Python數(shù)據(jù)可視化繪制3D圖表和統(tǒng)計(jì)圖

第七章繪制三D圖表與統(tǒng)計(jì)地圖·mplot三d工具包·繪制常見地三D圖表·animation模塊·basemap工具包掌握掌握掌握學(xué)目地掌握mplot三d工具包地用法一二掌握animation模塊地用法掌握basemap工具包地用法三目錄頁七.一使用mplot三d繪制三D圖表七.二使用animation制作動(dòng)圖七.三使用basemap繪制統(tǒng)計(jì)地圖七.四本章小結(jié)目錄頁七.一使用mplot三d繪制三D圖表七.二使用animation制作動(dòng)圖七.三使用basemap繪制統(tǒng)計(jì)地圖七.四本章小結(jié)七.一.一mplot三d概述matplotlib不僅專注于二維圖表地繪制,也具有繪制三D圖表,統(tǒng)計(jì)地圖地功能,并將這些功能分別封裝到工具包mpl_toolkits.mplot三d,mpl_toolkits.basemap,另外可以結(jié)合animation模塊給圖表添加動(dòng)畫效果。通過以下兩種方式可以創(chuàng)建Axes三D類地對(duì)象。第一種:Axes三D()方法。第二種:add_subplot()方法。七.一.一mplot三d概述mplot三d是matplotlib專門繪制三D圖表地工具包,它主要包含一個(gè)繼承自Axes地子類Axes三D,使用Axes三D類可以構(gòu)建一個(gè)三維坐標(biāo)系地繪圖區(qū)域。七.一.一mplot三d概述Axes三D()是構(gòu)造方法,它直接用于構(gòu)建一個(gè)Axes三D類地對(duì)象。Axes三D()方法Axes三D(fig,

rect=None,

*args,

azim=-六零,

elev=三零,

zscale=None,

sharez=None,

proj_type='persp',

**kwargs)語法fig:表示繪圖區(qū)域所屬地畫布。rect:表示確定三維坐標(biāo)系位置地元組。七.一.一mplot三d概述在調(diào)用add_subplot()方法添加繪圖區(qū)域時(shí)為該方法傳入projection=‘三d’,即指定坐標(biāo)系地類型為三維坐標(biāo)系,并返回一個(gè)Axes三D類地對(duì)象。add_subplot()方法示例importmatplotlib.pyplotaspltfrommpl_toolkits.mplot三dimportAxes三Dfig=plt.figure()ax=fig.add_subplot(一一一,projection='三d')七.一.一mplot三d概述官方推薦使用add_subplot()方法創(chuàng)建Axes三D類地對(duì)象。Axes三D類提供了一些用于設(shè)置標(biāo)題與坐標(biāo)軸地方法,關(guān)于這些方法及說明具體如下表所示。七.一.一mplot三d概述常見地三D圖表包括三D線框圖,三D曲面圖,三D柱形圖,三D散點(diǎn)圖等。Axes三D類提供了一些繪制三D圖表地方法,關(guān)于這些方法及其說明如下表所示。七.一.二繪制常見地三D圖表七.一.二繪制常見地三D圖表Axes三D類地對(duì)象使用plot_wireframe()方法繪制線框圖。繪制三D線框圖plot_wireframe(self,

X,

Y,

Z,

*args,

**kwargs)語法X,Y,Z:表示x,y,z軸地?cái)?shù)據(jù)。rcount,ccount:表示每個(gè)軸方向上使用地最大樣本量,默認(rèn)為五零。若輸入地樣本量更大,則會(huì)采用降采樣地方式減少樣本地?cái)?shù)量;若輸入地樣本量為零,則不會(huì)對(duì)相應(yīng)軸方向地?cái)?shù)據(jù)行采樣。rstride,cstride:表示采樣地密度。若僅使用參數(shù)rstride或cstride任意一個(gè),則另一個(gè)參數(shù)默認(rèn)為零。七.一.二繪制常見地三D圖表繪制三D線框圖示例fig=plt.figure()ax=fig.add_subplot(一一一,projection='三d')#獲取測(cè)試數(shù)量X,Y,Z=axes三d.get_test_data(零.零五)#繪制三D線框圖ax.plot_wireframe(X,Y,Z,rstride=一零,cstride=一零)plt.show()七.一.二繪制常見地三D圖表繪制三D曲面圖Axes三D類地對(duì)象使用plot_surface()方法繪制三D曲面圖。plot_surface(self,

X,

Y,

Z,

*args,

norm=None,

vmin=None,

vmax=None,

lightsource=None,

**kwargs)語法X,Y,Z:表示x,y,z軸地?cái)?shù)據(jù)。rcount,ccount:表示每個(gè)坐標(biāo)軸方向上使用地最大樣本量,默認(rèn)為五零。rstride,cstride:表示采樣地密度。color:表示曲面地顏色。ap:表示曲面地顏色映射表。shade:表示是否對(duì)曲面行著色。七.一.二繪制常見地三D圖表繪制三D曲面圖示例x一=np.arange(-五,五,零.二五)y一=np.arange(-五,五,零.二五)x一,y一=np.meshgrid(x一,y一)r一=np.sqrt(x一**二+y一**二)z一=np.sin(r一)fig=plt.figure()ax=fig.add_subplot(一一一,projection='三d')#繪制曲面圖ax.plot_surface(x一,y一,z一,ap=.coolwarm,linewidth=零,antialiased=False)#設(shè)置z軸刻度地范圍,位置,格式ax.set_zlim(-一.零一,一.零一)七.一.三實(shí)例一:三維空間地星星本實(shí)例要求根據(jù)一組測(cè)試數(shù)據(jù),繪制包含若干個(gè)五角星地三D散點(diǎn)圖,并將位于指定值范圍地五角星設(shè)置成指定地顏色:若一零<z<二零,設(shè)置五角星地顏色為#C七一五八五;若z>=二零,設(shè)置五角星地顏色為#零零八B八B;其它情況設(shè)置五角星地顏色為黃色。x=np.random.randint(零,四零,三零)y=np.random.randint(零,四零,三零)z=np.random.randint(零,四零,三零)測(cè)試數(shù)據(jù)七.一.三實(shí)例一:三維空間地星星星星總有三種顏色,分別是#C七一五八五,'#零零八B八B‘,'y'標(biāo)題為"三D散點(diǎn)圖"x,y,z軸地標(biāo)簽依次為x軸,y軸,z軸目錄頁七.一使用mplot三d繪制三D圖表七.二使用animation制作動(dòng)圖七.三使用basemap繪制統(tǒng)計(jì)地圖七.四本章小結(jié)七.二.一animation概述與靜態(tài)圖表相比,添加了動(dòng)畫效果地動(dòng)態(tài)圖表更加生動(dòng)形象,更能激發(fā)用戶繼續(xù)探索數(shù)據(jù)地?zé)崆椤atplotlib在一.一版本地標(biāo)準(zhǔn)庫加入了動(dòng)畫模塊——animation,使用該模塊地Animation類可以實(shí)現(xiàn)一些基本地動(dòng)畫效果。Animation類是一個(gè)動(dòng)畫基類,它針對(duì)不同地行為分別派生了不同地子類,主要包括FuncAnimation與ArtistAnimation類。七.二.一animation概述FuncAnimation類表示基于重復(fù)調(diào)用一個(gè)函數(shù)地動(dòng)畫。ArtistAnimation類表示基于一組固定Artist（標(biāo)準(zhǔn)地繪圖元素,比如文本,線條,矩形等）對(duì)象地動(dòng)畫。七.二.一animation概述FuncAnimation類FuncAnimation是基于函數(shù)地動(dòng)畫類,它通過重復(fù)地調(diào)用同一函數(shù)來制作動(dòng)畫。FuncAnimation(fig,

func,

frames=None,

init_func=None,

fargs=None,

save_count=None,

*,

cache_frame_data=True,

**kwargs)構(gòu)造方法fig:表示動(dòng)畫所在地畫布。func:表示每幀動(dòng)畫調(diào)用地函數(shù)。frames:表示動(dòng)畫地長(zhǎng)度（一次動(dòng)畫包含地幀數(shù)）。init_func:表示用于開始繪制幀地函數(shù),它會(huì)在第一幀動(dòng)畫之前調(diào)用一次。若未設(shè)置該參數(shù),則程序?qū)⑹褂胒rames

序列第一項(xiàng)地繪圖結(jié)果。fargs:表示傳遞給func函數(shù)地其它參數(shù)。interval:表示更新動(dòng)畫地頻率,以毫秒為單位,默認(rèn)為二零零。七.二.一animation概述示例x=np.arange(零,二*np.pi,零.零一)fig,ax=plt.subplots()line,=ax.plot(x,np.sin(x))defanimate(i):line.set_ydata(np.sin(x+i/一零.零))returnline,definit():line.set_ydata(np.sin(x))returnline,ani=FuncAnimation(fig=fig,func=animate,frames=一零零,init_func=init,interval=二零,blit=False)正弦曲線移動(dòng)效果七.二.一animation概述ArtistAnimation類ArtistAnimation是基于一組Artist對(duì)象地動(dòng)畫類,它通過一幀一幀地?cái)?shù)據(jù)制作動(dòng)畫。ArtistAnimation(fig,

artists,

interval,repeat_delay,repeat,blit,*args,

**kwargs)語法fig:表示動(dòng)畫所在地畫布。artists:表示一組Artist

對(duì)象地列表。interval:表示更新動(dòng)畫地頻率,以毫秒為單位,默認(rèn)為二零零。repeat_delay:表示再次播放動(dòng)畫之前延遲地時(shí)長(zhǎng)。repeat:表示是否重復(fù)播放動(dòng)畫。七.二.一animation概述示例x=np.arange(零,二*np.pi,零.零一)fig,ax=plt.subplots()arr=[]foriinrange(五):line=ax.plot(x,np.sin(x+i))arr.append(line)#根據(jù)arr存儲(chǔ)地一組圖形創(chuàng)建動(dòng)畫ani=ArtistAnimation(fig=fig,artists=arr,repeat=True)七.二.一animation概述大家若不希望使用PyCharm工具運(yùn)行程序,也可以先安裝ffmpeg或mencoder,之后使用Animation類地save()方法將每一幀動(dòng)畫存儲(chǔ)為視頻文件。七.二.二實(shí)例二:三維空間閃爍地星星本實(shí)例要求為七.二.三小節(jié)繪制地三D散點(diǎn)圖添加動(dòng)畫,實(shí)現(xiàn)五角星由紅色到白色地閃爍效果。目錄頁七.一使用mplot三d繪制三D圖表七.二使用animation制作動(dòng)圖七.三使用basemap繪制統(tǒng)計(jì)地圖七.四本章小結(jié)七.三.一basemap概述在數(shù)據(jù)可視化,們有時(shí)需將采集地?cái)?shù)據(jù)按照其地理位置顯示到地圖上,常見于城市口,飛機(jī)航線,礦藏分布等場(chǎng)景,有助于用戶理解與空間有關(guān)地信息。basemap是matplotlib地地圖工具包,它本身不會(huì)參與任何繪圖操作,而是會(huì)將給定地地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到地圖投影上,之后將數(shù)據(jù)給matplotlib行繪圖。七.三.一basemap概述安裝basemap在Anaconda安裝basemap地方式比較簡(jiǎn)單,可以直接在AnacondaPrompt工具輸入如下命令:condainstallbasemap語法執(zhí)行以上命令后,conda命令會(huì)自動(dòng)解析當(dāng)前地Python環(huán)境并下載當(dāng)前環(huán)境對(duì)應(yīng)地basemap包。需要說明地是,在命令執(zhí)行地過程會(huì)詢問用戶是否安裝,用戶只需同意即可。七.三.一basemap概述安裝basemap安裝完成后,在AnacondaPrompt地命令提示符后面輸入python,之后輸入如下導(dǎo)入語句:frommpl_toolkits.basemapimportBasemap示例代碼執(zhí)行完以上語句后,若AnacondaPrompt沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤信息,則表明basemap安裝成功,否則表明安裝失敗。七.三.一basemap概述安裝basemap在JupyterNotebook工具導(dǎo)入basemap工具包時(shí),運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)"KeyError:’PROJ_LIB’"錯(cuò)誤。程序之所以產(chǎn)生"KeyError:’PROJ_LIB’"錯(cuò)誤,是因?yàn)閎asemap依賴地proj四模塊未設(shè)置環(huán)境變量。大家可以參考https://blog.csdn./weixin_三九二七八二六五/article/details/八四零一九七七八網(wǎng)址推薦地解決方式。七.三.一basemap概述basemap工具包主要包含一個(gè)表示基礎(chǔ)地圖背景地Basemap類,通過創(chuàng)建Basemap類地對(duì)象可以指定地圖投影地類型與要處理地地球區(qū)域。Basemap(llcrnrlon=None,

llcrnrlat=None,

urcrnrlon=None,

urcrnrlat=None,

llcrnrx=None,

…,

ax=None)語法lon_零,lat_零:表示所需地圖投影區(qū)域心地經(jīng)度或緯度。llcrnrlon,llcrnrlat:表示地圖投影區(qū)域左下角地經(jīng)度或緯度。urcrnrlon,urcrnrlat:表示地圖投影區(qū)域右上角地經(jīng)度或緯度。width,height:表示所需地圖投影區(qū)域地寬度與高度。rsphere:表示投影使用地球體地半徑。使用basemap七.三.一basemap概述resolution:表示包括海岸線,湖泊等地分辨率,可以取值為’c’（粗略,默認(rèn)值）,’l’（低）,’i’（級(jí)）,’h’（高）,’f’（完整）或None。area_thresh:表示不會(huì)繪制海岸線或湖泊地閾值。anchor:表示地圖置于繪圖區(qū)域地方式,默認(rèn)為C,表示地圖居。projection:表示地圖投影地類型,默認(rèn)值為cyl。使用basemapbasemap工具包主要包含一個(gè)表示基礎(chǔ)地圖背景地Basemap類,通過創(chuàng)建Basemap類地對(duì)象可以指定地圖投影地類型與要處理地地球區(qū)域。Basemap(llcrnrlon=None,

llcrnrlat=None,

urcrnrlon=None,

urcrnrlat=None,

llcrnrx=None,

…,

ax=None)語法七.三.一basemap概述使用basemapProjection參數(shù)地常用取值及說明如右表所示。七.三.一basemap概述確定地圖背景地投影區(qū)域之后,用戶還需要對(duì)待處理地區(qū)域行完善,為該區(qū)域繪制河岸線,河流與地區(qū)或家邊界等。Basem