Python數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)與應(yīng)用模塊7數(shù)據(jù)分析可視化展示7.1初識Matplotlib7.1.1Matplotlib概Matplotlib提供了一個套面向繪圖對象編程的API接口，能夠很輕松地實現(xiàn)各種圖像的繪制，并且它可以配合PythonGUI工具（例如PyQt、Tkinte等）在應(yīng)用程序中嵌入圖形。同時Matplotlib也支持以腳本的形式嵌入到JupyterNotebook、IPythonshell、Web應(yīng)用服務(wù)器中使用。7.1.1Matplotlib概述1．Matplotlib繪制圖形組成Matplotlib生成的圖形主要由以下幾個部分構(gòu)成：（1）容器層容器層包括Canvas對象、Figure對象、Axes對象組成。①Canvas對象：可以理解為畫板。②Figure對象：可以理解成一張畫布，位于Canvas對象的上層，也就是用戶操作的應(yīng)用層的第1層。它包括了整個圖形的所有元素，例如標(biāo)題、軸線等。可以包含多個圖表。7.1.1Matplotlib概述1．Matplotlib繪制圖形組成③Axes對象：在畫布中繪制2D圖像的實際區(qū)域，也稱為繪圖區(qū)域。Axes對象位于Figure對象的上層，也就是用戶操作的應(yīng)用層的第2層，F(xiàn)igure對象中可以包含多個Axes對象。它擁有獨立的坐標(biāo)系統(tǒng)，可以是直角坐標(biāo)系統(tǒng)，即包含x軸和y軸的坐標(biāo)系，也可以是三維坐標(biāo)系統(tǒng)，即包含x軸、y軸、z軸的坐標(biāo)系。7.1.1Matplotlib概述（2）圖形層圖形層是指繪圖區(qū)域內(nèi)繪制的圖形，即使用plot()函數(shù)或方法根據(jù)已有數(shù)據(jù)繪制的各種圖形。（3）輔助層輔助層是指繪圖區(qū)域內(nèi)圖形之外的其他元素，常用的輔助元素包括坐標(biāo)軸、標(biāo)題、圖例、網(wǎng)格、參考線、參考區(qū)域、注釋文本、表格等。輔助元素可以對圖形進行必要的補充說明，可以使圖表更直觀、更容易被用戶理解，但又不會對圖形產(chǎn)生實質(zhì)的影響。圖像層和輔助層所包含的內(nèi)容都屬于圖表元素，即位于Axes對象之上。7.1.1Matplotlib概述2．Matplotlib的功能擴展包常見的工具包如下：（1）Cartopy：這是一個映射庫，包含面向?qū)ο蟮挠成渫队岸x以及點、線、面的圖形轉(zhuǎn)換工具。（2）Bashmap：這是一個地圖繪制工具包，其中包含多個地圖投影，海岸線和國界線。（3）Exceltools：這是Matplotlib為了實現(xiàn)與MicrosoftExcel交換數(shù)據(jù)而提供的工具。（4）Mplot3d：它用于3D繪圖。（5）Natgrid：這是Natgrid庫的接口，用于對間隔數(shù)據(jù)進行不規(guī)則的網(wǎng)格化處理。7.1.1Matplotlib概述3．下載和安裝Matplotlib（1）使用Python包管理器pip安裝Matplotlib使用Python包管理器pip來安裝Matplotlib是一種輕量級的方式，打開Windows命令提示符窗口，并輸入以下命令：pipinstallmatplotlib按【Enter】鍵后，即可開始下載與安裝。（2）使用Anaconda安裝安裝Matplotlib的最好的方法是下載Python的Anaconda發(fā)行版，因為Matplotlib被預(yù)先安裝在Anaconda中。當(dāng)成功安裝Anaconda后，Matplotlib也同步安裝完成。7.1.1Matplotlib概述4．引入Matplotlib安裝成功后，就可以通過import來導(dǎo)入matplotlib庫：importmatplotlib可以使用以下代碼查看matplotlib庫的版本號：matplotlib.__version__7.1.2認(rèn)知Matplotlib的Pyplot模塊Pyplot是Matplotlib的子庫，是常用的繪圖模塊，能讓用戶很方便繪制2D圖表。Matplotlib中的pyplot模塊是一個函數(shù)集合，提供了一系列用來繪圖的各種函數(shù)，例如創(chuàng)建一個畫布，在畫布中創(chuàng)建一個繪圖區(qū)域，在繪圖區(qū)域添加一些線、標(biāo)簽等。1．使用import導(dǎo)入pyplot模塊使用時可以使用import導(dǎo)入pyplot模塊，并設(shè)置一個其別名為plt，對應(yīng)的代碼如下：importmatplotlib.pyplotasplt或者frommatplotlibimportpyplotasplt這樣我們就可以使用plt來引用Pyplot模塊的方法。7.1.2認(rèn)知Matplotlib的Pyplot模塊2．pyplot模塊的繪圖類型pyplot模塊中包含了快速生成多種圖表的函數(shù)，pyplot模塊繪圖各種類型圖形的函數(shù)如表7-1所示。3．pyplot模塊的圖像處理函數(shù)pyplot模塊的圖像處理函數(shù)如表7-2所示。4．pyplot模塊的Axis函數(shù)pyplot模塊的Axis函數(shù)如表7-3所示。5．pyplot模塊的Figure方法及其他相關(guān)方法pyplot模塊的Figure方法及其他方法如表7-4所示。7.1.3使用Matplotlib繪制圖形時實現(xiàn)支持中文顯示示例代碼如下：importmatplotlibasmplmpl.rcParams['font.sans-serif']=['SimHei']mpl.rcParams['font.serif']=['SimHei']以下代碼可以解決圖形中的負(fù)號“-”顯示為方塊的問題或者轉(zhuǎn)換負(fù)號為字符串。mpl.rcParams['axes.unicode_minus']=False7.1.4熟悉Pyplot模塊的plot()函數(shù)Pyplot模塊的plot()函數(shù)是繪制二維圖形的基本函數(shù)，plot()函數(shù)可以繪制點和線。1．Pyplot模塊plot()函數(shù)的語法格式使用Pyplot模塊plot()函數(shù)繪制單條直線的語法格式如下：plot([x],y,[marker=None],[fmt],linestyle=None,color-None,label=None,*args,**kwargs)使用Pyplot模塊plot()函數(shù)繪制多條直線的語法格式如下：plot([x],y,[fmt],[x2],y2,[fmt2],…,**kwargs)7.1.4熟悉Pyplot模塊的plot()函數(shù)plot()函數(shù)參數(shù)說明如下：?x,y：表示點或線的節(jié)點，即x軸和y軸對應(yīng)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以列表或數(shù)組。?marker：可選參數(shù)，用于定義數(shù)據(jù)標(biāo)記，默認(rèn)值為None。?fmt：可選參數(shù)，用于快速設(shè)置線條樣式的格式字串符，包括標(biāo)記、顏色、線條樣式等，即fmt='[marker][line][color]'，例如'o:r'的含義為：“o”表示實心圓標(biāo)記，“:”表示虛線，“r”表示顏色為紅色。?linestyle：指定線條的類型，默認(rèn)值為實線。?color：指定線條的顏色，默認(rèn)值為None?label：表示應(yīng)用于圖例的標(biāo)簽文本。?**kwargs：可選參數(shù)，設(shè)置標(biāo)簽文字、線的寬度等屬性值。7.1.4熟悉Pyplot模塊的plot()函數(shù)2．使用marker參數(shù)定義數(shù)據(jù)標(biāo)記Matplotlib中內(nèi)置了許多數(shù)據(jù)標(biāo)記，使用這些數(shù)據(jù)標(biāo)記可以便捷地為折線圖或散點圖標(biāo)注數(shù)據(jù)點。使用pyplot的plot()函數(shù)繪制折線圖或者使用scatter()函數(shù)繪制散點圖時，如果想要給數(shù)據(jù)點自定義一些不一樣的數(shù)據(jù)標(biāo)記，可以使用marker參數(shù)來定義，將數(shù)據(jù)標(biāo)記的取值傳遞給marker參數(shù)，從而為折線圖或散點圖添加不同樣式的標(biāo)記。7.1.4熟悉Pyplot模塊的plot()函數(shù)3．自定義標(biāo)記大小、顏色、邊框?qū)挾鹊葘傩允褂肕atplotlib繪制圖形時，可以自定義標(biāo)記的大小、顏色、邊框?qū)挾鹊葘傩裕褂玫膮?shù)分別是：（1）markersize屬性：簡寫為ms，定義標(biāo)記的大小。（2）markerfacecolor屬性：簡寫為mfc，定義標(biāo)記內(nèi)部的填充顏色。（3）markerfacecoloralt屬性：簡寫為mfcalt，定義標(biāo)記備用的填充顏色。（4）markeredgecolor屬性：簡寫為mec，定義標(biāo)記邊框的顏色。（5）markeredgewidth屬性：簡寫為mew，定義標(biāo)記的邊框?qū)挾取?.1.4熟悉Pyplot模塊的plot()函數(shù)4．使用linestyle參數(shù)自定義線條的類型使用Matplotlib繪制圖形時，默認(rèn)的線條類型（即線型）是實線，當(dāng)使用pyplot模塊的plot()函數(shù)繪制折線圖、顯示網(wǎng)格或添加參考線時，可以使用linestyle參數(shù)自定義線型，簡寫為ls，以選擇其他的線條類型。7.1.4熟悉Pyplot模塊的plot()函數(shù)5．使用color參數(shù)自定義線條的顏色使用Matplotlib繪制圖形時，線條的顏色可以使用color參數(shù)來定義，簡寫為c。plot()函數(shù)中的顏色字符如表7-6所示。當(dāng)然也可以自定義顏色類型，例如：SeaGreen、#8FBC8F等，'#8FBC8F'表示自定義RGB顏色字符串。7.1.4熟悉Pyplot模塊的plot()函數(shù)7．使用plot()函數(shù)的fmt參數(shù)定義標(biāo)記、線條樣式和顏色等基本格式使用plot()函數(shù)繪制圖形時，可以使用字符串分別定義數(shù)據(jù)標(biāo)記、線型、顏色、線條寬度等屬性，但每次都需要分別給參數(shù)marker、linestyle、color、linewidth設(shè)置相應(yīng)的值，使得代碼有些煩瑣。為此，Matplotlib提供了由數(shù)據(jù)標(biāo)記、線型、顏色構(gòu)成的格式字符串，格式字符串是快速設(shè)置線條基本樣式的縮寫形式的字符串。7.1.4熟悉Pyplot模塊的plot()函數(shù)7．使用plot()函數(shù)的fmt參數(shù)定義標(biāo)記、線條樣式和顏色等基本格式plot()函數(shù)的fmt參數(shù)可以接受格式字符串，以便能同時為線條指定多種樣式，fmt參數(shù)的基本語法格式如下：fmt='[marker][line][color]'#'[數(shù)據(jù)標(biāo)記][線型][顏色]'其中marker標(biāo)記的字符如電子活頁7-4所示，line線型字符如表7-5所示，color顏色字符如表7-6所示。fmt參數(shù)不支持以fmt為關(guān)鍵字的形式傳參，只支持以位置參數(shù)的形式傳遞。7.1.5使用plot()函數(shù)繪制圖形時設(shè)置輔助元素Matplotlib繪制圖形的輔助元素及對應(yīng)的設(shè)置函數(shù)如表7-7所示。Matplotlib繪制圖形的輔助元素的參考樣例如圖7-5所示。圖7-5Matplotlib繪制圖形的輔助元素的參考樣例7.1.5使用plot()函數(shù)繪制圖形時設(shè)置輔助元素Matplotlib繪制圖形常見的輔助元素說明如下：?坐標(biāo)軸：分為單坐標(biāo)軸和雙坐標(biāo)軸，單坐標(biāo)軸按不同的方向可分為水平坐標(biāo)軸（又稱x軸）和垂直坐標(biāo)軸（又稱y軸）。坐標(biāo)軸由刻度線（包括主刻度線和次刻度線）、軸脊和坐標(biāo)軸標(biāo)簽組成，“x軸”、“y軸”表示坐標(biāo)軸的標(biāo)簽，坐標(biāo)軸上數(shù)字（整數(shù)或小數(shù)）對應(yīng)短豎線為刻度線，且為主刻度線，Matplotlib繪制圖形的次刻度線默認(rèn)情況下是隱