python数据可视化

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1. 安装matplotlib

# Mac
pip install --user matplotlib

在Python环境下，使用import matplotlib检测是否安装成功，不报错就是安装成功

2. 绘制简单图形

import matplotlib.pyplot as plt

#图形输入值
input_values = [1,2,3,4,5]
#图形输出值
squares = [1,4,9,16,25]

#plot根据列表绘制出有意义的图形，linewidth是图形线宽，可省略
plt.plot(input_values,squares,linewidth=5)
#设置图标标题
plt.title("Square Numbers",fontsize = 24)
#设置坐标轴标签
plt.xlabel("Value",fontsize = 14)
plt.ylabel("Square of Value",fontsize = 14)
#设置刻度标记的大小
plt.tick_params(axis='both',labelsize = 14)
#打开matplotlib查看器，并显示绘制图形
plt.show()

image

3.绘制点

import matplotlib.pyplot as plt

#绘制散点图(传如一对x和y坐标，在指定位置绘制一个点)
plt.scatter(2,4)
#设置输出样式
plt.scatter(3,5,s=200)
plt.show()

image

4.绘制一系列的点

import matplotlib.pyplot as plt

x_values = [1,2,3,4,5]
y_values = [1,4,9,16,25]

plt.scatter(x_values,y_values,s=100)

plt.show()

image

5. 自动计算数据

import matplotlib.pyplot as plt

x_values = list(range(1,1001))
y_values = [x**2 for x in x_values]

plt.scatter(x_values,y_values,s=100)

#设置每个坐标轴的取值范围（x轴取值，y轴取值）
plt.axis([0,1100,0,1100000])
plt.show()

image

6. 删除数据点的轮廓

import matplotlib.pyplot as plt

x_values = list(range(1,1001))
y_values = [x**2 for x in x_values]

#matplotlib允许你给散点图中的各个点指定颜色。默认为蓝色点和黑色轮廓，在散点图包含的 数据点不多时效果很好。但绘制很多点时，黑色轮廓可能会粘连在一起。
#edgecolor='none'删除数据点的轮廓
plt.scatter(x_values,y_values,edgecolor='none', s=40)

#设置每个坐标轴的取值范围
plt.axis([0,1100,0,1100000])
plt.show()

image

7. 自定义颜色c=''直接传颜色或元组都可以

import matplotlib.pyplot as plt

x_values = list(range(1,1001))
y_values = [x**2 for x in x_values]

#matplotlib允许你给散点图中的各个点指定颜色。默认为蓝色点和黑色轮廓，在散点图包含的 数据点不多时效果很好。但绘制很多点时，黑色轮廓可能会粘连在一起。
#edgecolor='none'删除数据点的轮廓
plt.scatter(x_values, y_values,c='red', edgecolor='none', s=40)
# plt.scatter(x_values, y_values, c=(0, 0, 0.8), edgecolor='none', s=40)

#设置每个坐标轴的取值范围
plt.axis([0,1100,0,1100000])
plt.show()

image

8. 使用颜色映射

import matplotlib.pyplot as plt

x_values = list(range(1,1001))
y_values = [x**2 for x in x_values]

#matplotlib允许你给散点图中的各个点指定颜色。默认为蓝色点和黑色轮廓，在散点图包含的 数据点不多时效果很好。但绘制很多点时，黑色轮廓可能会粘连在一起。
#edgecolor='none'删除数据点的轮廓
plt.scatter(x_values, y_values,c=y_values,cmap=plt.cm.Blues, edgecolor='none', s=40)

#设置每个坐标轴的取值范围
plt.axis([0,1100,0,1100000])
plt.show()

将c设置成一个y值列表，并使用参数cmap告诉pyplot使用那个颜色映射，这些代码将y值较小的点显示为浅蓝色，将y值较大的点显示为深蓝色

image

9. 自动保存图表

import matplotlib.pyplot as plt

x_values = list(range(1,1001))
y_values = [x**2 for x in x_values]

#matplotlib允许你给散点图中的各个点指定颜色。默认为蓝色点和黑色轮廓，在散点图包含的 数据点不多时效果很好。但绘制很多点时，黑色轮廓可能会粘连在一起。
#edgecolor='none'删除数据点的轮廓
plt.scatter(x_values, y_values,c=y_values,cmap=plt.cm.Blues, edgecolor='none', s=40)

#设置每个坐标轴的取值范围
plt.axis([0,1100,0,1100000])
# plt.show()
#参数1指定要以什么样的文件名保存图表，保存和代码的同目录下，第二个参数表示要将多余的空白区域剪掉，要保留空白区域，可省略第二个参数
plt.savefig('squares_plot.png',bbox_inches='tight')

image

10. 练习题

动手试一试
15-1 立方:数字的三次方被称为其立方。请绘制一个图形，显示前 5 个整数的立方 值，再绘制一个图形，显示前 5000 个整数的立方值。
15-2 彩色立方:给你前面绘制的立方图指定颜色映射。

import matplotlib.pyplot as plt

# #图形输入值
# input_values = [1,2,3,4,5]
# #图形输出值
# square = [1,8,27,64,125]

# plt.scatter(input_values,square,linewidth = 5)

# plt.title("cube",fontsize = 24)
# plt.show()

input_values = list(range(0,5000))

square = [x**3 for x in input_values]

plt.scatter(input_values,square,c=input_values,cmap=plt.cm.Reds,edgecolor='none',s=40);
plt.show()

image

11. 随机漫步（绘制随机漫步图）

from random import choice

class RandomWalk(object):
    """一个生成随机漫步数据的类"""
    def __init__(self, num_points = 5000):
        """初始化随机漫步的属性"""
        #存储随机漫步次数的变量
        self.num_points = num_points
        #所有随机漫步都始于(0,0)
        #分别存储随机漫步经过的每个点的x和y坐标
        self.x_values = [0]
        self.y_values = [0]

    def fill_walk(self):
        """计算随机漫步包含的所有点"""

        #不断漫步，直到列表达到指定的长度
        while len(self.x_values) < self.num_points:
            #决定前进方向以及沿这个方向前进的距离
            x_direction = choice([1,-1])
            x_distance = choice([0,1,2,3,4])
            x_step = x_direction * x_distance

            y_direction = choice([1,-1])
            y_distance = choice([0,1,2,3,4])
            y_step = y_direction * y_distance

            #拒绝原地踏步
            if x_step == 0 and y_step == 0:
                continue

            #计算下一个点的x值和y值
            next_x = self.x_values[-1] + x_step
            next_y = self.y_values[-1] +y_step

            self.x_values.append(next_x)
            self.y_values.append(next_y)
        pass

绘制随机漫步图

import matplotlib.pyplot as plt

from random_walk import RandomWalk

#创建一个RandomWalk实例，并将其包含的点都绘制出来

rw = RandomWalk()

rw.fill_walk()

plt.scatter(rw.x_values,rw.y_values,s=15)
plt.show()

image

12. 模拟多次随机漫步

import matplotlib.pyplot as plt

from random_walk import RandomWalk

#只要程序处于活动状态，就不断的模拟漫步

while True:
    #创建一个RandomWalk实例，并将其包含的点都绘制出来
    rw = RandomWalk()
    rw.fill_walk()

    plt.scatter(rw.x_values,rw.y_values,s=15)
    plt.show()

    keep_running = input("Make another walk?(y/n)")
    if keep_running=='n':
        break

13. 给点着色

import matplotlib.pyplot as plt

from random_walk import RandomWalk

#只要程序处于活动状态，就不断的模拟漫步

while True:
    #创建一个RandomWalk实例，并将其包含的点都绘制出来
    rw = RandomWalk()
    rw.fill_walk()

    point_numbers = list(range(rw.num_points))

    plt.scatter(rw.x_values,rw.y_values,c=point_numbers,cmap=plt.cm.Blues,edgecolor='none',s=15)
    plt.show()

    keep_running = input("Make another walk?(y/n)")
    if keep_running=='n':
        break

image

14. 重新绘制起点和终点

import matplotlib.pyplot as plt

from random_walk import RandomWalk

#只要程序处于活动状态，就不断的模拟漫步

while True:
    #创建一个RandomWalk实例，并将其包含的点都绘制出来
    rw = RandomWalk()
    rw.fill_walk()

    point_numbers = list(range(rw.num_points))

    plt.scatter(rw.x_values,rw.y_values,c=point_numbers,cmap=plt.cm.Blues,edgecolors='none',s=15)

    #突出起点和终点
    plt.scatter(0,0,c='green',edgecolor='none',s=100)
    plt.scatter(rw.x_values[-1],rw.y_values[-1],c='red',edgecolors='none',s=100)

    plt.show()

    keep_running = input("Make another walk?(y/n)")
    if keep_running=='n':
        break

image

15. 隐藏坐标轴

while True:
    #创建一个RandomWalk实例，并将其包含的点都绘制出来
    rw = RandomWalk()
    rw.fill_walk()

    point_numbers = list(range(rw.num_points))

    plt.scatter(rw.x_values,rw.y_values,c=point_numbers,cmap=plt.cm.Blues,edgecolors='none',s=15)

    #突出起点和终点
    plt.scatter(0,0,c='green',edgecolor='none',s=100)
    plt.scatter(rw.x_values[-1],rw.y_values[-1],c='red',edgecolors='none',s=100)

    #隐藏坐标轴
    plt.axes().get_xaxis().set_visible(False)
    plt.axes().get_yaxis().set_visible(False)

    plt.show()

    keep_running = input("Make another walk?(y/n)")
    if keep_running=='n':
        break

image

16. 增加点数（增加点数，将每个点的大小调小）

while True:
    #创建一个RandomWalk实例，并将其包含的点都绘制出来
    rw = RandomWalk(50000)
    rw.fill_walk()

    point_numbers = list(range(rw.num_points))

    plt.scatter(rw.x_values,rw.y_values,c=point_numbers,cmap=plt.cm.Blues,edgecolors='none',s=1)

    #突出起点和终点
    plt.scatter(0,0,c='green',edgecolor='none',s=100)
    plt.scatter(rw.x_values[-1],rw.y_values[-1],c='red',edgecolors='none',s=100)

    #隐藏坐标轴
    plt.axes().get_xaxis().set_visible(False)
    plt.axes().get_yaxis().set_visible(False)

    plt.show()

    keep_running = input("Make another walk?(y/n)")
    if keep_running=='n':
        break

image

16.调整尺寸以适应屏幕

while True:
    #创建一个RandomWalk实例，并将其包含的点都绘制出来
    rw = RandomWalk(50000)
    rw.fill_walk()

    #设置绘图窗口的尺寸
    #figure()用于指定图表的宽度，高度，分辨率黑背景色figsize需要指定一个元组，单位英寸,dpi是分辨率，可传可不传
    plt.figure(dpi=128,figsize=(10,6))

    point_numbers = list(range(rw.num_points))

    plt.scatter(rw.x_values,rw.y_values,c=point_numbers,cmap=plt.cm.Blues,edgecolors='none',s=1)

    #突出起点和终点
    plt.scatter(0,0,c='green',edgecolor='none',s=100)
    plt.scatter(rw.x_values[-1],rw.y_values[-1],c='red',edgecolors='none',s=100)

    #隐藏坐标轴
    plt.axes().get_xaxis().set_visible(False)
    plt.axes().get_yaxis().set_visible(False)

    plt.show()

    keep_running = input("Make another walk?(y/n)")
    if keep_running=='n':
        break

17. 练习1

分子运动:修改 rw_visual.py，将其中的 plt.scatter()替换为 plt.plot()。为 模拟花粉在水滴表面的运动路径，向 plt.plot()传递 rw.x_values 和 rw.y_values，并 指定实参值 linewidth。使用 5000 个点而不是 50 000 个点。

while True:
    #创建一个RandomWalk实例，并将其包含的点都绘制出来
    rw = RandomWalk(5000)
    rw.fill_walk()

    #设置绘图窗口的尺寸
    #figure()用于指定图表的宽度，高度，分辨率黑背景色figsize需要指定一个元组，单位英寸,dpi是分辨率，可传可不传
    plt.figure(dpi=128,figsize=(10,6))

    point_numbers = list(range(rw.num_points))

    plt.plot(rw.x_values,rw.y_values,linewidth=1)
    # plt.scatter(rw.x_values,rw.y_values,c=point_numbers,cmap=plt.cm.Blues,edgecolors='none',s=1)

    #突出起点和终点
    # plt.scatter(0,0,c='green',edgecolor='none',s=100)
    # plt.scatter(rw.x_values[-1],rw.y_values[-1],c='red',edgecolors='none',s=100)

    #隐藏坐标轴
    plt.axes().get_xaxis().set_visible(False)
    plt.axes().get_yaxis().set_visible(False)

    plt.show()

    keep_running = input("Make another walk?(y/n)")
    if keep_running=='n':
        break

image

18. 练习2

改进的随机漫步:在类 RandomWalk 中，x_step 和 y_step 是根据相同的条件生 8
成的:从列表[1, -1]中随机地选择方向，并从列表[0, 1, 2, 3, 4]中随机地选择距离。 请修改这些列表中的值，看看对随机漫步路径有何影响。尝试使用更长的距离选择列表， 如 0~8;或者将1 从 x 或 y 方向列表中删除。

    def fill_walk(self):
        """计算随机漫步包含的所有点"""

        #不断漫步，直到列表达到指定的长度
        while len(self.x_values) < self.num_points:
            #决定前进方向以及沿这个方向前进的距离
            x_direction = choice([1])
            x_distance = choice([0,1,2,3,4,5,6,7,8])
            x_step = x_direction * x_distance

            y_direction = choice([1])
            y_distance = choice([0,1,2,3,4,5,6,7,8])
            y_step = y_direction * y_distance

            #拒绝原地踏步
            if x_step == 0 and y_step == 0:
                continue

            #计算下一个点的x值和y值
            next_x = self.x_values[-1] + x_step
            next_y = self.y_values[-1] +y_step

            self.x_values.append(next_x)
            self.y_values.append(next_y)
        pass

image