快速易用的Python数据可视化方法有哪些

数据可视化是数据科学或机器学习项目中十分重要的一环。通常，你需要在项目初期进行探索性的数据分析（EDA），从而对数据有一定的了解，而且创建可视化确实可以使分析的任务更清晰、更容易理解，特别是对于大规模的高维数据集。在项目接近尾声时，以一种清晰、简洁而引人注目的方式展示最终结果也是非常重要的，让你的受众（通常是非技术人员的客户）能够理解。

热力图

一种用颜色表示数据矩阵中每个元素值的方法被称为热力图（Heat Map）。通过矩阵索引，将需要比较的两项或特征关联起来，并用不同的颜色代表它们的不同值。热力图适用于多个特征变量之间的关系展示，因为颜色可以直接反映矩阵元素在该位置的大小。你可以通过热力图中的其他点来比较每种关系和数据集中的其他关系。由于色彩的直观性，它为我们提供了一种简单易懂的数据解释方式。

现在让我们来看看实现代码。与「matplotlib」相比，「seaborn」可以被用于绘制更加高级的图形，它通常需要更多的组件，例如多种颜色、图形或变量。「matplotlib」可以被用于显示图形，「NumPy」可被用于生成数据，「pandas」可以被用于处理数据！绘图只是「seaborn」的一个简单的功能。

# Importing libs
import seaborn as sns
import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# Create a random dataset
data = pd.DataFrame(np.random.random((10,6)), columns=["Iron Man","Captain America","Black Widow","Thor","Hulk", "Hawkeye"])

print(data)

# Plot the heatmap
heatmap_plot = sns.heatmap(data, center=0, cmap='gist_ncar')

plt.show()

二维密度图

二维密度图（2D Density Plot）是一维版本密度图的直观扩展，相对于一维版本，其优点是能够看到关于两个变量的概率分布。右边的刻度图使用颜色来表示每个点的概率，在下面的二维密度图中。我们的数据出现概率最大的地方（也就是数据点最集中的地方），似乎在 size=0.5，speed=1.4 左右。正如你现在所知道的，二维密度图对于迅速找出我们的数据在两个变量的情况下最集中的区域非常有用，而不是像一维密度图那样只有一个变量。当你有两个对输出非常重要的变量，并且希望了解它们如何共同作用于输出的分布时，用二维密度图观察数据是十分有效的。

事实再次证明，使用「seaborn」编写代码是十分便捷的！这一次，我们将创建一个偏态分布，让数据可视化结果更有趣。你可以对大多数可选参数进行调整，让可视化看结果看起来更清楚。

# Importing libs
import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt
from scipy.stats import skewnorm

# Create the data
speed = skewnorm.rvs(4, size=50) 
size = skewnorm.rvs(4, size=50)

# Create and shor the 2D Density plot
ax = sns.kdeplot(speed, size, cmap="Reds", shade=False, bw=.15, cbar=True)
ax.set(xlabel='speed', ylabel='size')
plt.show()

蜘蛛网图

Spider plots are one of the best ways to display one-to-many relationships.。换句话说，您可以绘制和查看与特定变量或类别相关的多个变量的值。在蜘蛛网图中，一个变量相对于另一个变量的显著性是清晰而明显的，因为在特定的方向上，覆盖的面积和距离中心的长度变得更大。你可以绘制这些变量描述的不同类别的对象并排展示，以便观察它们之间的区别。在下面的图表中，我们很容易比较复仇者联盟的不同属性，并看到他们各自的优势所在！（请注意，这些数据是随机设置的，我对复仇者联盟的成员们没有偏见。）

我们可以用「matplotlib」来生成可视化结果，而不必使用「seaborn」。我们需要让每个属性沿圆周等距分布。每个角上都会有标签，我们会将值以一个点的形式绘制，该点到中心的距离与其值/大小成比例。为了更加明确地展示，我们将采用半透明颜色来填充由连接属性点的线条所形成的区域。

# Import libs
import pandas as pd
import seaborn as sns
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# Get the data
df=pd.read_csv("avengers_data.csv")
print(df)

"""
   #             Name  Attack  Defense  Speed  Range  Health
0  1         Iron Man      83       80     75     70      70
1  2  Captain America      60       62     63     80      80
2  3             Thor      80       82     83    100     100
3  3             Hulk      80      100     67     44      92
4  4      Black Widow      52       43     60     50      65
5  5          Hawkeye      58       64     58     80      65

"""

# Get the data for Iron Man
labels=np.array(["Attack","Defense","Speed","Range","Health"])
stats=df.loc[0,labels].values

# Make some calculations for the plot
angles=np.linspace(0, 2*np.pi, len(labels), endpoint=False)
stats=np.concatenate((stats,[stats[0]]))
angles=np.concatenate((angles,[angles[0]]))

# Plot stuff
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, polar=True)
ax.plot(angles, stats, 'o-', linewidth=2)
ax.fill(angles, stats, alpha=0.25)
ax.set_thetagrids(angles * 180/np.pi, labels)
ax.set_title([df.loc[0,"Name"]])
ax.grid(True)

plt.show()

树状图

我们从小学起就学会了使用树形图。由于树形图自然直观，因此易于理解。直接相连的节点关系密切，而具有多个连接的节点则不太相似。在下面的可视化结果中，我根据 Kaggle 的统计数据（生命值、攻击力、防御力、特殊攻击、特殊防御、速度）绘制了一小部分口袋妖怪游戏的数据集的树状图。

因此，统计意义上最匹配的口袋妖怪将被紧密地连接在一起。例如，在图的顶部，阿柏怪和尖嘴鸟是直接连接的，如果我们查看数据，阿柏怪的总分为 438，尖嘴鸟则为 442，二者非常接近！但是如果我们看看拉达，我们可以看到其总得分为 413，这和阿柏怪、尖嘴鸟就具有较大差别了，所以它们在树状图中是被分开的！当我们沿着树往上移动时，绿色组的口袋妖怪彼此之间比它们和红色组中的任何口袋妖怪都更相似，即使这里并没有直接的绿色的连接。

实际上，我们需要使用「Scipy」来绘制树状图。一旦读取了数据集中的数据，我们就会删除字符串列。这么做只是为了使可视化结果更加直观、便于理解，但在实践中，将这些字符串转换为分类变量会得到更好的结果和对比效果。我们还创建了数据帧的索引，以方便在每个节点上正确引用它的列。告诉大家的最后一件事是：在“Scipy”中，计算和绘制树状图只需一行简单代码。

# Import libs
import pandas as pd
from matplotlib import pyplot as plt
from scipy.cluster import hierarchy
import numpy as np

# Read in the dataset
# Drop any fields that are strings
# Only get the first 40 because this dataset is big
df = pd.read_csv('Pokemon.csv')
df = df.set_index('Name')
del df.index.name
df = df.drop(["Type 1", "Type 2", "Legendary"], axis=1)
df = df.head(n=40)

# Calculate the distance between each sample
Z = hierarchy.linkage(df, 'ward')

# Orientation our tree
hierarchy.dendrogram(Z, orientation="left", labels=df.index)

plt.show()

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