Python 中的可视化工具介绍

Python013

Python 中的可视化工具介绍,第1张

几周前,R语言社区经历了一场关于画图工具的讨论。对于我们这种外人来说,具体的细节并不重要,但是我们可以将一些有用的观点运用到 Python 中。讨论的重点是 R 语言自带的绘图工具 base R 和 Hadley Wickham 开发的绘图工具 ggplot2 之间的优劣情况。如果你想了解更多细节内容,请阅读以下几篇文章:

其中最重要的两个内容是:

不是所有人都认同第二个观点,ggplot2确实无法绘制出所有的图表类型,但是我会利用它来做分析。

以下是 2016 年 4 月写的关于绘图工具的概述。出于多方面的原因,绘图工具的选取更多地取决于个人偏好,因此本文介绍的 Python 绘图工具也仅代表我的个人使用偏好。

Matplotlib 是一个强大的工具,它是 Pandas' builtin-plotting Seaborn 的基础。 Matplotlib 能够绘制许多不同的图形,还能调用多个级别的许多 API 。我发现 pyplot api 非常好用,你可能用不上 Transforms 或者 artists ,但是如果你有需求的话可以查阅帮助文档。我将从 pandas seaborn 图开始介绍,然后介绍如何调用 pyplot API

DataFrame Series 拥有 .plot 的命名空间,其中有许多图形类别可供选择(line, hist, scatter, 等等)。 Pandas 对象还提供了额外的用于增强图形展现效果的数据,如索引变量。

由于 pandas 具有更少的向后兼容的限制,所以它具有更好的美学特性。从这方面来说,我认为 pandas 中的 DataFrame.plot 是一个非常实用的快速探索性分析的工具。

Michael Waskom 所开发的 Seaborn 提供了一个高层次的界面来绘制更吸引人统计图形。 Seaborn 提供了一个可以快速探索分析数据不同特征的 API 接口,接下来我们将重点介绍它。

Bokeh 是一款针对浏览器开发的可视化工具。

matplotlib 一样,**Bokeh

** 拥有一系列 API 接口。比如 glpyhs 接口,该接口和 matplotllib 中的 Artists 接口非常相似,它主要用于绘制环形图、方形图和多边形图等。最近 Bokeh 又开放了一个新的图形接口,该接口主要用于处理词典数据或 DataFrame 数据,并用于绘制罐头图。

以下是一些本文没有提到的可视化工具:

我们将利用 ggplot2 中的 diamonds 数据集,你可以在 Vincent Arelbundock's RDatasets 中找到它(pd.read_csv(' http://vincentarelbundock.github.io/Rdatasets/csv/ggplot2/diamonds.csv') ),此外我们还需要检测是否已经安装 feather

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Bokeh 提供了两个 API,一个是低级的 glyph API,另一个是高级的 Charts API。

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还不是很清楚我们应该在啥时候利用 Bokeh 来进行探索性分析,不过它的交互式功能可以激发我的兴趣。就个人而言,由于习惯问题我平时仍然一直使用 matplotlib 来绘图,我还无法完全切换到 Bokeh 中。

我非常喜欢 Bokeh 的仪表盘功能和 bokeh server 的 webapps。

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matplotlib 并不局限于处理 DataFrame 数据,它支持所有使用 getitem 作为键值的数据类型。

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我们从列变量的名字中提取出轴标签,利用 Pandas 可以更加便捷地绘制一系列共享 x 轴数据的图形。

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本文中的剩余部分将重点介绍 seaborn和为什么我认为它是探索性分析的强大工具。

我强烈建议你阅读 Seaborn 的 introductory notes,这上面介绍了 seaborn 的设计逻辑和应用领域。

我们可以通过一个稳定的且易懂的 API 接口来调用 Seaborn。

事实上,seaborn 是基于 matplotlib 开发的,这意味着如果你熟悉 pyplot API的话,那么你可以很容易地掌握 seaborn。

大多数 seaborn 绘图函数的参数都由 x, y, hue, 和 data 构成(并不是所有的参数都是必须的)。如果你处理的对象是 DataFrame,那么你可以直接将列变量的名称和数据集的名称一同传递到绘图函数中。

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我们可以很轻易地探究两个变量之间的关系:

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或者一次探究多个变量之间的关系:

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pariplot 是 PairGrid 的一个包装函数,它提供了 seaborn 一个重要的抽象功能——Grid。Seaborn 的 Grid 将 matplotlib 中Figure 和数据集中的变量联系起来了。

我们有两种方式可以和 grids 进行交互操作。其一,seaborn 提供了类似于 pairplot 的包装函数,它提前设置了许多常见任务的参数;其二,如果你需要更多的自定义选项,那么你可以直接利用 Grid 方法。

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34312 rows × 7 columns

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FaceGrid 可以通过控制分面变量来生成 Grid图形,其中PairGrid是它的一个特例。接下来的案例中,我们将以数据集中的 cut 变量为分面变量来绘制图像:

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最后一个案例展示了如何将 seaborn 和 matplotlib 结合起来。g.axes是matplotlib.Axes的一个数组,g.fig是matplotlib.Figure的一个特例。这是使用 seaborn 时常见的一个模式:利用 seaborn 的方法来绘制图像,然后再利用 matplotlib 来调整细节部分。

我认为 seaborn 之所以吸引人是因为它的绘图语法具有很强的灵活性。你不会被作者所设定的图表类型所局限住,你可以根据自己的需要创建新的图表。

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本来,我打算准备更多的例子来介绍 seaborn,但是我会将相关链接分享给大家。Seaborn 的说明文档写的非常详细。

最后,我们将结合 scikit-learn 来介绍如何利用 GridSearch 来寻找最佳参数。

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原文链接: http://tomaugspurger.github.io/modern-6-visualization.html

译者:Fibears

第一款:最强终端 Upterm

它是一个全平台的终端,可以说是终端里的IDE,有着强大的自动补全功能,之前的名字叫作:BlackWindow。有人跟他说这个名字不利于社区推广,改名叫Upterm之后现在已经17000+Star了。

第二款:交互式解释器 PtPython

一个交互式的Python解释器,支持语法高亮、提示,甚至是VIM和emacs的键入模式。

第三款:包管理必备 Anaconda

强烈推荐:Anaconda。它能帮你安装许多麻烦的东西,包括:Python环境、pip包管理工具、常用的库、配置好环境路径等等。这些小事情小白自己一个个去做的话,容易遇到各种问题,也容易造成挫败感。如果你想用Python搞数据方面的事情,安装它就可以了,它甚至开发了一套JIT的解释器Numba。所以Anaconda有了JIT之后,对线上科学计算效率要求比较高的东西也可以搞定了。

第四款:编辑器 Sublime3

如果你是小白的话,推荐从PyCharm开始上手,但是有时候写一些轻量的小脚本,就会想到轻量级一点的工具。Sublime3很多地方都有了极大的提升,并且用起来比原来还要简单,配合安装Anaconda或CodeIntel插件,可以让Sublime3拥有近乎IDE的体验。

第五款:前端在线编辑器 CodeSandbox

虽然这个不算是真正意义上的Python开发工具,但如果后端工程师想要写前端的话,这个在线编辑器太方便了,节省了后端工程师的生命。不用安装npm的几千个包了,它已经在云端完成了,才让你直接就可以上手写代码、看效果。对于React、Vue这些主流前端框架都支持。

第六款:Python Tutor

Python

Tutor是一个免费教育工具,可帮助学生攻克编程学习中的基础障碍,理解每一行源代码在程序执行时在计算机中的过程。通过这个工具,教师或学生可以直接在web浏览器中编写Python代码,并逐步可视化地运行程序。

第七款:IPython

如何进行交互式编程?没错,就是通过IPython。IPython相对于Python自带的shell要好用的多,并且能够支持代码缩进、TAB键补全代码等功能。如果进行交互式编程,这是不可缺少的工具。

第八款:Jupyter Notebook

Jupyter

Notebook就像一个草稿本,能将文本注释、数学方程、代码和可视化内容全部组合到一个易于共享的文档中,以Web页面的方式展示,它是数据分析、机器学习的必备工具。

第九款:Pycharm

Pycharm是程序员常常使用的开发工具,简单、易用,并且能够设置不同的主题模式,根据自己的喜好来设置代码风格。

第十款:Python Tutor

这个工具可能对初学者比较有用,而对于中高级程序员则用处较少。这个工具的特色是能够清楚的理解每一行代码是如何在计算机中执行的,中高级程序员一般通过分步调试可以实现类似的功能。这个工具对于最初接触Python、最初来学习编程的同学还是非常有用的,初学者可以体验一下。