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        8個(gè)流行的Python可視化工具包,你喜歡哪個(gè)?

        共 6990字,需瀏覽 14分鐘

         ·

        2021-02-26 00:06

        來(lái)源:機(jī)器之心? 作者:Aaron Frederick

        參與:李詩(shī)萌、王淑婷

        喜歡用 Python 做項(xiàng)目的小伙伴不免會(huì)遇到這種情況:做圖表時(shí),用哪種好看又實(shí)用的可視化工具包呢?之前文章里出現(xiàn)過(guò)漂亮的圖表時(shí),也總有讀者在后臺(tái)留言問(wèn)該圖表時(shí)用什么工具做的。下面,作者介紹了八種在 Python 中實(shí)現(xiàn)的可視化工具包,其中有些包還能用在其它語(yǔ)言中??靵?lái)試試你喜歡哪個(gè)?

        用 Python 創(chuàng)建圖形的方法有很多,但是哪種方法是最好的呢?當(dāng)我們做可視化之前,要先明確一些關(guān)于圖像目標(biāo)的問(wèn)題:你是想初步了解數(shù)據(jù)的分布情況?想展示時(shí)給人們留下深刻印象?也許你想給某人展示一個(gè)內(nèi)在的形象,一個(gè)中庸的形象?

        本文將介紹一些常用的 Python 可視化包,包括這些包的優(yōu)缺點(diǎn)以及分別適用于什么樣的場(chǎng)景。這篇文章只擴(kuò)展到 2D 圖,為下一次講 3D 圖和商業(yè)報(bào)表(dashboard)留了一些空間,不過(guò)這次要講的包中,許多都可以很好地支持 3D 圖和商業(yè)報(bào)表。

        Matplotlib、Seaborn 和 Pandas

        把這三個(gè)包放在一起有幾個(gè)原因:首先 Seaborn 和 Pandas 是建立在 Matplotlib 之上的,當(dāng)你在用 Seaborn 或 Pandas 中的 df.plot() 時(shí),用的其實(shí)是別人用 Matplotlib 寫(xiě)的代碼。因此,這些圖在美化方面是相似的,自定義圖時(shí)用的語(yǔ)法也都非常相似。

        當(dāng)提到這些可視化工具時(shí),我想到三個(gè)詞:探索(Exploratory)、數(shù)據(jù)(Data)、分析(Analysis)。這些包都很適合第一次探索數(shù)據(jù),但要做演示時(shí)用這些包就不夠了。

        Matplotlib 是比較低級(jí)的庫(kù),但它所支持的自定義程度令人難以置信(所以不要簡(jiǎn)單地將其排除在演示所用的包之外?。?,但還有其它更適合做展示的工具。

        Matplotlib 還可以選擇樣式(style selection),它模擬了像 ggplot2 和 xkcd 等很流行的美化工具。下面是我用 Matplotlib 及相關(guān)工具所做的示例圖:

        在處理籃球隊(duì)薪資數(shù)據(jù)時(shí),我想找出薪資中位數(shù)最高的團(tuán)隊(duì)。為了展示結(jié)果,我將每個(gè)球隊(duì)的工資用顏色標(biāo)成條形圖,來(lái)說(shuō)明球員加入哪一支球隊(duì)才能獲得更好的待遇。
        import?seaborn?as?sns
        import?matplotlib.pyplot?as?plt

        color_order?=?['xkcd:cerulean',?'xkcd:ocean',
        ????????????????'xkcd:black','xkcd:royal?purple',
        ????????????????'xkcd:royal?purple',?'xkcd:navy?blue',
        ????????????????'xkcd:powder?blue',?'xkcd:light?maroon',?
        ????????????????'xkcd:lightish?blue','xkcd:navy']

        sns.barplot(x=top10.Team,
        ????????????y=top10.Salary,
        ????????????palette=color_order).set_title('Teams?with?Highest?Median?Salary')

        plt.ticklabel_format(style='sci',?axis='y',?scilimits=(0,0))


        第二個(gè)圖是回歸實(shí)驗(yàn)殘差的 Q-Q 圖。這張圖的主要目的是展示如何用盡量少的線條做出一張有用的圖,當(dāng)然也許它可能不那么美觀。
        import?matplotlib.pyplot?as?plt
        import?scipy.stats?as?stats

        #model2?is?a?regression?model
        log_resid?=?model2.predict(X_test)-y_test
        stats.probplot(log_resid,?dist="norm",?plot=plt)
        plt.title("Normal?Q-Q?plot")
        plt.show()



        最終證明,Matplotlib 及其相關(guān)工具的效率很高,但就演示而言它們并不是最好的工具。

        ggplot(2)

        你可能會(huì)問(wèn),「Aaron,ggplot 是 R 中最常用的可視化包,但你不是要寫(xiě) Python 的包嗎?」。人們已經(jīng)在 Python 中實(shí)現(xiàn)了 ggplot2,復(fù)制了這個(gè)包從美化到語(yǔ)法的一切內(nèi)容。

        在我看過(guò)的所有材料中,它的一切都和 ggplot2 很像,但這個(gè)包的好處是它依賴于 Pandas Python 包。不過(guò) Pandas Python 包最近棄用了一些方法,導(dǎo)致 Python 版本不兼容。

        如果你想在 R 中用真正的 ggplot(除了依賴關(guān)系外,它們的外觀、感覺(jué)以及語(yǔ)法都是一樣的),我在另外一篇文章中對(duì)此進(jìn)行過(guò)討論。

        也就是說(shuō),如果你一定要在 Python 中用 ggplot,那你就必須要安裝 0.19.2 版的 Pandas,但我建議你最好不要為了使用較低級(jí)的繪圖包而降低 Pandas 的版本。

        ggplot2(我覺(jué)得也包括 Python 的 ggplot)舉足輕重的原因是它們用「圖形語(yǔ)法」來(lái)構(gòu)建圖片?;厩疤崾悄憧梢詫?shí)例化圖,然后分別添加不同的特征;也就是說(shuō),你可以分別對(duì)標(biāo)題、坐標(biāo)軸、數(shù)據(jù)點(diǎn)以及趨勢(shì)線等進(jìn)行美化。

        下面是 ggplot 代碼的簡(jiǎn)單示例。我們先用 ggplot 實(shí)例化圖,設(shè)置美化屬性和數(shù)據(jù),然后添加點(diǎn)、主題以及坐標(biāo)軸和標(biāo)題標(biāo)簽。
        #All?Salaries
        ggplot(data=df,?aes(x=season_start,?y=salary,?colour=team))?+
        ??geom_point()?+
        ??theme(legend.position="none")?+
        ??labs(title?=?'Salary?Over?Time',?x='Year',?y='Salary?($)')


        Bokeh

        Bokeh 很美。從概念上講,Bokeh 類似于 ggplot,它們都是用圖形語(yǔ)法來(lái)構(gòu)建圖片,但 Bokeh 具備可以做出專業(yè)圖形和商業(yè)報(bào)表且便于使用的界面。為了說(shuō)明這一點(diǎn),我根據(jù) 538 Masculinity Survey 數(shù)據(jù)集寫(xiě)了制作直方圖的代碼:
        import?pandas?as?pd
        from?bokeh.plotting?import?figure
        from?bokeh.io?import?show

        #?is_masc?is?a?one-hot?encoded?dataframe?of?responses?to?the?question:
        #?"Do?you?identify?as?masculine?"

        #Dataframe?Prep
        counts?=?is_masc.sum()
        resps?=?is_masc.columns

        #Bokeh
        p2?=?figure(title='Do?You?View?Yourself?As?Masculine?',
        ??????????x_axis_label='Response',
        ??????????y_axis_label='Count',
        ??????????x_range=list(resps))
        p2.vbar(x=resps,?top=counts,?width=0.6,?fill_color='red',?line_color='black')
        show(p2)

        #Pandas
        counts.plot(kind='bar')

        用 Bokeh 表示調(diào)查結(jié)果

        紅色的條形圖表示 538 個(gè)人關(guān)于「你認(rèn)為自己有男子漢氣概嗎?」這一問(wèn)題的答案。9~14 行的 Bokeh 代碼構(gòu)建了優(yōu)雅且專業(yè)的響應(yīng)計(jì)數(shù)直方圖——字體大小、y 軸刻度和格式等都很合理。

        我寫(xiě)的代碼大部分都用于標(biāo)記坐標(biāo)軸和標(biāo)題,以及為條形圖添加顏色和邊框。在制作美觀且表現(xiàn)力強(qiáng)的圖片時(shí),我更傾向于使用 Bokeh——它已經(jīng)幫我們完成了大量美化工作。


        用 Pandas 表示相同的數(shù)據(jù)

        藍(lán)色的圖是上面的第 17 行代碼。這兩個(gè)直方圖的值是一樣的,但目的不同。在探索性設(shè)置中,用 Pandas 寫(xiě)一行代碼查看數(shù)據(jù)很方便,但 Bokeh 的美化功能非常強(qiáng)大。

        Bokeh 提供的所有便利都要在 matplotlib 中自定義,包括 x 軸標(biāo)簽的角度、背景線、y 軸刻度以及字體(大小、斜體、粗體)等。下圖展示了一些隨機(jī)趨勢(shì),其自定義程度更高:使用了圖例和不同的顏色和線條。

        Bokeh 還是制作交互式商業(yè)報(bào)表的絕佳工具。


        Plotly

        Plotly 非常強(qiáng)大,但用它設(shè)置和創(chuàng)建圖形都要花費(fèi)大量時(shí)間,而且都不直觀。在用 Plotly 忙活了大半個(gè)上午后,我?guī)缀跏裁炊紱](méi)做出來(lái),干脆直接去吃飯了。我只創(chuàng)建了不帶坐標(biāo)標(biāo)簽的條形圖,以及無(wú)法刪掉線條的「散點(diǎn)圖」。Ploty 入門(mén)時(shí)有一些要注意的點(diǎn):

        • 安裝時(shí)要有 API 秘鑰,還要注冊(cè),不是只用 pip 安裝就可以;

        • Plotly 所繪制的數(shù)據(jù)和布局對(duì)象是獨(dú)一無(wú)二的,但并不直觀;

        • 圖片布局對(duì)我來(lái)說(shuō)沒(méi)有用(40 行代碼毫無(wú)意義!)



        但它也有優(yōu)點(diǎn),而且設(shè)置中的所有缺點(diǎn)都有相應(yīng)的解決方法:

        • 你可以在 Plotly 網(wǎng)站和 Python 環(huán)境中編輯圖片;

        • 支持交互式圖片和商業(yè)報(bào)表;

        • Plotly 與 Mapbox 合作,可以自定義地圖;

        • 很有潛力繪制優(yōu)秀圖形。


        以下是我針對(duì)這個(gè)包編寫(xiě)的代碼:
        #plot?1?-?barplot
        #?**note**?-?the?layout?lines?do?nothing?and?trip?no?errors
        data?=?[go.Bar(x=team_ave_df.team,
        ??????????????y=team_ave_df.turnovers_per_mp)]

        layout?=?go.Layout(

        ????title=go.layout.Title(
        ????????text='Turnovers?per?Minute?by?Team',
        ????????xref='paper',
        ????????x=0
        ????),

        ????xaxis=go.layout.XAxis(
        ????????title?=?go.layout.xaxis.Title(
        ????????????text='Team',
        ????????????font=dict(
        ????????????????????family='Courier?New,?monospace',
        ????????????????????size=18,
        ????????????????????color='#7f7f7f'
        ????????????????)
        ????????)
        ????),

        ????yaxis=go.layout.YAxis(
        ????????title?=?go.layout.yaxis.Title(
        ????????????text='Average?Turnovers/Minute',
        ????????????font=dict(
        ????????????????????family='Courier?New,?monospace',
        ????????????????????size=18,
        ????????????????????color='#7f7f7f'
        ????????????????)
        ????????)
        ????),

        ????autosize=True,
        ????hovermode='closest')

        py.iplot(figure_or_data=data,?layout=layout,?filename='jupyter-plot',?sharing='public',?fileopt='overwrite')



        #plot?2?-?attempt?at?a?scatterplot
        data?=?[go.Scatter(x=player_year.minutes_played,
        ??????????????????y=player_year.salary,
        ??????????????????marker=go.scatter.Marker(color='red',
        ??????????????????????????????????????????size=3))]

        layout?=?go.Layout(title="test",
        ????????????????xaxis=dict(title='why'),
        ????????????????yaxis=dict(title='plotly'))

        py.iplot(figure_or_data=data,?layout=layout,?filename='jupyter-plot2',?sharing='public')

        [Image:?image.png]

        表示不同 NBA 球隊(duì)每分鐘平均失誤數(shù)的條形圖。
        表示薪水和在 NBA 的打球時(shí)間之間關(guān)系的散點(diǎn)圖

        總體來(lái)說(shuō),開(kāi)箱即用的美化工具看起來(lái)很好,但我多次嘗試逐字復(fù)制文檔和修改坐標(biāo)軸標(biāo)簽時(shí)卻失敗了。但下面的圖展示了 Plotly 的潛力,以及我為什么要在它身上花好幾個(gè)小時(shí):

        Plotly 頁(yè)面上的一些示例圖

        Pygal

        Pygal 的名氣就不那么大了,和其它常用的繪圖包一樣,它也是用圖形框架語(yǔ)法來(lái)構(gòu)建圖像的。由于繪圖目標(biāo)比較簡(jiǎn)單,因此這是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的繪圖包。使用 Pygal 非常簡(jiǎn)單:

        • 實(shí)例化圖片;

        • 用圖片目標(biāo)屬性格式化;

        • 用 figure.add() 將數(shù)據(jù)添加到圖片中。


        我在使用 Pygal 的過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題在于圖片渲染。必須要用 render_to_file 選項(xiàng),然后在 web 瀏覽器中打開(kāi)文件,才能看見(jiàn)我剛剛構(gòu)建的東西。

        最終看來(lái)這是值得的,因?yàn)閳D片是交互式的,有令人滿意而且便于自定義的美化功能??偠灾?,這個(gè)包看起來(lái)不錯(cuò),但在文件的創(chuàng)建和渲染部分比較麻煩。



        Networkx

        雖然 Networkx 是基于 matplotlib 的,但它仍是圖形分析和可視化的絕佳解決方案。圖形和網(wǎng)絡(luò)不是我的專業(yè)領(lǐng)域,但 Networkx 可以快速簡(jiǎn)便地用圖形表示網(wǎng)絡(luò)之間的連接。以下是我針對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單圖形構(gòu)建的不同的表示,以及一些從斯坦福 SNAP 下載的代碼(關(guān)于繪制小型 Facebook 網(wǎng)絡(luò))。


        我按編號(hào)(1~10)用顏色編碼了每個(gè)節(jié)點(diǎn),代碼如下:
        options?=?{
        ????'node_color'?:?range(len(G)),
        ????'node_size'?:?300,
        ????'width'?:?1,
        ????'with_labels'?:?False,
        ????'cmap'?:?plt.cm.coolwarm
        }
        nx.draw(G,?**options)

        用于可視化上面提到的稀疏 Facebook 圖形的代碼如下:
        import?itertools
        import?networkx?as?nx
        import?matplotlib.pyplot?as?plt

        f?=?open('data/facebook/1684.circles',?'r')
        circles?=?[line.split()?for?line?in?f]
        f.close()

        network?=?[]
        for?circ?in?circles:
        ????cleaned?=?[int(val)?for?val?in?circ[1:]]
        ????network.append(cleaned)

        G?=?nx.Graph()
        for?v?in?network:
        ????G.add_nodes_from(v)

        edges?=?[itertools.combinations(net,2)?for?net?in?network]

        for?edge_group?in?edges:
        ????G.add_edges_from(edge_group)

        options?=?{
        ????'node_color'?:?'lime',
        ????'node_size'?:?3,
        ????'width'?:?1,
        ????'with_labels'?:?False,
        }
        nx.draw(G,?**options)





        這個(gè)圖形非常稀疏,Networkx 通過(guò)最大化每個(gè)集群的間隔展現(xiàn)了這種稀疏化。

        有很多數(shù)據(jù)可視化的包,但沒(méi)法說(shuō)哪個(gè)是最好的。希望閱讀本文后,你可以了解到在不同的情境下,該如何使用不同的美化工具和代碼。

        原文鏈接:https://towardsdatascience.com/reviewing-python-visualization-packages-fa7fe12e622b

        今天的文章就到這里,咋們下次再見(jiàn)!


        ????各種Python案例,點(diǎn)擊名片關(guān)注????

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