Devpractice Team. Python. Визуализация данных. Matplotlib. Seaborn. Mayavi. - devpractice.ru.
2020. - 412 с.: ил.
Данная книга посвящена библиотеками для визуализации данных на языке
программирования Python: Matplotlib, Seaborn, Mayavi. По каждой библиотеке приведено
подробное описание инструментов для визуализации данных, средств настройки внешнего
вида и компоновки графиков.
Материал составил и подготовил:
Абдрахманов М.И.
© devpractice.ru, 2020
© Абдрахманов М.И., 2020
Оглавление
Часть I. Библиотека Matplotlib.............................................................................................6
Введение...........................................................................................................................6
Глава 1. Быстрый старт...................................................................................................7
1.1 Установка................................................................................................................7
1.1.1 Варианты установки Matplotlib......................................................................7
1.1.2 Установка Matplotlib с помощью менеджера pip..........................................7
1.1.3 Проверка установки.......................................................................................7
1.2 Быстрый старт........................................................................................................8
1.3 Построение графика............................................................................................10
1.4 Несколько графиков на одном поле...................................................................11
1.5 Представление графиков на разных полях.......................................................12
1.6 Построение диаграммы для категориальных данных......................................14
1.7 Основные элементы графика.............................................................................15
Глава 2. Основы работы с модулем pyplot..................................................................19
2.1 Построение графиков..........................................................................................19
2.2 Текстовые надписи на графике..........................................................................21
2.2.1 Наименование осей.....................................................................................21
2.2.2 Заголовок графика.......................................................................................22
2.2.3 Текстовое примечание.................................................................................23
2.2.4 Легенда..........................................................................................................23
2.3 Работа с линейным графиком............................................................................24
2.3.1 Стиль линии графика...................................................................................24
2.3.2 Цвет линии....................................................................................................27
2.3.3 Тип графика..................................................................................................28
2.4 Размещение графиков отдельно друг от друга.................................................30
2.4.1 Работа с функцией subplot()........................................................................30
2.4.2 Работа с функцией subplots()......................................................................33
Глава 3. Настройка элементов графика......................................................................34
3.1 Работа с легендой...............................................................................................34
3.1.1 Отображение легенды.................................................................................34
3.1.2 Расположение легенды на графике............................................................36
3.1.3 Дополнительные параметры настройки легенды......................................38
3.2 Компоновка графиков..........................................................................................40
3.2.1 Инструмент GridSpec...................................................................................40
3.3 Текстовые элементы графика............................................................................45
3.3.1 Заголовок фигуры и поля графика..............................................................47
3.3.2 Подписи осей графика.................................................................................48
3.3.3 Текстовый блок.............................................................................................50
3.3.4 Аннотация.....................................................................................................52
3.4 Свойства класса Text...........................................................................................59
3.4.1 Параметры, отвечающие за отображение текста.....................................59
3.4.2 Параметры, отвечающие за расположение надписи................................62
3.4.3 Параметры, отвечающие за настройку заднего фона надписи...............64
3.5 Цветовая полоса — colorbar...............................................................................66
3.5.1 Общая настройка с использованием inset_locator()..................................68
3.5.2 Задание шкалы и установка надписи.........................................................70
3.5.3 Дополнительные параметры настройки цветовой полосы.......................71
Глава 4. Визуализация данных.....................................................................................73
4.1 Линейный график.................................................................................................73
4.1.1 Построение графика....................................................................................73
4.1.1.1 Параметры аргумента fmt....................................................................75
4.1.2 Заливка области между графиком и осью.................................................77
4.1.3 Настройка маркировки графиков................................................................82
4.1.4 Обрезка графика..........................................................................................85
4.2 Ступенчатый, стековый, точечный и другие графики.......................................86
4.2.1 Ступенчатый график....................................................................................86
4.2.2 Стековый график..........................................................................................87
4.2.3 Stem-график..................................................................................................88
4.2.4 Точечный график (Диаграмма рассеяния).................................................91
4.3 Столбчатые и круговые диаграммы...................................................................95
4.3.1 Столбчатые диаграммы...............................................................................95
4.3.1.1 Групповые столбчатые диаграммы.....................................................98
4.3.1.2 Диаграмма с errorbar-элементом.........................................................99
4.3.2 Круговые диаграммы..................................................................................100
4.3.2.1 Классическая круговая диаграмма....................................................100
4.3.2.2 Вложенные круговые диаграммы......................................................104
4.3.2.3 Круговая диаграмма с отверстием....................................................105
4.4 Цветовая сетка...................................................................................................106
4.4.1 Цветовые карты (colormaps)......................................................................106
4.4.2 Построение цветовой сетки.......................................................................107
Глава 5. Построение 3D-графиков. Работа с mplot3d Toolkit...................................113
5.1 Линейный график...............................................................................................113
5.2 Точечный график (диаграмма рассеяния).......................................................114
5.3 Каркасная поверхность.....................................................................................116
5.4 Поверхность.......................................................................................................117
Часть II. Библиотека Seaborn..........................................................................................120
Введение.......................................................................................................................120
Глава 6. Быстрый старт...............................................................................................122
6.1 Установка............................................................................................................122
6.1.1 Варианты установки seaborn.....................................................................122
6.1.2 Установка seaborn через менеджеры pip и conda...................................122
6.1.3 Проверка корректности установки............................................................123
6.2 Быстрый старт....................................................................................................123
6.2.1 Построение точечного графика.................................................................124
6.2.2 Построение линейного графика................................................................125
6.2.3 Работа с категориальными данными........................................................126
Глава 7. Настройка внешнего вида графиков...........................................................129
7.1 Стили seaborn....................................................................................................129
7.2 Контексты seaborn.............................................................................................134
7.3 Настройка сетки и осей.....................................................................................139
7.3.1 Сетка............................................................................................................139
7.3.2 Поле и оси графика....................................................................................141
7.4 Легенда...............................................................................................................145
7.5 Шрифт.................................................................................................................147
7.6 Работа с цветом.................................................................................................148
Глава 8. Визуализация отношений в данных............................................................153
8.1 Общие параметры функций..............................................................................153
8.1.1 Базовые аргументы....................................................................................154
8.1.2 Параметры для повышения информативности графиков......................154
8.2 Линейный график. Функция lineplot()...............................................................156
8.2.1 Знакомство с функцией lineplot()..............................................................157
8.2.2 Отображение математического ожидания и доверительных
интервалов...........................................................................................................160
8.2.3 Повышение информативности графика...................................................164
8.2.3.1 Настройка цветовой схемы................................................................165
8.2.3.2 Настройка стиля..................................................................................166
8.2.3.3 Настройка толщины линии.................................................................168
8.2.4 Визуализация временных рядов...............................................................170
8.3 Диаграмма рассеяния. Функция scatterplot()...................................................171
8.3.1 Знакомство с функцией scatterplot().........................................................171
8.3.2 Повышение информативности графика scatterplot.................................172
8.3.2.1 Настройка цветовой схемы................................................................173
8.3.2.2 Настройка стиля маркеров................................................................175
8.3.2.3 Настройка размера маркера..............................................................177
8.4 Настройка внешнего вида элементов поля графика.....................................179
8.4.1 Легенда........................................................................................................179
8.4.2 Подписи осей..............................................................................................182
8.4.3 Сортировка набора данных.......................................................................183
8.5 Визуализация отношений с настройкой подложки. Функция relplot()...........185
Глава 9. Визуализация категориальных данных.......................................................189
9.1 Общие параметры функций..............................................................................190
9.1.1 Базовые параметры...................................................................................190
9.1.2 Параметры для повышения информативности графиков......................191
9.2 Визуализация категориальных данных в виде точечных диаграмм.............192
9.2.1 Функция stripplot().......................................................................................192
9.2.2 Функция swarmplot()...................................................................................202
9.3 Визуализации распределений категориальных данных................................205
9.3.1 Функция boxplot()........................................................................................206
9.3.2 Функция violin()............................................................................................214
9.4 Визуализация оценок категориальных данных...............................................221
9.4.1 Функция pointplot()......................................................................................222
9.4.2 Функция barplot().........................................................................................228
9.4.3 Функция countplot().....................................................................................233
9.5 Работа на уровне фигуры. Функция catplot()...................................................236
Глава 10. Визуализация распределений в данных...................................................246
10.1 Функция distplot()..............................................................................................246
10.2 Функция kdeplot().............................................................................................253
10.3 Функция rugplot()..............................................................................................262
Глава 11. Визуализация модели линейной регрессии..............................................265
11.1 Общие параметры функций............................................................................265
11.2 Функция regplot()..............................................................................................266
11.3 Функция residplot()............................................................................................278
11.4 Функция lmplot()................................................................................................281
Глава 12. Управление компоновкой диаграмм..........................................................288
12.1 Facet-сетка.......................................................................................................288
12.2 Pair-сетка..........................................................................................................296
12.2.1 Функция pairplot()......................................................................................297
12.2.2 Класс PairPlot............................................................................................302
12.3 Joint-сетка.........................................................................................................306
12.3.1 Функция jointplot().....................................................................................307
12.3.2 Класс JointPlot...........................................................................................313
Часть III. Библиотека Mayavi...........................................................................................315
Введение.......................................................................................................................315
Глава 13. Быстрый старт.............................................................................................317
13.1 Установка..........................................................................................................317
13.2 Быстрый старт..................................................................................................319
13.2.1 Работа с GUI приложением Mayavi2......................................................319
13.2.2 Разработка Python-модулей, использующих Mayavi.............................326
13.2.3 Работа с Mayavi в Jupyter notebook........................................................328
Глава 14. Настройка представления..........................................................................330
14.1 Управление Фигурой/Сценой..........................................................................330
14.2 Настройка элементов оформления...............................................................336
14.2.1 Заголовок сцены.......................................................................................337
14.2.2 Внешний контур модели..........................................................................339
14.2.3 Настройка осей координат......................................................................340
14.2.4 Настройка цветовой полосы (colorbar)...................................................344
14.3 Управление камерой.......................................................................................346
Глава 15. Визуализация данных.................................................................................349
15.1 Функции для работы с одномерными наборами данных.............................350
15.1.1 Функция points3d()....................................................................................351
15.1.2 Функция plot3d()........................................................................................355
15.2 Функции для работы с двумерными наборами данных...............................359
15.2.1 Функция imshow().....................................................................................360
15.2.2 Функция surf()............................................................................................362
15.2.3 Функция contour_surf()..............................................................................366
15.2.4 Функция mesh().........................................................................................368
15.3 Функции для работы с трехмерными наборами данных..............................370
15.3.1 Функция contour3d()..................................................................................371
15.3.2 Функция quiver3d()....................................................................................375
15.3.3 Функция volume_slice().............................................................................376
Глава 16. Работа с pipeline..........................................................................................379
16.1 Структура pipline..............................................................................................382
16.2 Работа с источниками данных........................................................................384
16.3 Работа с фильтрами........................................................................................389
16.4 Работа с модулями..........................................................................................402
Заключение.......................................................................................................................412
Скачать
2020. - 412 с.: ил.
Данная книга посвящена библиотеками для визуализации данных на языке
программирования Python: Matplotlib, Seaborn, Mayavi. По каждой библиотеке приведено
подробное описание инструментов для визуализации данных, средств настройки внешнего
вида и компоновки графиков.
Материал составил и подготовил:
Абдрахманов М.И.
© devpractice.ru, 2020
© Абдрахманов М.И., 2020
Оглавление
Часть I. Библиотека Matplotlib.............................................................................................6
Введение...........................................................................................................................6
Глава 1. Быстрый старт...................................................................................................7
1.1 Установка................................................................................................................7
1.1.1 Варианты установки Matplotlib......................................................................7
1.1.2 Установка Matplotlib с помощью менеджера pip..........................................7
1.1.3 Проверка установки.......................................................................................7
1.2 Быстрый старт........................................................................................................8
1.3 Построение графика............................................................................................10
1.4 Несколько графиков на одном поле...................................................................11
1.5 Представление графиков на разных полях.......................................................12
1.6 Построение диаграммы для категориальных данных......................................14
1.7 Основные элементы графика.............................................................................15
Глава 2. Основы работы с модулем pyplot..................................................................19
2.1 Построение графиков..........................................................................................19
2.2 Текстовые надписи на графике..........................................................................21
2.2.1 Наименование осей.....................................................................................21
2.2.2 Заголовок графика.......................................................................................22
2.2.3 Текстовое примечание.................................................................................23
2.2.4 Легенда..........................................................................................................23
2.3 Работа с линейным графиком............................................................................24
2.3.1 Стиль линии графика...................................................................................24
2.3.2 Цвет линии....................................................................................................27
2.3.3 Тип графика..................................................................................................28
2.4 Размещение графиков отдельно друг от друга.................................................30
2.4.1 Работа с функцией subplot()........................................................................30
2.4.2 Работа с функцией subplots()......................................................................33
Глава 3. Настройка элементов графика......................................................................34
3.1 Работа с легендой...............................................................................................34
3.1.1 Отображение легенды.................................................................................34
3.1.2 Расположение легенды на графике............................................................36
3.1.3 Дополнительные параметры настройки легенды......................................38
3.2 Компоновка графиков..........................................................................................40
3.2.1 Инструмент GridSpec...................................................................................40
3.3 Текстовые элементы графика............................................................................45
3.3.1 Заголовок фигуры и поля графика..............................................................47
3.3.2 Подписи осей графика.................................................................................48
3.3.3 Текстовый блок.............................................................................................50
3.3.4 Аннотация.....................................................................................................52
3.4 Свойства класса Text...........................................................................................59
3.4.1 Параметры, отвечающие за отображение текста.....................................59
3.4.2 Параметры, отвечающие за расположение надписи................................62
3.4.3 Параметры, отвечающие за настройку заднего фона надписи...............64
3.5 Цветовая полоса — colorbar...............................................................................66
3.5.1 Общая настройка с использованием inset_locator()..................................68
3.5.2 Задание шкалы и установка надписи.........................................................70
3.5.3 Дополнительные параметры настройки цветовой полосы.......................71
Глава 4. Визуализация данных.....................................................................................73
4.1 Линейный график.................................................................................................73
4.1.1 Построение графика....................................................................................73
4.1.1.1 Параметры аргумента fmt....................................................................75
4.1.2 Заливка области между графиком и осью.................................................77
4.1.3 Настройка маркировки графиков................................................................82
4.1.4 Обрезка графика..........................................................................................85
4.2 Ступенчатый, стековый, точечный и другие графики.......................................86
4.2.1 Ступенчатый график....................................................................................86
4.2.2 Стековый график..........................................................................................87
4.2.3 Stem-график..................................................................................................88
4.2.4 Точечный график (Диаграмма рассеяния).................................................91
4.3 Столбчатые и круговые диаграммы...................................................................95
4.3.1 Столбчатые диаграммы...............................................................................95
4.3.1.1 Групповые столбчатые диаграммы.....................................................98
4.3.1.2 Диаграмма с errorbar-элементом.........................................................99
4.3.2 Круговые диаграммы..................................................................................100
4.3.2.1 Классическая круговая диаграмма....................................................100
4.3.2.2 Вложенные круговые диаграммы......................................................104
4.3.2.3 Круговая диаграмма с отверстием....................................................105
4.4 Цветовая сетка...................................................................................................106
4.4.1 Цветовые карты (colormaps)......................................................................106
4.4.2 Построение цветовой сетки.......................................................................107
Глава 5. Построение 3D-графиков. Работа с mplot3d Toolkit...................................113
5.1 Линейный график...............................................................................................113
5.2 Точечный график (диаграмма рассеяния).......................................................114
5.3 Каркасная поверхность.....................................................................................116
5.4 Поверхность.......................................................................................................117
Часть II. Библиотека Seaborn..........................................................................................120
Введение.......................................................................................................................120
Глава 6. Быстрый старт...............................................................................................122
6.1 Установка............................................................................................................122
6.1.1 Варианты установки seaborn.....................................................................122
6.1.2 Установка seaborn через менеджеры pip и conda...................................122
6.1.3 Проверка корректности установки............................................................123
6.2 Быстрый старт....................................................................................................123
6.2.1 Построение точечного графика.................................................................124
6.2.2 Построение линейного графика................................................................125
6.2.3 Работа с категориальными данными........................................................126
Глава 7. Настройка внешнего вида графиков...........................................................129
7.1 Стили seaborn....................................................................................................129
7.2 Контексты seaborn.............................................................................................134
7.3 Настройка сетки и осей.....................................................................................139
7.3.1 Сетка............................................................................................................139
7.3.2 Поле и оси графика....................................................................................141
7.4 Легенда...............................................................................................................145
7.5 Шрифт.................................................................................................................147
7.6 Работа с цветом.................................................................................................148
Глава 8. Визуализация отношений в данных............................................................153
8.1 Общие параметры функций..............................................................................153
8.1.1 Базовые аргументы....................................................................................154
8.1.2 Параметры для повышения информативности графиков......................154
8.2 Линейный график. Функция lineplot()...............................................................156
8.2.1 Знакомство с функцией lineplot()..............................................................157
8.2.2 Отображение математического ожидания и доверительных
интервалов...........................................................................................................160
8.2.3 Повышение информативности графика...................................................164
8.2.3.1 Настройка цветовой схемы................................................................165
8.2.3.2 Настройка стиля..................................................................................166
8.2.3.3 Настройка толщины линии.................................................................168
8.2.4 Визуализация временных рядов...............................................................170
8.3 Диаграмма рассеяния. Функция scatterplot()...................................................171
8.3.1 Знакомство с функцией scatterplot().........................................................171
8.3.2 Повышение информативности графика scatterplot.................................172
8.3.2.1 Настройка цветовой схемы................................................................173
8.3.2.2 Настройка стиля маркеров................................................................175
8.3.2.3 Настройка размера маркера..............................................................177
8.4 Настройка внешнего вида элементов поля графика.....................................179
8.4.1 Легенда........................................................................................................179
8.4.2 Подписи осей..............................................................................................182
8.4.3 Сортировка набора данных.......................................................................183
8.5 Визуализация отношений с настройкой подложки. Функция relplot()...........185
Глава 9. Визуализация категориальных данных.......................................................189
9.1 Общие параметры функций..............................................................................190
9.1.1 Базовые параметры...................................................................................190
9.1.2 Параметры для повышения информативности графиков......................191
9.2 Визуализация категориальных данных в виде точечных диаграмм.............192
9.2.1 Функция stripplot().......................................................................................192
9.2.2 Функция swarmplot()...................................................................................202
9.3 Визуализации распределений категориальных данных................................205
9.3.1 Функция boxplot()........................................................................................206
9.3.2 Функция violin()............................................................................................214
9.4 Визуализация оценок категориальных данных...............................................221
9.4.1 Функция pointplot()......................................................................................222
9.4.2 Функция barplot().........................................................................................228
9.4.3 Функция countplot().....................................................................................233
9.5 Работа на уровне фигуры. Функция catplot()...................................................236
Глава 10. Визуализация распределений в данных...................................................246
10.1 Функция distplot()..............................................................................................246
10.2 Функция kdeplot().............................................................................................253
10.3 Функция rugplot()..............................................................................................262
Глава 11. Визуализация модели линейной регрессии..............................................265
11.1 Общие параметры функций............................................................................265
11.2 Функция regplot()..............................................................................................266
11.3 Функция residplot()............................................................................................278
11.4 Функция lmplot()................................................................................................281
Глава 12. Управление компоновкой диаграмм..........................................................288
12.1 Facet-сетка.......................................................................................................288
12.2 Pair-сетка..........................................................................................................296
12.2.1 Функция pairplot()......................................................................................297
12.2.2 Класс PairPlot............................................................................................302
12.3 Joint-сетка.........................................................................................................306
12.3.1 Функция jointplot().....................................................................................307
12.3.2 Класс JointPlot...........................................................................................313
Часть III. Библиотека Mayavi...........................................................................................315
Введение.......................................................................................................................315
Глава 13. Быстрый старт.............................................................................................317
13.1 Установка..........................................................................................................317
13.2 Быстрый старт..................................................................................................319
13.2.1 Работа с GUI приложением Mayavi2......................................................319
13.2.2 Разработка Python-модулей, использующих Mayavi.............................326
13.2.3 Работа с Mayavi в Jupyter notebook........................................................328
Глава 14. Настройка представления..........................................................................330
14.1 Управление Фигурой/Сценой..........................................................................330
14.2 Настройка элементов оформления...............................................................336
14.2.1 Заголовок сцены.......................................................................................337
14.2.2 Внешний контур модели..........................................................................339
14.2.3 Настройка осей координат......................................................................340
14.2.4 Настройка цветовой полосы (colorbar)...................................................344
14.3 Управление камерой.......................................................................................346
Глава 15. Визуализация данных.................................................................................349
15.1 Функции для работы с одномерными наборами данных.............................350
15.1.1 Функция points3d()....................................................................................351
15.1.2 Функция plot3d()........................................................................................355
15.2 Функции для работы с двумерными наборами данных...............................359
15.2.1 Функция imshow().....................................................................................360
15.2.2 Функция surf()............................................................................................362
15.2.3 Функция contour_surf()..............................................................................366
15.2.4 Функция mesh().........................................................................................368
15.3 Функции для работы с трехмерными наборами данных..............................370
15.3.1 Функция contour3d()..................................................................................371
15.3.2 Функция quiver3d()....................................................................................375
15.3.3 Функция volume_slice().............................................................................376
Глава 16. Работа с pipeline..........................................................................................379
16.1 Структура pipline..............................................................................................382
16.2 Работа с источниками данных........................................................................384
16.3 Работа с фильтрами........................................................................................389
16.4 Работа с модулями..........................................................................................402
Заключение.......................................................................................................................412
Скачать