Python Matplotlib: 可视化的最佳实践——排序区分_技术总结

先来复习一下之前的内容：

有效图表的重要特征：

不歪曲事实，表达准确
设计简单，容易理解
图表不会因为过度美化而将信息模糊
避免超载信息

准备工作

先要安装python以及两个库matplotlib和seaborn，还有两个操作数据的库numpy和pandas

pip install matplotlib
pip install seaborn
pip install numpy
pip install pandas

绘图前的配置

# !pip install brewer2mpl
import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib as mpl
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns
import warnings; warnings.filterwarnings(action='once')

large = 22; med = 16; small = 12
params = {'axes.titlesize': large,
          'legend.fontsize': med,
          'figure.figsize': (16, 10),
          'axes.labelsize': med,
          'axes.titlesize': med,
          'xtick.labelsize': med,
          'ytick.labelsize': med,
          'figure.titlesize': large}
plt.rcParams.update(params)
plt.style.use('seaborn-whitegrid')
sns.set_style("white")
%matplotlib inline

# 版本要求
print(mpl.__version__)  #> 3.0.0
print(sns.__version__)  #> 0.9.0

排序区分图表的核心思想

这种图通常用于可视化一个变量的变化差异，直观反映出数据差异。

1.发散条形图

如果我们想根据单个指标查看数据的变化情况，并可视化此差异的顺序和数量，那么发散条形图是一个很好的工具。它有助于快速区分数据中组的性能，并且非常直观。

# 准备数据
df = pd.read_csv("https://github.com/selva86/datasets/raw/master/mtcars.csv")
x = df.loc[:, ['mpg']]
df['mpg_z'] = (x - x.mean())/x.std()
df['colors'] = ['red' if x < 0 else 'green' for x in df['mpg_z']]
df.sort_values('mpg_z', inplace=True)
df.reset_index(inplace=True)

# 绘图
plt.figure(figsize=(14,10), dpi= 80)
plt.hlines(y=df.index, xmin=0, xmax=df.mpg_z, color=df.colors, alpha=0.4, linewidth=5)

# 装饰
plt.gca().set(ylabel='$Model$', xlabel='$Mileage$')
plt.yticks(df.index, df.cars, fontsize=12)
plt.title('Diverging Bars of Car Mileage', fontdict={'size':20})
plt.grid(linestyle='--', alpha=0.5)
plt.show()

2.发散数字图
该图类似于发散条形图，如果我们想以更直观的方式显示数据，这种方式更好。

# 准备数据
df = pd.read_csv("https://github.com/selva86/datasets/raw/master/mtcars.csv")
x = df.loc[:, ['mpg']]
df['mpg_z'] = (x - x.mean())/x.std()
df['colors'] = ['red' if x < 0 else 'green' for x in df['mpg_z']]
df.sort_values('mpg_z', inplace=True)
df.reset_index(inplace=True)

# 绘图
plt.figure(figsize=(14,14), dpi= 80)
plt.hlines(y=df.index, xmin=0, xmax=df.mpg_z)
for x, y, tex in zip(df.mpg_z, df.index, df.mpg_z):
    t = plt.text(x, y, round(tex, 2), horizontalalignment='right' if x < 0 else 'left', 
                 verticalalignment='center', fontdict={'color':'red' if x < 0 else 'green', 'size':14})

# 装饰
plt.yticks(df.index, df.cars, fontsize=12)
plt.title('Diverging Text Bars of Car Mileage', fontdict={'size':20})
plt.grid(linestyle='--', alpha=0.5)
plt.xlim(-2.5, 2.5)
plt.show()

3. 发散散点图
发散散点图也类似于发散条形图。然而，条形的消失减少了组之间的对比度和差异。


df = pd.read_csv("https://github.com/selva86/datasets/raw/master/mtcars.csv")
x = df.loc[:, ['mpg']]
df['mpg_z'] = (x - x.mean())/x.std()
df['colors'] = ['red' if x < 0 else 'darkgreen' for x in df['mpg_z']]
df.sort_values('mpg_z', inplace=True)
df.reset_index(inplace=True)

plt.figure(figsize=(14,16), dpi= 80)
plt.scatter(df.mpg_z, df.index, s=450, alpha=.6, color=df.colors)
for x, y, tex in zip(df.mpg_z, df.index, df.mpg_z):
    t = plt.text(x, y, round(tex, 1), horizontalalignment='center', 
                 verticalalignment='center', fontdict={'color':'white'})

plt.gca().spines["top"].set_alpha(.3)
plt.gca().spines["bottom"].set_alpha(.3)
plt.gca().spines["right"].set_alpha(.3)
plt.gca().spines["left"].set_alpha(.3)

plt.yticks(df.index, df.cars)
plt.title('Diverging Dotplot of Car Mileage', fontdict={'size':20})
plt.xlabel('$Mileage$')
plt.grid(linestyle='--', alpha=0.5)
plt.xlim(-2.5, 2.5)
plt.show()

4.标记分散棒棒糖图表
这种图与上述图类似，不过点的颜色、大小以及背景颜色表达了多组分类信息，比较灵活。

# 准备数据
df = pd.read_csv("https://github.com/selva86/datasets/raw/master/mtcars.csv")
x = df.loc[:, ['mpg']]
df['mpg_z'] = (x - x.mean())/x.std()
df['colors'] = 'black'

# 区分颜色
df.loc[df.cars == 'Fiat X1-9', 'colors'] = 'darkorange'
df.sort_values('mpg_z', inplace=True)
df.reset_index(inplace=True)


# 绘图
import matplotlib.patches as patches

plt.figure(figsize=(14,16), dpi= 80)
plt.hlines(y=df.index, xmin=0, xmax=df.mpg_z, color=df.colors, alpha=0.4, linewidth=1)
plt.scatter(df.mpg_z, df.index, color=df.colors, s=[600 if x == 'Fiat X1-9' else 300 for x in df.cars], alpha=0.6)
plt.yticks(df.index, df.cars)
plt.xticks(fontsize=12)

# 注释
plt.annotate('Mercedes Models', xy=(0.0, 11.0), xytext=(1.0, 11), xycoords='data', 
            fontsize=15, ha='center', va='center',
            bbox=dict(boxstyle='square', fc='firebrick'),
            arrowprops=dict(arrowstyle='-[, widthB=2.0, lengthB=1.5', lw=2.0, color='steelblue'), color='white')

# 增加背景颜色
p1 = patches.Rectangle((-2.0, -1), width=.3, height=3, alpha=.2, facecolor='red')
p2 = patches.Rectangle((1.5, 27), width=.8, height=5, alpha=.2, facecolor='green')
plt.gca().add_patch(p1)
plt.gca().add_patch(p2)

# 装饰
plt.title('Diverging Bars of Car Mileage', fontdict={'size':20})
plt.grid(linestyle='--', alpha=0.5)
plt.show()

5.面积图
通过对轴和线之间的区域进行着色，区域图不仅强调峰值和低谷，而且还强调高点和低点的持续时间。高点持续时间越长，线下面积越大。

import numpy as np
import pandas as pd

df = pd.read_csv("https://github.com/selva86/datasets/raw/master/economics.csv", parse_dates=['date']).head(100)
x = np.arange(df.shape[0])
y_returns = (df.psavert.diff().fillna(0)/df.psavert.shift(1)).fillna(0) * 100


plt.figure(figsize=(16,10), dpi= 80)
plt.fill_between(x[1:], y_returns[1:], 0, where=y_returns[1:] >= 0, facecolor='green', interpolate=True, alpha=0.7)
plt.fill_between(x[1:], y_returns[1:], 0, where=y_returns[1:] <= 0, facecolor='red', interpolate=True, alpha=0.7)


plt.annotate('Peak \n1975', xy=(94.0, 21.0), xytext=(88.0, 28),
             bbox=dict(boxstyle='square', fc='firebrick'),
             arrowprops=dict(facecolor='steelblue', shrink=0.05), fontsize=15, color='white')



xtickvals = [str(m)[:3].upper()+"-"+str(y) for y,m in zip(df.date.dt.year, df.date.dt.month_name())]
plt.gca().set_xticks(x[::6])
plt.gca().set_xticklabels(xtickvals[::6], rotation=90, fontdict={'horizontalalignment': 'center', 'verticalalignment': 'center'})
plt.ylim(-35,35)
plt.xlim(1,100)
plt.title("Month Economics Return %", fontsize=22)
plt.ylabel('Monthly returns %')
plt.grid(alpha=0.5)
plt.show()

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