.js。而在纯 python 的数值计算领域，也已经有 matplotlib 这种提供了与 Matlab 一模一样的接口的数据可视化库，Bokeh 的适用场景也并不多。
但是，它非常适合嵌入 Flask 或者 Django 的程序中，非常好用，速度也很快。