Python➕PyQt5➕numpy➕pandas实现学生成绩分析系统（可视化）基于 Python + PyQt5 + Matplotlib + Pandas 实现的学生成绩分析系统框架

基于 Python PyQt5 Matplotlib Pandas 实现的学生成绩分析系统框架Python➕PyQt5➕numpy➕pandas实现学生成绩分析系统可视化源码项目文档详细README代码注释非常详细详细使用说明 README.md主要功能数据管理数据导入支持Excel 和 CSV 格式的成绩数据导入数据生成内置数据生成助手可自定义生成测试数据数据导出支持将数据和分析结果导出为多种格式统计分析计算各科目的平均分、最高分、最低分、及格率、优秀率等生成各科目平均分对比图和分数分布箱线图生成总分分布直方图和各科目分数段占比分析包含相关性分析、班级对比、密度分析、雷达图等可视化功能多样化图表柱状图、箱线图、直方图、饼图、热力图、雷达图、散点图等交互式界面基于pyqt的直观用户界面实时预览分析结果实时显示在可视化面板中报告生成PDF报告自动生成统计数据的综合分析报告中文支持完整支持中文字体显示效果见图界面用pyqt5实现这是一个基于Python PyQt5 Matplotlib Pandas实现的学生成绩分析系统框架代码。由于完整的 8000 字项目文档和所有界面的完整代码过于庞大涉及多个类和 UI 文件我为你提供了一个核心逻辑与可视化实现的完整代码示例。这个代码包含了PyQt5 主界面包含按钮和图表画布。数据生成模拟你提供的截图中的数据结构。核心分析逻辑计算平均分、及格率、优秀率。可视化绘图柱状图、箱线图、直方图、饼图。PDF 报告生成。你可以直接运行此代码查看效果。环境准备你需要安装以下库pipinstallPyQt5 matplotlib pandas numpy openpyxl fpdf核心代码请将以下代码保存为main.py并运行。importsysimportnumpyasnpimportpandasaspdfromPyQt5.QtWidgetsimport(QApplication,QMainWindow,QPushButton,QVBoxLayout,QWidget,QFileDialog,QTextEdit,QTabWidget,QLabel,QComboBox,QHBoxLayout)fromPyQt5.QtCoreimportQtfrommatplotlib.backends.backend_qt5aggimportFigureCanvasQTAggasFigureCanvasfrommatplotlib.figureimportFigurefromfpdfimportFPDFimportmatplotlib.pyplotaspltimportmatplotlib# 设置中文字体确保中文显示正常matplotlib.rcParams[font.sans-serif][SimHei]# 用来正常显示中文标签matplotlib.rcParams[axes.unicode_minus]False# 用来正常显示负号# # 数据生成器 (模拟截图中的数据)# defgenerate_mock_data(num_students50):np.random.seed(42)# 固定随机种子以便复现subjects[语文,数学,英语,物理,化学,生物,政治,历史,地理]data{学号:[f920{15000i}foriinrange(num_students)],姓名:[f学生{i}foriinrange(num_students)],班级:[高一(1)班]*num_students}# 模拟成绩分布 (参考截图中的平均分和分布)forsubjectinsubjects:ifsubjectin[语文,政治,历史]:# 人文科目分数稍高且集中mean_scorenp.random.uniform(75,85)else:# 理科目分数稍低或波动大mean_scorenp.random.uniform(65,75)# 生成正态分布的成绩限制在 0-100scoresnp.random.normal(locmean_score,scale15,sizenum_students)scoresnp.clip(scores,0,100).round(1)data[subject]scores# 添加总分dfpd.DataFrame(data)df[总分]df[subjects].sum(axis1)returndf# # PDF 报告生成器# classPDFReport(FPDF):defheader(self):self.set_font(Arial,B,12)self.cell(0,10,学生成绩数据分析报告,0,1,C)defchapter_title(self,title):self.set_font(Arial,B,12)self.cell(0,10,title,0,1,L)self.ln(5)defchapter_body(self,body):self.set_font(Arial,,10)self.multi_cell(0,10,body)self.ln()defadd_image(self,img_path,w180):self.image(img_path,x10,ww)self.ln(10)# # 主窗口类# classStudentAnalysisApp(QMainWindow):def__init__(self):super().__init__()self.setWindowTitle(学生成绩智能分析系统)self.resize(1000,800)self.dataNone# 1. 初始化界面self.initUI()# 2. 初始化图表self.figFigure(figsize(10,8),dpi100)self.canvasFigureCanvas(self.fig)# 布局main_layoutQVBoxLayout()main_layout.addWidget(self.canvas)containerQWidget()container.setLayout(main_layout)self.setCentralWidget(container)# 生成数据用于演示self.load_sample_data()definitUI(self):# 创建顶部按钮栏btn_layoutQHBoxLayout()self.btn_genQPushButton(生成模拟数据)self.btn_gen.clicked.connect(self.load_sample_data)self.btn_importQPushButton(导入数据 (Excel/CSV))self.btn_import.clicked.connect(self.import_data)self.btn_export_pdfQPushButton(导出PDF报告)self.btn_export_pdf.clicked.connect(self.export_pdf_report)self.combo_subjectQComboBox()self.combo_subject.addItems([语文,数学,英语,物理,化学,生物,政治,历史,地理,总分])self.combo_subject.currentTextChanged.connect(self.plot_analysis)btn_layout.addWidget(self.btn_gen)btn_layout.addWidget(self.btn_import)btn_layout.addWidget(self.btn_export_pdf)btn_layout.addWidget(QLabel(分析科目:))btn_layout.addWidget(self.combo_subject)# 创建顶部控件top_widgetQWidget()top_widget.setLayout(btn_layout)self.setMenuWidget(top_widget)defload_sample_data(self):加载模拟数据self.datagenerate_mock_data(num_students50)self.statusBar().showMessage(成功生成 50 条模拟数据)self.plot_analysis()# 自动绘图defimport_data(self):导入真实数据file_path,_QFileDialog.getOpenFileName(self,选择文件,,Excel Files (*.xlsx);;CSV Files (*.csv))iffile_path:try:iffile_path.endswith(.csv):self.datapd.read_csv(file_path)else:self.datapd.read_excel(file_path)self.statusBar().showMessage(f成功导入{len(self.data)}条数据)self.plot_analysis()exceptExceptionase:print(f导入错误:{e})defexport_pdf_report(self):导出PDF报告ifself.dataisNone:return# 临时保存图表self.fig.savefig(temp_analysis.png)pdfPDFReport()pdf.add_page()pdf.chapter_title(1. 数据概览)pdf.chapter_body(f总样本量:{len(self.data)}条记录\n实考人数:{len(self.data)}人)pdf.chapter_title(2. 核心指标分析)pdf.chapter_body(各科目核心指标摘要: (此处仅为示例文本)\n德育: 平均分 71.3, 及格率 70%\n语文: 平均分 64.9, 及格率 50%\n数学: 平均分 72.7, 及格率 70%)pdf.chapter_title(3. 可视化图表)pdf.add_image(temp_analysis.png)pdf.output(成绩分析报告.pdf)self.statusBar().showMessage(PDF报告导出成功)defplot_analysis(self):核心绘图逻辑ifself.dataisNone:returnsubjectself.combo_subject.currentText()self.fig.clear()# 设置网格布局ax1self.fig.add_subplot(221)# 平均分对比柱状图ax2self.fig.add_subplot(222)# 分数分布箱线图ax3self.fig.add_subplot(223)# 分数分布直方图ax4self.fig.add_subplot(224)# 分数段占比饼图# --- 1. 各科目平均分对比 (柱状图) ---ifsubject总分:avg_scoresself.data[[语文,数学,英语,物理,化学,生物,政治,历史,地理]].mean()else:# 模拟对比只显示该科目和总分avg_scorespd.Series([self.data[subject].mean(),self.data[总分].mean()],index[subject,总分])avg_scores.plot(kindbar,axax1,colorskyblue,edgecolorblack)ax1.set_title(各科目平均分对比)ax1.set_ylabel(平均分)ax1.grid(axisy,linestyle--,alpha0.7)# --- 2. 分数分布箱线图 (箱线图) ---ifsubject总分:self.data[[语文,数学,总分]].boxplot(axax2)else:self.data[[subject,总分]].boxplot(axax2)ax2.set_title(分数分布箱线图)ax2.set_ylabel(分数)# --- 3. 分数分布直方图 (直方图) ---ax3.hist(self.data[subject],bins10,colorgreen,alpha0.7,edgecolorblack,densityTrue)# 绘制正态分布曲线mu,stdself.data[subject].mean(),self.data[subject].std()xmin,xmaxax3.get_xlim()xnp.linspace(xmin,xmax,100)p(1/(np.sqrt(2*np.pi)*std))*np.exp(-0.5*((x-mu)/std)**2)ax3.plot(x,p,k,linewidth2)# 标记及格线 (假设60分)ax3.axvline(x60,colorr,linestyle--,label及格线: 60)ax3.set_title(f{subject}分数分布直方图)ax3.set_xlabel(分数)ax3.set_ylabel(密度)ax3.legend()# --- 4. 分数段占比 (饼图) ---# 划分分数段bins[0,60,70,80,90,100]labels[不及格,及格,良好,优秀,满分]ifsubject!总分:self.data[分数段]pd.cut(self.data[subject],binsbins,labelslabels,rightFalse)pie_dataself.data[分数段].value_counts()pie_data.plot(kindpie,axax4,autopct%1.1f%%,startangle90,colors[#ff9999,#66b3ff,#99ff99,#ffcc99,#c2c2f0])ax4.set_title(f{subject}分数段占比)else:# 总分逻辑类似这里简化显示ax4.text(0.5,0.5,总分分析\n(此处为示例),hacenter,fontsize12)self.fig.tight_layout()self.canvas.draw()if__name____main__:appQApplication(sys.argv)windowStudentAnalysisApp()window.show()sys.exit(app.exec_())代码功能解析数据模拟 (generate_mock_data)生成了 50 条学生数据包含学号、姓名、班级以及语文、数学等 9 门科目。成绩使用np.random.normal生成模拟了正态分布符合大多数考试成绩规律。可视化 (plot_analysis)左上角 (柱状图)展示了各科目的平均分直观对比强弱项。右上角 (箱线图)展示了分数的离散程度可以看到中位数、异常值和四分位数。左下角 (直方图 密度曲线)展示了当前选中科目下拉框选择的分数分布情况并叠加了正态分布拟合曲线。右下角 (饼图)展示了分数段占比不及格、及格、良好、优秀。PDF 报告 (PDFReport)使用fpdf库生成简单的 PDF。包含标题、章节、文本摘要以及当前图表的截图。PyQt5 界面顶部包含生成数据、导入数据、导出报告的按钮。一个下拉框 (QComboBox) 用于选择要分析的科目实时联动刷新图表。如何扩展添加更多分析模块相关性分析在plot_analysis中增加self.data.corr()热力图。班级对比增加一个 Tab 页面使用分组聚合 (groupby) 对比不同班级的平均分。美化界面使用QSS样式表美化按钮和背景。使用QTabWidget将不同的图表总览、详细分析、高级分析放在不同的标签页中如截图所示。数据持久化增加数据库支持如 SQLite用于长期存储学生成绩。这个框架已经实现了你所需的核心功能你可以在此基础上进行扩展以满足更复杂的项目文档需求。