Python数据分析：数据可视化（Matplotlib、Seaborn）

数据可视化是数据分析中不可或缺的一部分，通过将数据以图形的方式展示出来，可以更直观地理解数据的分布和趋势。在Python中，Matplotlib和Seaborn是两个非常流行和强大的数据可视化库。本文将详细介绍这两个库的使用方法，并附上一个综合详细的例子。

一、Matplotlib

Matplotlib是Python中最基础也是最强大的数据可视化库之一。它提供了一整套绘图工具，可以创建各种类型的图表，如折线图、柱状图、散点图、饼图等。

1.1 Matplotlib基础

基本使用

Matplotlib的基本使用非常简单，只需要导入matplotlib.pyplot模块，然后使用其各种绘图函数即可。

import matplotlib.pyplot as plt# 创建数据
x = [1, 2, 3, 4, 5]
y = [2, 3, 5, 7, 11]# 绘制折线图
plt.plot(x, y)
plt.xlabel('X轴')
plt.ylabel('Y轴')
plt.title('简单折线图')
plt.show()

设置图形属性

我们可以通过设置各种属性来定制图形的外观。

# 设置线条属性
plt.plot(x, y, color='green', marker='o', linestyle='dashed', linewidth=2, markersize=12)
plt.xlabel('X轴')
plt.ylabel('Y轴')
plt.title('设置线条属性的折线图')
plt.show()

多图绘制

使用subplot函数可以在同一个窗口中绘制多个图形。

# 创建数据
x = [1, 2, 3, 4, 5]
y1 = [2, 3, 5, 7, 11]
y2 = [1, 4, 9, 16, 25]# 创建子图
plt.subplot(2, 1, 1)
plt.plot(x, y1, 'r--')
plt.title('第一个子图')plt.subplot(2, 1, 2)
plt.plot(x, y2, 'g*-')
plt.title('第二个子图')plt.show()

1.2 Matplotlib高级

图例和标签

我们可以为图形添加图例和标签，以便更好地解释图表内容。

# 创建数据
x = [1, 2, 3, 4, 5]
y1 = [2, 3, 5, 7, 11]
y2 = [1, 4, 9, 16, 25]# 绘制折线图
plt.plot(x, y1, label='质数')
plt.plot(x, y2, label='平方数')# 添加图例和标签
plt.xlabel('X轴')
plt.ylabel('Y轴')
plt.title('添加图例和标签的折线图')
plt.legend()
plt.show()

注释和文本

可以在图表中添加注释和文本，以便更详细地解释图表中的数据点。

# 创建数据
x = [1, 2, 3, 4, 5]
y = [2, 3, 5, 7, 11]# 绘制折线图
plt.plot(x, y)
plt.xlabel('X轴')
plt.ylabel('Y轴')
plt.title('添加注释的折线图')# 添加注释
plt.annotate('最高点', xy=(5, 11), xytext=(4, 9),arrowprops=dict(facecolor='black', shrink=0.05))plt.show()

图表样式

Matplotlib提供了许多内置的样式，可以轻松更改图表的整体外观。

# 使用内置样式
plt.style.use('ggplot')# 创建数据
x = [1, 2, 3, 4, 5]
y = [2, 3, 5, 7, 11]# 绘制折线图
plt.plot(x, y)
plt.xlabel('X轴')
plt.ylabel('Y轴')
plt.title('使用ggplot样式的折线图')
plt.show()

二、Seaborn

Seaborn是基于Matplotlib构建的高级数据可视化库，提供了更简洁的API和更美观的默认样式，特别适合用于统计数据的可视化。

2.1 Seaborn基础

安装和导入

安装Seaborn非常简单，可以使用pip命令：

pip install seaborn

导入Seaborn也非常简单：

import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt

基本使用

Seaborn的基本使用方法与Matplotlib类似，但提供了更简洁的接口和更美观的默认样式。

# 导入数据集
tips = sns.load_dataset('tips')# 绘制散点图
sns.scatterplot(x='total_bill', y='tip', data=tips)
plt.xlabel('总账单')
plt.ylabel('小费')
plt.title('总账单与小费的关系')
plt.show()

绘制不同类型的图表

Seaborn提供了许多用于绘制不同类型图表的函数，如箱线图、柱状图、热力图等。

# 箱线图
sns.boxplot(x='day', y='total_bill', data=tips)
plt.xlabel('星期几')
plt.ylabel('总账单')
plt.title('不同星期几的总账单分布')
plt.show()# 热力图
flights = sns.load_dataset('flights')
flights_pivot = flights.pivot('month', 'year', 'passengers')
sns.heatmap(flights_pivot, annot=True, fmt='d', cmap='YlGnBu')
plt.xlabel('年份')
plt.ylabel('月份')
plt.title('不同年份和月份的乘客数量')
plt.show()

2.2 Seaborn高级

调整图表样式

Seaborn提供了一些函数可以调整图表的样式。

# 设置图表样式
sns.set_style('whitegrid')# 绘制散点图
sns.scatterplot(x='total_bill', y='tip', data=tips)
plt.xlabel('总账单')
plt.ylabel('小费')
plt.title('总账单与小费的关系')
plt.show()

多图绘制

使用FacetGrid可以在同一个窗口中绘制多个图形，方便进行对比分析。

# 使用FacetGrid绘制多个图形
g = sns.FacetGrid(tips, col='time')
g.map(sns.scatterplot, 'total_bill', 'tip')
plt.show()

三、综合实例

下面是一个综合详细的例子，展示如何使用Matplotlib和Seaborn进行数据可视化。

3.1 示例数据集

我们将使用一个模拟的数据集，包含一些产品的销售数据。

import pandas as pd
import numpy as np# 创建数据集
np.random.seed(0)
dates = pd.date_range('20230101', periods=100)
df = pd.DataFrame({'date': dates,'product': np.random.choice(['A', 'B', 'C', 'D'], size=100),'sales': np.random.randint(50, 200, size=100),'profit': np.random.randint(20, 100, size=100)
})

3.2 使用Matplotlib进行数据可视化

销售趋势折线图

我们首先使用Matplotlib绘制产品销售趋势的折线图。

import matplotlib.pyplot as plt# 按日期汇总销售数据
sales_trend = df.groupby('date')['sales'].sum()# 绘制折线图
plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.plot(sales_trend.index, sales_trend.values)
plt.xlabel('日期')
plt.ylabel('销售额')
plt.title('销售趋势折线图')
plt.show()

各产品销售额柱状图

接下来，我们绘制各产品销售额的柱状图。

# 按产品汇总销售数据
product_sales = df.groupby('product')['sales'].sum()# 绘制柱状图
plt.figure(figsize=(8, 6))
plt.bar(product_sales.index, product_sales.values, color=['red', 'blue', 'green', 'purple'])
plt.xlabel('产品')
plt.ylabel('销售额')
plt.title('各产品销售额柱状图')
plt.show()

3.3 使用Seaborn进行数据可视化

销售和利润的散点图

我们使用Seaborn绘制销售和利润的散点图。

import seaborn as sns# 绘制散点图
plt.figure(figsize=(10, 6))
sns.scatterplot(x='sales', y='profit', hue='product', data=df)
plt.xlabel('销售额')
plt.ylabel('利润')
plt.title('销售额与利润的关系')
plt.show()

产品销售分布箱线图

我们使用Seaborn绘制各产品销售分布的箱线图。

# 绘制箱线图
plt.figure(figsize=(10, 6))
sns.boxplot(x='product', y='sales', data=df)
plt.xlabel('产品')
plt.ylabel('销售额')
plt.title('各产品销售分布箱线图')
plt.show()

3.4 综合实例的输出结果

通过运行上述代码，我们可以得到一系列图表，这些图表直观地展示了销售数据的分布和趋势。

1. 销售趋势折线图：展示了整个时间段内的销售趋势，帮助我们识别出销售高峰和低谷。
2. 各产品销售额柱状图：展示了不同产品的销售额对比，帮助我们确定哪些产品最受欢迎。
3. 销售额与利润的散点图：展示了销售额和利润之间的关系，帮助我们分析销售和利润的相关性。
4. 各产品销售分布箱线图：展示了不同产品的销售分布情况，帮助我们识别出销售额的集中区域和异常值。

通过这些图表，我们可以更好地理解和解释数据，从而做出更明智的决策。

四、总结

本文详细介绍了Python中两个主要的数据可视化库——Matplotlib和Seaborn的使用方法，并通过一个综合实例展示了如何使用这两个库进行数据可视化。Matplotlib提供了强大的绘图功能和高度的定制性，而Seaborn则提供了更简洁的接口和更美观的默认样式。根据不同的需求，我们可以选择合适的库进行数据可视化，从而更好地理解和解释数据。

作者：Rjdeng
链接：https://juejin.cn/post/7399985797540069386