Python-数据统计分析的显著性标注

今天，小编给大家带来的是如何使用Python-Seaborn进行显著性统计图表绘制，详细内容如下：

• Python-Seaborn自定义函数绘制
• Python-statannotations库添加显著性标注

Python-Seaborn 自定义函数绘制

我们可以通过自定义绘图函数的方式在统计图表中添加显著性标注，这里我们直接使用Seaborn自带的iris数据集进行绘制，具体内容如下：

自定义P值和星号对应关系

由于是完全的自定义，这里需要定义一个函数将P值结果和对应星号进行转化，代码如下：

def convert_pvalue_to_asterisks(pvalue):
    if pvalue <= 0.0001:
        return "****"
    elif pvalue <= 0.001:
        return "***"
    elif pvalue <= 0.01:
        return "**"
    elif pvalue <= 0.05:
        return "*"
    return "ns"

scipy.stats 计算显著性指标

由于scipy.stats部分中提供多种显著性检验方法，如T-test、ANOVA等，由于篇幅有限，这里只介绍scipy.stats.ttest_ind() t检验方法，详细结算过程如下：

iris = sns.load_dataset("iris")
data_p = iris[["sepal_length","species"]]
stat,p_value = scipy.stats.ttest_ind(data_p[data_p["species"]=="setosa"]["sepal_length"],
                                     data_p[data_p["species"]=="versicolor"]["sepal_length"],
                                     equal_var=False)

上述结果就将P值计算，然后再通过之前定义的convert_pvalue_to_asterisks函数进行转换，得到星号表示形式。

可视化绘制

这一步主要使用自定义的绘图方法进行显著性标注绘制，详细绘制代码如下：

plt.rcParams['font.family'] = ['Times New Roman']
plt.rcParams["axes.labelsize"] = 18
palette=['#0073C2FF','#EFC000FF','#868686FF']

fig,ax = plt.subplots(figsize=(5,4),dpi=100,facecolor="w")
ax = sns.barplot(x="species",y="sepal_length",data=iris,palette=palette,
                 estimator=np.mean,ci="sd", capsize=.1,errwidth=1,errcolor="k",
                 ax=ax,
                 **{"edgecolor":"k","linewidth":1})
# 添加P值
x1, x2 = 0, 1
y,h = data_p["sepal_length"].mean()+1,.2
#绘制横线位置
ax.plot([x1, x1, x2, x2], [y, y+h, y+h, y], lw=1, c="k") 
#添加P值
ax.text((x1+x2)*.5, y+h, "T-test: "+ p_value_cov, ha='center', va='bottom', color="k")

ax.tick_params(which='major',direction='in',length=3,width=1.,labelsize=14,bottom=False)
for spine in ["top","left","right"]:
    ax.spines[spine].set_visible(False)
ax.spines['bottom'].set_linewidth(2)
ax.grid(axis='y',ls='--',c='gray')
ax.set_axisbelow(True)

「注意」:这里由于是自定义绘制，在添加其他组间数据的显著性编著时也采用相同方法。

在涉及较多组之间绘制P值是有没有较为方便便捷的方法呢？下面小编介绍一个优秀的第三方拓展库进行绘制。

Python-statannotations库添加显著性标注
Python-statannotations库则是针对Seaborn绘图对象进行显著性标注的专用库，其可以提供柱形图、箱线图、小提琴图等统计图表的显著性标注绘制，计算P值方法基于scipy.stats方法，这里我们简单列举几个示例演示即可，更多详细内容可参看：Python-statannotations官网[1]。

「样例一」：

import seaborn as sns

from statannotations.Annotator import Annotator

df = sns.load_dataset("tips")
x = "day"
y = "total_bill"
order = ['Sun', 'Thur', 'Fri', 'Sat']
fig,ax = plt.subplots(figsize=(5,4),dpi=100,facecolor="w")
ax = sns.boxplot(data=df, x=x, y=y, order=order,ax=ax)

pairs=[("Thur", "Fri"), ("Thur", "Sat"), ("Fri", "Sun")]
annotator = Annotator(ax, pairs, data=df, x=x, y=y, order=order)
annotator.configure(test='Mann-Whitney', text_format='star',line_height=0.03,line_width=1)
annotator.apply_and_annotate()

ax.tick_params(which='major',direction='in',length=3,width=1.,labelsize=14,bottom=False)
for spine in ["top","left","right"]:
    ax.spines[spine].set_visible(False)
ax.spines['bottom'].set_linewidth(2)
ax.grid(axis='y',ls='--',c='gray')
ax.set_axisbelow(True)

「样例二」：

import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt
plt.rcParams['font.family'] = ['Times New Roman']
plt.rcParams["axes.labelsize"] = 18
#palette=['#0073C2FF','#EFC000FF']
palette=['#E59F01','#56B4E8']
#palette = ["white","black"]


fig,ax = plt.subplots(figsize=(5,4),dpi=100,facecolor="w")
ax = sns.barplot(x="order",y="value",hue="class",data=group_data_p,palette=palette,ci="sd",
                 capsize=.1,errwidth=1,errcolor="k",ax=ax,
                 **{"edgecolor":"k","linewidth":1})

# 添加P值
box_pairs = [(("one","type01"),("two","type01")),
             (("one","type02"),("two","type02")),
             (("one","type01"),("three","type01")),
             (("one","type02"),("three","type02")),
             (("two","type01"),("three","type01")),
             (("two","type02"),("three","type02"))]


annotator =  Annotator(ax, data=group_data_p, x="order",y="value",hue="class",
                      pairs=box_pairs)
annotator.configure(test='t-test_ind', text_format='star',line_height=0.03,line_width=1)
annotator.apply_and_annotate()

当然，还可以设置灰色系颜色，如下：

「样例三」如果针对组间数据进行统计分析，可以设置pairs参数据如下：

box_pairs = [(("one","type01"),("one","type02")),
             (("two","type01"),("two","type02")),
             (("three","type01"),("three","type02"))]

其他比如抖动图、横向分组柱形图等，可视化结果如下：

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