第09章 绘图和可视化

学习本章代码案例的最简单方法是在Jupyter notebook进行交互式绘图。在Jupyter notebook中执行下面的语句:

%matplotlib notebook
#%matplotlib inline是jupyter notebook里的命令, 意思是将那些用matplotlib绘制的图显示在页面里而不是弹出一个窗口。

9.1 matplotlib API入门

matplotlib的通常引入约定是:

In [11]: import matplotlib.pyplot as plt

在Jupyter中运行%matplotlib notebook(或在IPython中运行%matplotlib),就可以创建一个简单的图形。如果一切设置正确,会看到图9-1:

In [12]: import numpy as np

In [13]: data = np.arange(10)

In [14]: data
Out[14]: array([0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9])

In [15]: plt.plot(data)

Figure和Subplot

matplotlib的图像都位于Figure对象中。你可以用plt.figure创建一个新的Figure:

In [16]: fig = plt.figure()

如果用的是IPython,这时会弹出一个空窗口,但在Jupyter中,必须再输入更多命令才能看到。plt.figure有一些选项,特别是figsize,它用于确保当图片保存到磁盘时具有一定的大小和纵横比。
不能通过空Figure绘图。必须用add_subplot创建一个或多个subplot才行:

In [17]: ax1 = fig.add_subplot(2, 2, 1)

这条代码的意思是:图像应该是2×2的(即最多4张图),且当前选中的是4个subplot中的第一个(编号从1开始)。如果再把后面两个subplot也创建出来,最终得到的图像如图9-2所示:

In [18]: ax2 = fig.add_subplot(2, 2, 2)

In [19]: ax3 = fig.add_subplot(2, 2, 3)

下面出现交互式界面后,不要关闭,运行之后的命令,可以看到最后一副图中出现了线

fig = plt.figure()
ax1 = fig.add_subplot(2, 2, 1)
ax2 = fig.add_subplot(2, 2, 2)
ax3 = fig.add_subplot(2, 2, 3)

如果这时执行一条绘图命令(如plt.plot([1.5, 3.5, -2, 1.6])),matplotlib就会在最后一个用过的subplot(如果没有则创建一个)上进行绘制,隐藏创建figure和subplot的过程。因此,如果我们执行下列命令,你就会得到如图9-3所示的结果:

In [20]: plt.plot(np.random.randn(50).cumsum(), 'k--')

"k--"是一个线型选项,用于告诉matplotlib绘制黑色虚线图。上面那些由fig.add_subplot所返回的对象是AxesSubplot对象,直接调用它们的实例方法就可以在其它空着的格子里面画图了.其他两个图也可以画:

In [21]: ax1.hist(np.random.randn(100), bins=20, color='k', alpha=0.3)

In [22]: ax2.scatter(np.arange(30), np.arange(30) + 3 * np.random.randn(30))

其他调整操作就不一一列举了。

将图表保存到文件

利用plt.savefig可以将当前图表保存到文件。该方法相当于Figure对象的实例方法savefig。例如,要将图表保存为SVG文件,你只需输入:

plt.savefig('figpath.svg')

文件类型是通过文件扩展名推断出来的。因此,如果你使用的是.pdf,就会得到一个PDF文件。我在发布图片时最常用到两个重要的选项是dpi(控制“每英寸点数”分辨率)和bbox_inches(可以剪除当前图表周围的空白部分)。要得到一张带有最小白边且分辨率为400DPI的PNG图片,你可以:

plt.savefig('figpath.png', dpi=400, bbox_inches='tight')

savefig并非一定要写入磁盘,也可以写入任何文件型的对象,比如BytesIO:

from io import BytesIO
buffer = BytesIO()
plt.savefig(buffer)
plot_data = buffer.getvalue()

表9-2列出了savefig的其它选项。


9.2 使用pandas和seaborn绘图

matplotlib实际上是一种比较低级的工具。要绘制一张图表,你组装一些基本组件就行:数据展示(即图表类型:线型图、柱状图、盒形图、散布图、等值线图等)、图例、标题、刻度标签以及其他注解型信息。

在pandas中,我们有多列数据,还有行和列标签。pandas自身就有内置的方法,用于简化从DataFrame和Series绘制图形。另一个库seaborn(https://seaborn.pydata.org/),由Michael Waskom创建的静态图形库。Seaborn简化了许多常见可视类型的创建。

提示:引入seaborn会修改matplotlib默认的颜色方案和绘图类型,以提高可读性和美观度。即使你不使用seaborn API,你可能也会引入seaborn,作为提高美观度和绘制常见matplotlib图形的简化方法。

Series和DataFrame都有一个用于生成各类图表的plot方法。默认情况下,它们所生成的是线型图.

In [60]: s = pd.Series(np.random.randn(10).cumsum(), index=np.arange(0, 100, 10))

In [61]: s.plot()

其他柱状图或者散点图就不一一介绍了
对于在绘制一个图形之前,需要进行合计的数据,使用seaborn可以减少工作量。seaborn.barplot有颜色选项,使我们能够通过一个额外的值设置.

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