数据处理-Matplotlib 绘图展示

1. Matplotlib 简介

Matplotlib 是 Python 的绘图库，它能让使用者很轻松地将数据图形化，并且提供多样化的输出格式。

Matplotlib 可以用来绘制各种静态，动态，交互式的图表。

Matplotlib 是一个非常强大的 Python 画图工具，我们可以使用该工具将很多数据通过图表的形式更直观的呈现出来。

Matplotlib 可以绘制线图、散点图、等高线图、条形图、柱状图、3D 图形、甚至是图形动画等等。

2. 安装

升级 pip：

python3 -m pip install -U pip

安装 matplotlib 库：

python3 -m pip install -U matplotlib

安装完成后，我们就可以通过 import 来导入 matplotlib 库：

import matplotlibprint(matplotlib.__version__)

3. Matplotlib Pyplot

Pyplot 是 Matplotlib 的子库，提供了和 MATLAB 类似的绘图 API。

Pyplot 是常用的绘图模块，能很方便让用户绘制 2D 图表。

Pyplot 包含一系列绘图函数的相关函数，每个函数会对当前的图像进行一些修改，例如：给图像加上标记，生新的图像，在图像中产生新的绘图区域等等。

使用的时候，我们可以使用 import 导入 pyplot 库，并设置一个别名 plt：

import matplotlib.pyplot as plt

这样我们就可以使用 plt 来引用 Pyplot 包的方法。

以下是一些常用的 pyplot 函数：

• plot()：用于绘制线图和散点图
• scatter()：用于绘制散点图
• bar()：用于绘制垂直条形图和水平条形图
• hist()：用于绘制直方图
• pie()：用于绘制饼图
• imshow()：用于绘制图像
• subplots()：用于创建子图

4. 绘制图表

1. 折线图

import  matplotlib.pyplot as plt
#绘制简单的图表
input_values = [1,2,3,4,5]
squares = [1,4,9,16,25]
plt.plot(input_values,squares,linewidth=1)
plt.show()

绘制过程中，我们可以自定义线的样式，包括线的类型、颜色和大小等

1.线的类型可以使用 linestyle 参数来定义，简写为 ls。

类型	简写	说明
‘solid’ (默认)	‘-’	实线
‘dotted’	‘:’	点虚线
‘dashed’	‘–’	破折线
‘dashdot’	‘-.’	点划线
‘None’	‘’ 或 ’ ’	不画线

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as npypoints = np.array([6, 2, 13, 10])plt.plot(ypoints, linestyle = 'dotted')
plt.show()

2.线的颜色可以使用 color 参数来定义，简写为 c。

颜色标记	描述
‘r’	红色
‘g’	绿色
‘b’	蓝色
‘c’	青色
‘m’	品红
‘y’	黄色
‘k’	黑色
‘w’	白色

这里是基础的简单颜色，可以自定义颜色，查一下html颜色值即可

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as npypoints = np.array([6, 2, 13, 10])plt.plot(ypoints, color = 'r')
plt.show()

3.线的宽度可以使用 linewidth 参数来定义，简写为 lw，值可以是浮点数，如：1、2.0、5.67 等。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as npypoints = np.array([6, 2, 13, 10])plt.plot(ypoints, linewidth = '12.5')
plt.show()

4.多条线的绘制

plot() 方法中可以包含多对 x,y 值来绘制多条线。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as npy1 = np.array([3, 7, 5, 9])
y2 = np.array([6, 2, 13, 10])plt.plot(y1)
plt.plot(y2)plt.show()

2. 散点图

使用 pyplot 中的 scatter() 方法来绘制散点图。

scatter() 方法语法格式如下：

matplotlib.pyplot.scatter(x, y, s=None, c=None, marker=None, cmap=None, norm=None, vmin=None, vmax=None, alpha=None, linewidths=None, *, edgecolors=None, plotnonfinite=False, data=None, **kwargs)

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from pylab import *
plt.rcParams['figure.figsize']=(2,2)
x=np.random.normal(size=100)
y=np.random.normal(size=100)
plt.scatter(x,y)
plt.show()

注：绘制折线图、散点图时，如果想给坐标定义一些不一样的标记，就可以使用 plot() 方法的 marker 参数来定义。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as npypoints = np.array([1,3,4,5,8,9,6,1,3,4,5,2,4])plt.plot(ypoints, marker = 'o')
plt.show()

3. 柱状图

可以使用 pyplot 中的 bar() 方法来绘制柱形图。

bar() 方法语法格式如下：

matplotlib.pyplot.bar(x, height, width=0.8, bottom=None, *, align='center', data=None, **kwargs)

参数说明：

x：浮点型数组，柱形图的 x 轴数据。

height：浮点型数组，柱形图的高度。

width：浮点型数组，柱形图的宽度。

bottom：浮点型数组，底座的 y 坐标，默认 0。

align：柱形图与 x 坐标的对齐方式，‘center’ 以 x 位置为中心，这是默认值。 ‘edge’：将柱形图的左边缘与 x 位置对齐。要对齐右边缘的条形，可以传递负数的宽度值及 align=‘edge’。

**kwargs：：其他参数。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# 创建一个点数为 8 x 6 的窗口, 并设置分辨率为 80像素/每英寸
plt.figure(figsize=(10, 10), dpi=80)
# 柱子总数
N = 10
# 包含每个柱子对应值的序列
values = (56796,42996,24872,13849,8609,5331,1971,554,169,26)
# 包含每个柱子下标的序列
index = np.arange(N)
# 柱子的宽度
width = 0.45
# 绘制柱状图, 每根柱子的颜色为紫罗兰色
p2 = plt.bar(index, values, width, label="num", color="#87CEFA")
# 设置横轴标签
plt.xlabel('clusters')
# 设置纵轴标签
plt.ylabel('number of reviews')
# 添加标题
plt.title('Cluster Distribution')
# 添加纵横轴的刻度
plt.xticks(index, ('mentioned1cluster', 'mentioned2cluster', 'mentioned3cluster', 'mentioned4cluster', 'mentioned5cluster', 'mentioned6cluster', 'mentioned7cluster', 'mentioned8cluster', 'mentioned9cluster', 'mentioned10cluster'))
# plt.yticks(np.arange(0, 10000, 10))
# 添加图例
plt.legend(loc="upper right")
plt.show()

4. 饼图

可以使用 pyplot 中的 pie() 方法来绘制饼图。

pie() 方法语法格式如下：

matplotlib.pyplot.pie(x, explode=None, labels=None, colors=None, autopct=None, pctdistance=0.6, shadow=False, labeldistance=1.1, startangle=0, radius=1, counterclock=True, wedgeprops=None, textprops=None, center=0, 0, frame=False, rotatelabels=False, *, normalize=None, data=None)[source]

参数说明：

• x：浮点型数组或列表，用于绘制饼图的数据，表示每个扇形的面积。
• explode：数组，表示各个扇形之间的间隔，默认值为0。
• labels：列表，各个扇形的标签，默认值为 None。
• colors：数组，表示各个扇形的颜色，默认值为 None。
• autopct：设置饼图内各个扇形百分比显示格式，%d%% 整数百分比，%0.1f 一位小数， %0.1f%% 一位小数百分比， %0.2f%% 两位小数百分比。
• labeldistance：标签标记的绘制位置，相对于半径的比例，默认值为 1.1，如 <1则绘制在饼图内侧。
• pctdistance：：类似于 labeldistance，指定 autopct 的位置刻度，默认值为 0.6。
• shadow：：布尔值 True 或 False，设置饼图的阴影，默认为 False，不设置阴影。
• radius：：设置饼图的半径，默认为 1。
• startangle：：用于指定饼图的起始角度，默认为从 x 轴正方向逆时针画起，如设定 =90 则从 y 轴正方向画起。
• counterclock：布尔值，用于指定是否逆时针绘制扇形，默认为 True，即逆时针绘制，False 为顺时针。
• wedgeprops：字典类型，默认值 None。用于指定扇形的属性，比如边框线颜色、边框线宽度等。例如：wedgeprops={‘linewidth’:5} 设置 wedge 线宽为5。
• textprops：字典类型，用于指定文本标签的属性，比如字体大小、字体颜色等，默认值为 None。
• center：浮点类型的列表，用于指定饼图的中心位置，默认值：(0,0)。
• frame：布尔类型，用于指定是否绘制饼图的边框，默认值：False。如果是 True，绘制带有表的轴框架。
• rotatelabels：布尔类型，用于指定是否旋转文本标签，默认为 False。如果为 True，旋转每个 label 到指定的角度。
• data：用于指定数据。如果设置了 data 参数，则可以直接使用数据框中的列作为 x、labels 等参数的值，无需再次传递。

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.font_manager as fm  # 字体管理器
# 准备字体
my_font = fm.FontProperties(fname="C:\Windows\Fonts\simkai.ttf")
# 准备数据
data = [0.16881, 0.14966, 0.07471, 0.06992, 0.04762, 0.03541, 0.02925, 0.02411, 0.02316, 0.01409, 0.36326]
# 准备标签
labels = ['Java', 'C', 'C++', 'Python', 'Visual Basic.NET', 'C#', 'PHP', 'JavaScript', 'SQL', 'Assembly langugage','其他']
# 将排列在第4位的语言(Python)分离出来
explode = [0, 0, 0, 0.7, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
# 使用自定义颜色
colors = ['red', 'pink', 'magenta', 'purple', 'orange']
# 将横、纵坐标轴标准化处理,保证饼图是一个正圆,否则为椭圆
plt.axes(aspect='equal')
# 控制X轴和Y轴的范围(用于控制饼图的圆心、半径)
plt.xlim(0, 8)
plt.ylim(0, 8)
# 不显示边框
plt.gca().spines['right'].set_color('none')
plt.gca().spines['top'].set_color('none')
plt.gca().spines['left'].set_color('none')
plt.gca().spines['bottom'].set_color('none')
# 绘制饼图
plt.pie(x=data,  # 绘制数据labels=labels,  # 添加编程语言标签explode=explode,  # 突出显示Pythoncolors=colors,  # 设置自定义填充色autopct='%.3f%%',  # 设置百分比的格式,保留3位小数pctdistance=0.8,  # 设置百分比标签和圆心的距离labeldistance=1.0,  # 设置标签和圆心的距离startangle=180,  # 设置饼图的初始角度center=(4, 4),  # 设置饼图的圆心(相当于X轴和Y轴的范围)radius=3.8,  # 设置饼图的半径(相当于X轴和Y轴的范围)counterclock=False,  # 是否为逆时针方向,False表示顺时针方向wedgeprops={'linewidth': 1, 'edgecolor': 'green'},  # 设置饼图内外边界的属性值textprops={'fontsize': 12, 'color': 'black','fontproperties':my_font},  # 设置文本标签的属性值frame=1)  # 是否显示饼图的圆圈,1为显示
# 不显示X轴、Y轴的刻度值
plt.xticks(())
plt.yticks(())
# 添加图形标题
plt.title('2018年8月的编程语言指数排行榜',fontproperties=my_font)
# 显示图形
plt.show()

5. 直方图

可以使用 pyplot 中的 hist() 方法来绘制直方图。

hist() 方法是 Matplotlib 库中的 pyplot 子库中的一种用于绘制直方图的函数。

hist() 方法可以用于可视化数据的分布情况，例如观察数据的中心趋势、偏态和异常值等。

hist() 方法语法格式如下：

matplotlib.pyplot.hist(x, bins=None, range=None, density=False, weights=None, cumulative=False, bottom=None, histtype='bar', align='mid', orientation='vertical', rwidth=None, log=False, color=None, label=None, stacked=False, **kwargs)

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from pylab import *
x=np.random.normal(size=1000)
plt.hist(x,bins=10)  #bins参数设置分桶数目
plt.show()

5. 中文显示

Matplotlib 中文显示不是特别友好，要在 Matplotlib 中显示中文，我们可以通过两个方法：

• 设置 Matplotlib 的字体参数。
• 下载使用支持中文的字体库。

在未设置字体，默认情况显示如下，中文部分不能正常显示：