NLP 实战 (9) | CSDN topN指数月排行榜竞赛动画

开源一个 topn 词竞赛动画项目 topn_race:

• GitCode 仓库：https://gitcode.net/csdn/topn_race

核心功能：

• 输入：按月统计的topN词频数据
• 输出：topN词频竞赛动画（可带音效）

源码结构

本项目基于开源项目：https://github.com/dexplo/bar_chart_race 定制，src/bar_chart_race 从 bar_chart_race 项目的源代码修改以适配需求。

依赖库：

progress==1.5
matplotlib==3.4.2
pandas==1.2.4
numpy==1.19.5
moviepy==1.0.3

源码结构：

.
├── LICENSE
├── README.md
├── data
│   ├── csdn_ask_top10_month
│   │   ├── 2008-05-01.json
│   │   ├── 2008-06-01.json
│   │   ├── ...
│   └── csdn_trends_top10_month
│       └── csdn_index_top_10.csv
├── demo
│   ├── csdn_ask_top10_month.gif
│   ├── csdn_trends_top10_month.gif
│   └── demo.md
├── main.py
├── pub
│   ├── ...
├── requirements.txt
└── src
    ├── bar_chart_race
    │   ├── __init__.py
    │   ├── chart.py
    │   └── colormaps.py
    ├── common
    │   ├── __init__.py
    │   ├── error.py
    │   ├── gif.py
    │   ├── json.py
    │   ├── path.py
    │   ├── random.py
    │   └── utils.py
    └── top.py

其中：

• main.py 是测试程序入口
• src/top.py 是 topN 竞赛动画的逻辑组织控制层
• src/common 提供了一些基本的utils
• src/bar_chart_race 从 bar_chart_race 项目的源代码修改以适配需求
  • 基本样式的内部调整
  • 使用漫画风格

代码说明

基本用法如下：

def test_build_csdn_trend_top10_tag_race():
    input = InputMeta(
        type='csv',
        path='data/csdn_trends_top10_month/csdn_index_top_10.csv',
        month_field='date',
        name_field='tag_name',
        count_field='index_value',
        audio='pub/mali.mp3'
    )

    output = OutputMeta(
        path='pub/csdn_trends_top10_month',
        ext='gif',
        title='CSDN topN指数月排行榜',
        x_label='csdn.net/trends',
        y_label='指数',
        month_count=None
    )

    top = Top(input, output)
    top.build()

Top 类的构造函数传入两个参数：input: InputMeta 和output: OutputMeta。很多Python代码的参数能有几十个参数，通过InputMeta 和 OutputMeta 两个dataclass可以让使用更友好：

@dataclass
class InputMeta:
    '''
    type: 指定类型，如果是 "json_str" 表示一个JSON文件夹，如果是"csv"表示一个csv文件
    JSON 文件夹:
        约定每个文件的文件名是月份，每个JSON文件是一个数组，数组元素是标签统计信息
        name_field: 指定标签名字的字段名
        count_field: 指定标签月份统计信息的字段名
    CSV 文件
        month_field: 指定月份字段
        name_field: 指定标签名字的字段名
        count_field: 指定标签月份统计信息的字段名
        audio: 音频
    '''
    type: str
    path: str
    month_field: str
    name_field: str
    count_field: str
    audio: str


@dataclass
class OutputMeta:
    '''
    输出配置
    path: 输出路径
    title: 标题
    x_label: X轴名字
    y_label: Y轴名字
    month_count: 绘制月份，用来调试，使用较少的月份快速查看输出效果
    '''
    path: str
    ext: str
    title: str
    x_label: str
    y_label: str
    month_count: int

Top 类的 build 里的处理流程包括：

• 转换输入数据到每月一行的 DataFrame
• 每12个月数据生成一个竞赛动图 GIF
  • 原因之一：太大的GIF文件生成会有内存占用问题，分片处理。
  • 原因之二：分片后，规避出错时要从头再来的问题。
• 合并多个GIF，生成一个MP4文件
• 如果输入指定了音频文件，使用音频源采用repeat方式与MP4合成轨道并输出带音效的文件

输出目录pub下的文件不提交到git仓库，需要注意的是，构建过程中不同平台上的中文字体会有差异，目前适配了Mac和Linux的字体，其他平台待测试。

实例：CSDN topN 指数月排行榜竞赛动图

CSDN指数

CSDN 指数是基于自 2000 年以来 CSDN 平台产生的海量内容数据、用户行为计算而来，作为中国最大专业 IT 技术社区，CSDN 指数具备高度权威性，您可通过查询关键字，用以进行技术领域趋势分析、技术选型变迁历史探索、技术内容消费特征洞察、开发者岗位需求预测等。

我们用 CSDN 指数的数据做了一个topN 指数月排行榜竞赛动图

竞赛动画部分片段GIF：

完整版本请看：

• CSDN topN指数 月排行榜竞赛动画(2000.1-2021.12)独立视频
• CSDN topN指数 月排行榜竞赛动画(2000.1-2021.12)社区帖子

数据可视化

数据经过可视化处理后，可以发现数据间的规律，欢迎对项目提交贡献。开箱即用的漫画风格topN竞赛动图：https://gitcode.net/csdn/topn_race

这个项目在6月份的时候做过一个版本，对问答的历年标签月排行榜做了一次渲染。当时一次性跑数据渲染比较久，这次再做的时候想到了一个原因应该是同一个GIF整体渲染可能会导致性能越来越慢。于是第一个改进的思路就是分片渲染，再做合成。

分片操作的过程中，也会顺便产生满足多种需要的输出考虑，例如最后一片的最后一帧会增加停留时长，避免动图到最后一帧一闪而过；例如最后一片也会生成一个小于5M的摘要GIF，用来写博客的时候上传片段GIF使用：

class Top:
    ...
    def build(self):
        ...
        max_rows = self.df.shape[0]
        i = 0
        j = 0
        df = self.df
        gifs = []
        os.makedirs(self.output, exist_ok=True)
        while i < max_rows:
            end = i+12
            if end >= max_rows:
                end = max_rows+1
            step = end-i

            filename = os.path.join(self.output, f'{j}.{self.ext}')
            if i+step >= max_rows:
                # 最后一个
                last_df = df[i:end]

                # 生成一个短摘要
                min_half = 5
                if min_half > last_df.shape[0]:
                    min_half = 0
                self.df = last_df[min_half:]
                filename_abstracts = os.path.join(
                    self.output, f'{j}_abstracts.{self.ext}')
                self.__build_race(filename_abstracts)

                # 加强最后一帧
                self.df = last_df
                for k in range(0, 12):
                    self.df = self.df.append(df[end-2:end])
                self.__build_race(filename)
            else:
                self.df = df[i:end]
                self.__build_race(filename)

            gifs.append(filename)
            i += step
            j += 1

其次很多这样的库包含一堆的参数，例如 topn_race 下层使用的原始库bar_chart_race的代码就是这样的。实际上这里有一个经典的设计模式是可以解决此类代码的组织问题：Builder模式。我觉的后续改进是可以改造下它的代码。不要用一堆的构造函数参数让使用者很难用，通过Builder模式是可以轻易对同一个库的不同使用情景做模块化接口设计。这块后面可以用来进一步改造bar_chart_race的代码。Python 代码越是灵活，越是要在写的过程中注意简洁的基础上有好的设计。

一个多道程序的内部会有很多重要的实际干活的重型关节代码，如果没有一些控制逻辑，多次运行不能保持轻量，会让人害怕。举个例子，渲染的多个关键环节，都应该加入一些规避不必要的重复操作的判定逻辑：

例如，判定文件已存在，是否需要覆盖，这样你就可以放心的多次操作

class Top:
    ...
    def build(self):
        ...
        # 合并 gif 生成mp4
        all = f'{self.output}.mp4'
        if os.path.exists(all):
            ret = input(f"文件:{all}已存在，是否覆盖？[y/n]:")
            if ret == 'y':
                concat_gif_list(gifs, all)
        else:
            concat_gif_list(gifs, all)

潜在需求

• 完备的全平台字体支持
• 支持为条形图增加关联的「弹幕文本」
• 增加片头和片尾渲染（保持很短），让它接近代码微电影
• 进一步解决性能问题
• 使用Flask支持服务化，支持在线部署和调用

–end–