純Python輕松開發(fā)實(shí)時(shí)可視化儀表盤

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2021-04-29 05:30

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本文示例代碼已上傳至我的Github倉(cāng)庫(kù)https://github.com/CNFeffery/DataScienceStudyNotes
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1 簡(jiǎn)介

這是我的系列教程「Python+Dash快速web應(yīng)用開發(fā)」的第十五期，在前面的一系列教程中，我們針對(duì)Dash中的各種常用基礎(chǔ)概念作了比較詳細(xì)的介紹，如果前面的教程你有認(rèn)真學(xué)習(xí)，那么相信到今天你已經(jīng)有能力開發(fā)初具規(guī)模的Dash應(yīng)用了。

而在Dash生態(tài)中還有一系列功能比較特殊但又非常實(shí)用的部件，今天的文章我們就來學(xué)習(xí)這些常用的「特殊部件」。

圖1

2 Dash中的常用特殊功能部件

2.1 用Store()來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)

在dash_core_components中有著很多功能特殊的部件，Store()就是其中之一，它的功能十分的簡(jiǎn)單，就是用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，譬如存儲(chǔ)一些數(shù)值、字符串等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型或者把Python中的列表、字典等作為json格式數(shù)據(jù)存進(jìn)去。

Store()的主要參數(shù)/屬性除了id之外，還有：

data，代表其所存放的數(shù)據(jù)，也是我們編寫回調(diào)函數(shù)時(shí)關(guān)注的屬性；

modified_timestamp，用于記錄最后一次data屬性被修改的時(shí)間戳，通常用不到；

storage_type，用于設(shè)置存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的生命周期，有3種，storage_type='memory'時(shí)生命周期最短，只要頁面一刷新，data就會(huì)恢復(fù)初始狀態(tài)；storage_type='session'時(shí)，只有瀏覽器被關(guān)閉時(shí)data才會(huì)被重置；而最后一種storage_type='local'時(shí)，會(huì)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地緩存中，只有手動(dòng)清除，data才會(huì)被重置。

話不多說，直接來看一個(gè)直觀的例子：

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app1.py
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import dash
import dash_core_components as dcc
import dash_bootstrap_components as dbc
from dash.dependencies import Input, Output

app = dash.Dash(__name__)

app.layout = dbc.Container(
    [
        dbc.Form(
            [
                dbc.FormGroup(
                    [
                        dbc.Label('storage = "memory"時(shí)'),
                        dbc.Input(id='input-memory1', autoComplete='off'),
                        dbc.Input(id='input-memory2', style={'margin-top': '3px'}),
                        dcc.Store(id='data-in-memory')
                    ]
                ),
                dbc.FormGroup(
                    [
                        dbc.Label('storage = "session"時(shí)'),
                        dbc.Input(id='input-session1', autoComplete='off'),
                        dbc.Input(id='input-session2', style={'margin-top': '3px'}),
                        dcc.Store(id='data-in-session', storage_type='session')
                    ]
                ),
                dbc.FormGroup(
                    [
                        dbc.Label('storage = "local"時(shí)'),
                        dbc.Input(id='input-local1', autoComplete='off'),
                        dbc.Input(id='input-local2', style={'margin-top': '3px'}),
                        dcc.Store(id='data-in-local', storage_type='local')
                    ]
                ),
            ]
        )
    ],
    style={
        'margin-top': '100px',
        'max-width': '600px'
    }
)


# memory對(duì)應(yīng)回調(diào)
@app.callback(
    Output('data-in-memory', 'data'),
    Input('input-memory1', 'value')
)
def data_in_memory_save_data(value):
    if value:
        return value

    return dash.no_update


@app.callback(
    Output('input-memory2', 'placeholder'),
    Input('data-in-memory', 'data')
)
def data_in_memory_placeholder(data):
    if data:
        return data

    return dash.no_update


# session對(duì)應(yīng)回調(diào)
@app.callback(
    Output('data-in-session', 'data'),
    Input('input-session1', 'value')
)
def data_in_session_save_data(value):
    if value:
        return value

    return dash.no_update


@app.callback(
    Output('input-session2', 'placeholder'),
    Input('data-in-session', 'data')
)
def data_in_session_placeholder(data):
    if data:
        return data

    return dash.no_update


# local對(duì)應(yīng)回調(diào)
@app.callback(
    Output('data-in-local', 'data'),
    Input('input-local1', 'value')
)
def data_in_local_save_data(value):
    if value:
        return value

    return dash.no_update


@app.callback(
    Output('input-local2', 'placeholder'),
    Input('data-in-local', 'data')
)
def data_in_local_placeholder(data):
    if data:
        return data

    return dash.no_update


if __name__ == '__main__':
    app.run_server(debug=True)

可以看到，不同storage參數(shù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，生命周期有著很大的區(qū)別：

圖2

就是憑借著這種自由存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的特性，Store()可以幫助我們完成很多非常實(shí)用的功能，我們會(huì)在本文最后的例子里進(jìn)行展示。

2.2 用Interval()實(shí)現(xiàn)周期性回調(diào)

同樣是dash_core_components中的組件，Interval()的功能也很有意思，它可以幫助我們實(shí)現(xiàn)周期性自動(dòng)回調(diào)，譬如開發(fā)一個(gè)實(shí)時(shí)股價(jià)系統(tǒng)，每隔一段時(shí)間就從后臺(tái)獲取最新的數(shù)據(jù)，無需我們手動(dòng)刷新頁面，其主要的參數(shù)/屬性有：

n_intervals，Interval()的核心屬性，所謂的自動(dòng)更新實(shí)際上就是自動(dòng)對(duì)n_intervals的遞增過程；

interval，數(shù)值型，用于設(shè)置每隔多少毫秒對(duì)n_intervals的值進(jìn)行一次遞增，默認(rèn)為1000即1秒；

max_intervals，int型，用于設(shè)置在經(jīng)歷多少次遞增后，不再繼續(xù)自動(dòng)更新，默認(rèn)為-1即不限制；

disabled，bool型，默認(rèn)為False，用于設(shè)置是否停止遞增更新過程，如果說max_intervals控制的過程是for循環(huán)的話，disabled就是while循環(huán)，我們可以利用它自行編寫邏輯在特定的條件下停止Interval()的遞增過程。

下面我們從一個(gè)偽造數(shù)據(jù)的股價(jià)實(shí)時(shí)更新系統(tǒng)例子中進(jìn)一步理解Interval()的作用：

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app2.py
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import dash
import numpy as np
import dash_core_components as dcc
import dash_html_components as html
import dash_bootstrap_components as dbc
from dash.dependencies import Input, Output, State

app = dash.Dash(__name__)

app.layout = dbc.Container(
    [
        html.P(
            [
                html.Strong('貴州茅臺(tái)(600519)'),
                '最新股價(jià)：',
                html.Span('2108.94', id='latest-price')
            ]
        ),
        dcc.Interval(id='demo-interval', interval=1000)
    ],
    style={
        'margin-top': '100px'
    }
)


@app.callback(
    [Output('latest-price', 'children'),
     Output('latest-price', 'style')],
    Input('demo-interval', 'n_intervals'),
    State('latest-price', 'children')
)
def fake_price_generator(n_intervals, latest_price):
    fake_price = float(latest_price) + np.random.normal(0, 0.1)

    if fake_price > float(latest_price):
        return f'{fake_price:.2f}', {'color': 'red', 'background-color': 'rgba(195, 8, 26, 0.2)'}

    elif fake_price < float(latest_price):
        return f'{fake_price:.2f}', {'color': 'green', 'background-color': 'rgba(50, 115, 80, 0.2)'}

    return f'{fake_price:.2f}', {'background-color': 'rgba(113, 120, 117, 0.2)'}


if __name__ == '__main__':
    app.run_server(debug=True)

哈哈，是不是非常的實(shí)用~

圖3

2.3 利用ColorPicker()進(jìn)行交互式色彩設(shè)置

接下來我們要介紹的這個(gè)很有意思的部件來自Dash的官方依賴dash_daq，它并不是自帶的，我們需要用pip進(jìn)行安裝。

ColorPicker()的功能是渲染出一個(gè)交互式的色彩選擇部件，使得我們可以更方便更直觀地選擇色彩值，其主要參數(shù)/屬性有：

label，字符串或字典，若只傳入字符串，則傳入的文字會(huì)作為渲染出的色彩選擇器的標(biāo)題，若傳入字典，其label鍵值對(duì)用于設(shè)置標(biāo)題文本內(nèi)容，style參數(shù)用于自定義css樣式；

labelPosition，字符型，top時(shí)標(biāo)題會(huì)置于頂部，bottom時(shí)會(huì)置于底部；

size，設(shè)置部件整體的像素寬度

value，字典型，作為參數(shù)時(shí)可以用來設(shè)定色彩選擇器的初始色彩，作為屬性時(shí)可以獲取當(dāng)前色彩選擇器的選定色彩，hex鍵值對(duì)可以直接獲取十六進(jìn)制色彩值，rgb鍵對(duì)應(yīng)的值為包含r、g、b和a四個(gè)鍵值對(duì)的字典，即構(gòu)成rgba色彩值的三通道+透明度值。

讓我們通過下面這個(gè)簡(jiǎn)單的例子來認(rèn)識(shí)它的工作過程：

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app3.py
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import dash
import dash_daq as daq
import dash_html_components as html
import dash_bootstrap_components as dbc
from dash.dependencies import Input, Output

app = dash.Dash(__name__)

app.layout = dbc.Container(
    [
        daq.ColorPicker(
            id='color-picker',
            label={
                'label': '色彩選擇器',
                'style': {
                    'font-size': '18px',
                    'font-family': 'SimHei',
                    'font-weight': 'bold'
                }
            },
            size=400,
            value=dict(hex="#120E03")
        ),
        html.P(
            '測(cè)試'*100,
            id='demo-p',
            style={
                'margin-top': '20px'
            }
        )
    ],
    style={
        'margin-top': '30px',
        'max-width': '500px'
    }
)

app.clientside_callback(
    """
    function(color) {
        return {'color': color.hex, 'margin-top': '20px'};
    }
    """,
    Output('demo-p', 'style'),
    Input('color-picker', 'value')
)

if __name__ == '__main__':
    app.run_server(debug=True)

動(dòng)圖錄制出來因?yàn)楸粔嚎s了所以色彩區(qū)域看起來跟打了碼似得：

圖4

實(shí)際上是這樣的：

圖5

2.4 利用DashDatetimepicker()進(jìn)行時(shí)間范圍選擇

接下來我要給大家介紹的這個(gè)部件DashDatetimepicker()也是來自第三方庫(kù)，它基于react-datetime，可以幫助我們創(chuàng)建進(jìn)行日期選擇功能的部件（其實(shí)dash-core_components中也有類似功能的DatePickerRange()部件，但是太丑了，而且對(duì)中文支持的不好）。

使用pip install dash_datetimepicker完成安裝之后，默認(rèn)的部件月份和星期的名稱顯示都是英文的，我通過對(duì)相關(guān)的js源碼略加修改之后，便可以使用中文了，大家使用的時(shí)候把本期附件中的dash_datetimepicker.min.js放到assets目錄下即可。

DashDatetimepicker()使用起來非常簡(jiǎn)單，除了id之外，我們只需要在回調(diào)中獲取它的startDate與endDate屬性即可捕獲到用戶設(shè)置的日期時(shí)間范圍（在回調(diào)中我們接收到的開始結(jié)束時(shí)間需要加上8個(gè)小時(shí)，這是個(gè)bug）：

?
app4.py
?

import dash
import pandas as pd
import dash_datetimepicker
import dash_html_components as html
import dash_bootstrap_components as dbc
from dash.dependencies import Input, Output

app = dash.Dash(__name__)

app.layout = dbc.Container(
    [
        dash_datetimepicker.DashDatetimepicker(id="datetime-picker"),
        html.H6(id='datetime-output', style={'margin-top': '20px'})
    ],
    style={
        'margin-top': '100px',
        'max-width': '600px'
    }
)


@app.callback(
    Output('datetime-output', 'children'),
    [Input('datetime-picker', 'startDate'),
     Input('datetime-picker', 'endDate')]
)
def datetime_range(startDate, endDate):
    # 修正8小時(shí)時(shí)間差bug并格式化為字符串
    startDate = (pd.to_datetime(startDate) + pd.Timedelta(hours=8)).strftime('%Y-%m-%d %H:%M')
    endDate = (pd.to_datetime(endDate) + pd.Timedelta(hours=8)).strftime('%Y-%m-%d %H:%M')

    return f'從 {startDate} 到 {endDate}'


if __name__ == "__main__":
    app.run_server(debug=True)

圖6

3 動(dòng)手打造一個(gè)實(shí)時(shí)可視化大屏

在學(xué)習(xí)完今天的內(nèi)容之后，我們就可以做一些功能上很amazing的事情——搭建一個(gè)實(shí)時(shí)更新的可視化儀表盤。

思路其實(shí)很簡(jiǎn)單，主要用到今天學(xué)習(xí)到的Interval()與Store()，原理是先從官網(wǎng)靜態(tài)的案例中移植js代碼到Dash的瀏覽器端回調(diào)中，構(gòu)建出輸入為Store()的data的回調(diào)函數(shù)；

再利用Interval()的n_intervals觸發(fā)Store()的data更新，從而實(shí)現(xiàn)這套從數(shù)據(jù)更新到圖表更新的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。效果如下：