40 个 Python 可视化图表案例及代码实现

使用 Seaborn 的 kdeplot() 进行绘制，结果如下。

03. 直方图

直方图，可视化一组或多组数据的分布情况。

import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt

# 加载数据
df = sns.load_dataset('iris', data_home='seaborn-data', cache=True)

# 绘图显示
sns.histplot(a=df["sepal_length"], kde=False, rug=False)
plt.show()

使用 Seaborn 的 histplot() 进行绘制，结果如下。

04. 箱形图

箱形图，可视化一组或多组数据的分布情况。

可以快速获得中位数、四分位数和异常值，但也隐藏数据集的各个数据点。

import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt

# 加载数据
df = sns.load_dataset('iris', data_home='seaborn-data', cache=True)

# 绘图显示
sns.boxplot(x=df["species"], y=df["sepal_length"])
plt.show()

使用 Seaborn 的 boxplot() 进行绘制，结果如下。

05. 山脊线图

山脊线图，总结几组数据的分布情况。

每个组都表示为一个密度图，每个密度图相互重叠以更有效地利用空间。

import plotly.graph_objects as go
import numpy as np
import pandas as pd

# 读取数据
temp = pd.read_csv('2016-weather-data-seattle.csv')
# 数据处理，时间格式转换
temp['year'] = pd.to_datetime(temp['Date']).dt.year

# 选择几年的数据展示即可
year_list = [1950, 1960, 1970, 1980, 1990, 2000, 2010]
temp = temp[temp['year'].isin(year_list)]

# 绘制每年的直方图，以年和平均温度分组，并使用'count'函数进行汇总
temp = temp.groupby(['year', 'Mean_TemperatureC']).agg({'Mean_TemperatureC': 'count'}).rename(columns={'Mean_TemperatureC': 'count'}).reset_index()

# 使用 Plotly 绘制脊线图，每个轨迹对应于特定年份的温度分布
# 将每年的数据 (温度和它们各自的计数) 存储在单独的数组，并将其存储在字典中以方便检索
array_dict = {}
for year in year_list:
    # 每年平均温度
    array_dict[f'x_{year}'] = temp[temp['year'] == year]['Mean_TemperatureC']
    # 每年温度计数
    array_dict[f'y_{year}'] = temp[temp['year'] == year]['count']
    array_dict[f'y_{year}'] = (array_dict[f'y_{year}'] - array_dict[f'y_{year}'].min()) / (array_dict[f'y_{year}'].max() - array_dict[f'y_{year}'].min())

# 创建一个图像对象
fig = go.Figure()
for index, year in enumerate(year_list):
    # 使用 add_trace() 绘制轨迹
    fig.add_trace(go.Scatter(
        x=[-20, 40], y=np.full(2, len(year_list) - index),
        mode='lines',
        line_color='white'))

    fig.add_trace(go.Scatter(
        x=array_dict[f'x_{year}'],
        y=array_dict[f'y_{year}'] + (len(year_list) - index) + 0.4,
        fill='tonexty',
        name=f'{year}'))

    # 添加文本
    fig.add_annotation(
        x=-20,
        y=len(year_list) - index,
        text=f'{year}',
        showarrow=False,
        yshift=10)

# 添加标题、图例、xy 轴参数
fig.update_layout(
    title='西雅图平均温度',
    showlegend=False,
    xaxis=dict(),
    yaxis=dict(showticklabels=False)
)

# 跳转网页显示
fig.show()

Seaborn 没有专门的函数来绘制山脊线图，可以多次调用 kdeplot() 来制作。

结果如下。

06. 散点图

散点图，显示 2 个数值变量之间的关系。

import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt

# 加载数据
df = sns.load_dataset('iris', data_home='seaborn-data', cache=True)

# 绘图显示
sns.regplot(x=df["sepal_length"], y=df["sepal_width"])
plt.show()

使用 Seaborn 的 regplot() 进行绘制，结果如下。

07. 矩形热力图

矩形热力图，矩阵中的每个值都被表示为一个颜色数据。

import seaborn as sns
import pandas as pd
import numpy as np

# Create a dataset
df = pd.DataFrame(np.random.random((5,5)), columns=["a","b","c","d","e"])

# Default heatmap
p1 = sns.heatmap(df)

使用 Seaborn 的 heatmap() 进行绘制，结果如下。

08. 相关性图

相关性图或相关矩阵图，分析每对数据变量之间的关系。

相关性可视化为散点图，对角线用直方图或密度图表示每个变量的分布。

import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt

# 加载数据
df = sns.load_dataset('iris', data_home='seaborn-data', cache=True)

# 绘图显示
sns.pairplot(df)
plt.show()

使用 Seaborn 的 pairplot() 进行绘制，结果如下。

09. 气泡图

气泡图其实就是一个散点图，其中圆圈大小被映射到第三数值变量的值。

import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns
from gapminder import gapminder

# 导入数据
data = gapminder.loc[gapminder.year == 2007]

# 使用 scatterplot 创建气泡图
sns.scatterplot(data=data, x="gdpPercap", y="lifeExp", size="pop", legend=False, sizes=(20, 2000))

# 显示
plt.show()

使用 Seaborn 的 scatterplot() 进行绘制，结果如下。

10. 连接散点图

连接散点图就是一个线图，其中每个数据点由圆形或任何类型的标记展示。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import pandas as pd

# 创建数据
df = pd.DataFrame({'x_axis': range(1, 10), 'y_axis': np.random.randn(9) * 80 + range(1, 10)})

# 绘制显示
plt.plot('x_axis', 'y_axis', data=df, linestyle='-', marker='o')
plt.show()

使用 Matplotlib 的 plot() 进行绘制，结果如下。

11. 二维密度图

二维密度图或二维直方图，可视化两个定量变量的组合分布。

它们总是在 X 轴上表示一个变量，另一个在 Y 轴上，就像散点图。

然后计算二维空间特定区域内的次数，并用颜色渐变表示。

形状变化：六边形 hexbin chart，正方形 2d histogram，核密度 2d density plots 或 contour plots。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from scipy.stats import kde

# 创建数据，200 个点
data = np.random.multivariate_normal([0, 0], [[1, 0.5], [0.5, 3]], 200)
x, y = data.T

# 创建画布，6 个子图
fig, axes = plt.subplots(ncols=6, nrows=1, figsize=(21, 5))

# 第一个子图，散点图
axes[0].set_title('Scatterplot')
axes[0].plot(x, y, 'ko')

# 第二个子图，六边形
nbins = 20
axes[1].set_title('Hexbin')
axes[1].hexbin(x, y, gridsize=nbins, cmap=plt.cm.BuGn_r)

# 2D 直方图
axes[2].set_title('2D Histogram')
axes[2].hist2d(x, y, bins=nbins, cmap=plt.cm.BuGn_r)

# 高斯 kde
k = kde.gaussian_kde(data.T)
xi, yi = np.mgrid[x.min():x.max():nbins * 1j, y.min():y.max():nbins * 1j]
zi = k(np.vstack([xi.flatten(), yi.flatten()]))

# 密度图
axes[3].set_title('Calculate Gaussian KDE')
axes[3].pcolormesh(xi, yi, zi.reshape(xi.shape), shading='auto', cmap=plt.cm.BuGn_r)

# 添加阴影
axes[4].set_title('2D Density with shading')
axes[4].pcolormesh(xi, yi, zi.reshape(xi.shape), shading='gouraud', cmap=plt.cm.BuGn_r)

# 添加轮廓
axes[5].set_title('Contour')
axes[5].pcolormesh(xi, yi, zi.reshape(xi.shape), shading='gouraud', cmap=plt.cm.BuGn_r)
axes[5].contour(xi, yi, zi.reshape(xi.shape))

plt.show()

使用 Matplotlib 和 scipy 进行绘制，结果如下。

12. 条形图

条形图表示多个明确的变量的数值关系。每个变量都为一个条形。条形的大小代表其数值。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 生成随机数据
height = [3, 12, 5, 18, 45]
bars = ('A', 'B', 'C', 'D', 'E')
y_pos = np.arange(len(bars))

# 创建条形图
plt.bar(y_pos, height)

# x 轴标签
plt.xticks(y_pos, bars)

# 显示
plt.show()

使用 Matplotlib 的 bar() 进行绘制，结果如下。

13. 雷达图

雷达图，可以可视化多个定量变量的一个或多个系列的值。

每个变量都有自己的轴，所有轴都连接在图形的中心。

import matplotlib.pyplot as plt
import pandas as pd
from math import pi

# 设置数据
df = pd.DataFrame({
'group': ['A', 'B', 'C', 'D'],
'var1': [38, 1.5, 30, 4],
'var2': [29, 10, 9, 34],
'var3': [8, 39, 23, 24],
'var4': [7, 31, 33, 14],
'var5': [28, 15, 32, 14]
})

# 目标数量
categories = list(df)[1:]
N = len(categories)

# 角度
angles = [n / float(N) * 2 * pi for n in range(N)]
angles += angles[:1]

# 初始化
ax = plt.subplot(111, polar=True)

# 设置第一处
ax.set_theta_offset(pi / 2)
ax.set_theta_direction(-1)

# 添加背景信息
plt.xticks(angles[:-1], categories)
ax.set_rlabel_position(0)
plt.yticks([10, 20, 30], ["10", "20", "30"], color="grey", size=7)
plt.ylim(0, 40)

# 添加数据图

# 第一个
values = df.loc[0].drop('group').values.flatten().tolist()
values += values[:1]
ax.plot(angles, values, linewidth=1, linestyle='solid', label="group A")
ax.fill(angles, values, 'b', alpha=0.1)

# 第二个
values = df.loc[1].drop('group').values.flatten().tolist()
values += values[:1]
ax.plot(angles, values, linewidth=1, linestyle='solid', label="group B")
ax.fill(angles, values, 'r', alpha=0.1)

# 添加图例
plt.legend(loc='upper right', bbox_to_anchor=(0.1, 0.1))

# 显示
plt.show()

使用 Matplotlib 进行绘制，结果如下。

14. 词云图

词云图是文本数据的视觉表示。

单词通常是单个的，每个单词的重要性以字体大小或颜色表示。

from wordcloud import WordCloud
import matplotlib.pyplot as plt

# 添加词语
text=("Python Python Python Matplotlib Chart Wordcloud Boxplot")

# 创建词云对象
wordcloud = WordCloud(width=480, height=480, margin=0).generate(text)

# 显示词云图
plt.imshow(wordcloud, interpolation='bilinear')
plt.axis("off")
plt.margins(x=0, y=0)
plt.show()

使用 wordcloud 进行绘制，结果如下。

15. 平行座标图

一个平行座标图，能够比较不同系列相同属性的数值情况。

Pandas 可能是绘制平行坐标图的最佳方式。

import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt
from pandas.plotting import parallel_coordinates

# 读取数据
data = sns.load_dataset('iris', data_home='seaborn-data', cache=True)

# 创建图表
parallel_coordinates(data, 'species', colormap=plt.get_cmap("Set2"))

# 显示
plt.show()

使用 Pandas 的 parallel_coordinates() 进行绘制，结果如下。

16. 棒棒糖图

棒棒糖图其实就是柱状图的变形，显示一个线段和一个圆。

import matplotlib.pyplot as plt
import pandas as pd
import numpy as np

# 创建数据
df = pd.DataFrame({'group': list(map(chr, range(65, 85))), 'values': np.random.uniform(size=20) })

# 排序取值
ordered_df = df.sort_values(by='values')
my_range = range(1, len(df.index)+1)

# 创建图表
plt.stem(ordered_df['values'])
plt.xticks(my_range, ordered_df['group'])

# 显示
plt.show()

使用 Matplotlib 的 stem() 进行绘制，结果如下。

17. 径向柱图

径向柱图同样也是条形图的变形，但是使用极坐标而不是直角坐标系。

绘制起来有点麻烦，而且比柱状图准确度低，但更引人注目。

import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 生成数据
df = pd.DataFrame(
{
'Name': ['item ' + str(i) for i in list(range(1, 51)) ],
'Value': np.random.randint(low=10, high=100, size=50)
})

# 排序
df = df.sort_values(by=['Value'])

# 初始化画布
plt.figure(figsize=(20, 10))
ax = plt.subplot(111, polar=True)
plt.axis('off')

# 设置图表参数
upperLimit = 100
lowerLimit = 30
labelPadding = 4

# 计算最大值
max_val = df['Value'].max()

# 数据下限 10, 上限 100
slope = (max_val - lowerLimit) / max_val
heights = slope * df.Value + lowerLimit

# 计算条形图的宽度
width = 2*np.pi / len(df.index)

# 计算角度
indexes = list(range(1, len(df.index)+1))
angles = [element * width for element in indexes]

# 绘制条形图
bars = ax.bar(
x=angles,
height=heights,
width=width,
bottom=lowerLimit,
linewidth=2,
edgecolor="white",
color="#61a4b2",
)

# 添加标签
for bar, angle, height, label in zip(bars,angles, heights, df["Name"]):
    # 旋转
    rotation = np.rad2deg(angle)

    # 翻转
    alignment = ""
    if angle >= np.pi/2 and angle < 3*np.pi/2:
        alignment = "right"
        rotation = rotation + 180
    else:
        alignment = "left"

    # 最后添加标签
    ax.text(
        x=angle,
        y=lowerLimit + bar.get_height() + labelPadding,
        s=label,
        ha=alignment,
        va='center',
        rotation=rotation,
        rotation_mode="anchor")

plt.show()

使用 Matplotlib 进行绘制，结果如下。

18. 矩形树图

矩形树图是一种常见的表达『层级数据』『树状数据』的可视化形式。

它主要用面积的方式，便于突出展现出『树』的各层级中重要的节点。

import matplotlib.pyplot as plt
import squarify
import pandas as pd

# 创建数据
df = pd.DataFrame({'nb_people': [8, 3, 4, 2], 'group': ["group A", "group B", "group C", "group D"]})

# 绘图显示
squarify.plot(sizes=df['nb_people'], label=df['group'], alpha=.8 )
plt.axis('off')
plt.show()

使用 squarify 库进行绘制，结果如下。

19. 维恩图

维恩图，显示不同组之间所有可能的关系。

import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib_venn import venn2

# 创建图表
venn2(subsets=(10, 5, 2), set_labels=('Group A', 'Group B'))

# 显示
plt.show()

使用 matplotlib_venn 库进行绘制，结果如下。

20. 圆环图

圆环图，本质上就是一个饼图，中间切掉了一个区域。

import matplotlib.pyplot as plt

# 创建数据
size_of_groups = [12, 11, 3, 30]

# 生成饼图
plt.pie(size_of_groups)

# 在中心添加一个圆，生成环形图
my_circle = plt.Circle((0, 0), 0.7, color='white')
p = plt.gcf()
p.gca().add_artist(my_circle)

plt.show()

使用 Matplotlib 进行绘制，结果如下。

21. 饼图

饼图，最常见的可视化图表之一。

将圆划分成一个个扇形区域，每个区域代表在整体中所占的比例。

import matplotlib.pyplot as plt

# 创建数据
size_of_groups = [12, 11, 3, 30]

# 生成饼图
plt.pie(size_of_groups)
plt.show()

使用 Matplotlib 进行绘制，结果如下。

22. 树图

树图主要用来可视化树形数据结构，是一种特殊的层次类型，具有唯一的根节点，左子树，和右子树。

import pandas as pd
from matplotlib import pyplot as plt
from scipy.cluster.hierarchy import dendrogram, linkage

# 读取数据
df = pd.read_csv('mtcars.csv')
df = df.set_index('model')

# 计算每个样本之间的距离
Z = linkage(df, 'ward')

# 绘图
dendrogram(Z, leaf_rotation=90, leaf_font_size=8, labels=df.index)

# 显示
plt.show()

使用 Scipy 进行绘制，结果如下。

23. 气泡图

气泡图，表示层次结构及数值大小。

import circlify
import matplotlib.pyplot as plt

# 创建画布，包含一个子图
fig, ax = plt.subplots(figsize=(14, 14))

# 标题
ax.set_title('Repartition of the world population')

# 移除坐标轴
ax.axis('off')

# 人口数据
data = [{'id': 'World', 'datum': 6964195249, 'children': [
{'id': "North America", 'datum': 450448697,
'children': [
{'id': "United States", 'datum': 308865000},
{'id': "Mexico", 'datum': 107550697},
{'id': "Canada", 'datum': 34033000}
]},
{'id': "South America", 'datum': 278095425,
'children': [
{'id': "Brazil", 'datum': 192612000},
{'id': "Colombia", 'datum': 45349000},
{'id': "Argentina", 'datum': 40134425}
]},
{'id': "Europe", 'datum': 209246682,
'children': [
{'id': "Germany", 'datum': 81757600},
{'id': "France", 'datum': 65447374},
{'id': "United Kingdom", 'datum': 62041708}
]},
{'id': "Africa", 'datum': 311929000,
'children': [
{'id': "Nigeria", 'datum': 154729000},
{'id': "Ethiopia", 'datum': 79221000},
{'id': "Egypt", 'datum': 77977000}
]},
{'id': "Asia", 'datum': 2745929500,
'children': [
{'id': "China", 'datum': 1336335000},
{'id': "India", 'datum': 1178225000},
{'id': "Indonesia", 'datum': 231369500}
]}
]}]

# 使用 circlify() 计算，获取圆的大小，位置
circles = circlify.circlify(
data,
show_enclosure=False,
target_enclosure=circlify.Circle(x=0, y=0, r=1)
)

lim = max(
max(
abs(circle.x) + circle.r,
abs(circle.y) + circle.r,
)
for circle in circles
)
plt.xlim(-lim, lim)
plt.ylim(-lim, lim)

for circle in circles:
if circle.level != 2:
continue
x, y, r = circle
ax.add_patch(plt.Circle((x, y), r, alpha=0.5, linewidth=2, color="lightblue"))

for circle in circles:
if circle.level != 3:
continue
x, y, r = circle
label = circle.ex["id"]
ax.add_patch(plt.Circle((x, y), r, alpha=0.5, linewidth=2, color="#69b3a2"))
plt.annotate(label, (x, y), ha='center', color="white")

for circle in circles:
if circle.level != 2:
continue
x, y, r = circle
label = circle.ex["id"]
plt.annotate(label, (x, y), va='center', ha='center', bbox=dict(facecolor='white', edgecolor='black', boxstyle='round', pad=.5))

plt.show()

使用 Circlify 进行绘制，结果如下。

24. 折线图

折线图是最常见的图表类型之一。

将各个数据点标志连接起来的图表，用于展现数据的变化趋势。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 创建数据
values = np.cumsum(np.random.randn(1000, 1))

# 绘制图表
plt.plot(values)
plt.show()

使用 Matplotlib 进行绘制，结果如下。

25. 面积图

面积图和折线图非常相似，区别在于和 x 坐标轴间是否被颜色填充。

import matplotlib.pyplot as plt

# 创建数据
x = range(1, 6)
y = [1, 4, 6, 8, 4]

# 生成图表
plt.fill_between(x, y)
plt.show()

使用 Matplotlib 的 fill_between() 进行绘制，结果如下。

26. 堆叠面积图

堆叠面积图表示若干个数值变量的数值演变。

每个显示在彼此的顶部，易于读取总数，但较难准确读取每个的值。

import matplotlib.pyplot as plt

# 创建数据
x = range(1, 6)
y1 = [1, 4, 6, 8, 9]
y2 = [2, 2, 7, 10, 12]
y3 = [2, 8, 5, 10, 6]

# 生成图表
plt.stackplot(x, y1, y2, y3, labels=['A', 'B', 'C'])
plt.legend(loc='upper left')
plt.show()

使用 Matplotlib 的 stackplot() 进行绘制，结果如下。

27. 河流图

河流图是一种特殊的流图，它主要用来表示事件或主题等在一段时间内的变化。

围绕着中心轴显示，且边缘是圆形的，从而形成流动的形状。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from scipy import stats

# 添加数据
x = np.arange(1990, 2020)
y = [np.random.randint(0, 5, size=30) for _ in range(5)]

def gaussian_smooth(x, y, grid, sd):
    """平滑曲线"""
    weights = np.transpose([stats.norm.pdf(grid, m, sd) for m in x])
    weights = weights / weights.sum(0)
    return (weights * y).sum(1)

# 自定义颜色
COLORS = ["#D0D1E6", "#A6BDDB", "#74A9CF", "#2B8CBE", "#045A8D"]

# 创建画布
fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 7))

# 生成图表
grid = np.linspace(1985, 2025, num=500)
y_smoothed = [gaussian_smooth(x, y_, grid, 1) for y_ in y]
ax.stackplot(grid, y_smoothed, colors=COLORS, baseline="sym")

# 显示
plt.show()

先使用 Matplotlib 绘制堆积图，设置 stackplot() 的 baseline 参数，可将数据围绕 x 轴展示。

再通过 scipy.interpolate 平滑曲线，最终结果如下。

28. 时间序列图

时间序列图是指能够展示数值演变的所有图表。

比如折线图、柱状图、面积图等等。

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

# 创建数据
my_count = ["France", "Australia", "Japan", "USA", "Germany", "Congo", "China", "England", "Spain", "Greece", "Marocco",
"South Africa", "Indonesia", "Peru", "Chili", "Brazil"]
df = pd.DataFrame({
"country": np.repeat(my_count, 10),
"years": list(range(2000, 2010)) * 16,
"value": np.random.rand(160)
})

# 创建网格
g = sns.FacetGrid(df, col='country', hue='country', col_wrap=4, )

# 添加曲线图
g = g.map(plt.plot, 'years', 'value')

# 面积图
g = g.map(plt.fill_between, 'years', 'value', alpha=0.2).set_titles("{col_name} country")

# 标题
g = g.set_titles("{col_name}")

# 总标题
plt.subplots_adjust(top=0.92)
g = g.fig.suptitle('Evolution of the value of stuff in 16 countries')

# 显示
plt.show()

下面以一个时间序列面积图为例，显示多组数据，结果如下。

29. 地图

所有的地理空间数据分析应该都离不开地图吧！

import pandas as pd
import folium

# 创建地图对象
m = folium.Map(location=[20, 0], tiles="OpenStreetMap", zoom_start=2)

# 创建图标数据
data = pd.DataFrame({
'lon': [-58, 2, 145, 30.32, -4.03, -73.57, 36.82, -38.5],
'lat': [-34, 49, -38, 59.93, 5.33, 45.52, -1.29, -12.97],
'name': ['Buenos Aires', 'Paris', 'melbourne', 'St Petersbourg', 'Abidjan', 'Montreal', 'Nairobi', 'Salvador'],
'value': [10, 12, 40, 70, 23, 43, 100, 43]
}, dtype=str)

# 添加信息
for i in range(0,len(data)):
folium.Marker(
location=[data.iloc[i]['lat'], data.iloc[i]['lon']],
popup=data.iloc[i]['name'],
).add_to(m)

# 保存
m.save('map.html')

使用 Folium 绘制谷歌地图风格的地图，结果如下。

30. 等值域地图

等值域地图，相同数值范围，着色相同。

import pandas as pd
import folium

# 创建地图对象
m = folium.Map(location=[40, -95], zoom_start=4)

# 读取数据
state_geo = f"us-states.json"
state_unemployment = f"US_Unemployment_Oct2012.csv"
state_data = pd.read_csv(state_unemployment)

folium.Choropleth(
geo_data=state_geo,
name="choropleth",
data=state_data,
columns=["State", "Unemployment"],
key_on="feature.id",
fill_color="YlGn",
fill_opacity=0.7,
line_opacity=.1,
legend_name="Unemployment Rate (%)",
).add_to(m)

folium.LayerControl().add_to(m)
# 保存
m.save('choropleth-map.html')

使用 Folium 的 choropleth() 进行绘制，结果如下。

31. 网格地图

Hexbin 地图，美国大选投票经常看见。

import pandas as pd
import geopandas as gpd
import matplotlib.pyplot as plt

# 读取数据
file = "us_states_hexgrid.geojson.json"
geoData = gpd.read_file(file)
geoData['centroid'] = geoData['geometry'].apply(lambda x: x.centroid)

mariageData = pd.read_csv("State_mariage_rate.csv")
geoData['state'] = geoData['google_name'].str.replace(' (United States)','')

geoData = geoData.set_index('state').join(mariageData.set_index('state'))

# 初始化
fig, ax = plt.subplots(1, figsize=(6, 4))

# 绘图
geoData.plot(
ax=ax,
column="y_2015",
cmap="BuPu",
norm=plt.Normalize(vmin=2, vmax=13),
edgecolor='black',
linewidth=.5
);

# 不显示坐标轴
ax.axis('off')

# 标题，副标题
ax.annotate('Mariage rate in the US', xy=(10, 340), xycoords='axes pixels', horizontalalignment='left', verticalalignment='top', fontsize=14, color='black')
ax.annotate('Yes, people love to get married in Vegas', xy=(10, 320), xycoords='axes pixels', horizontalalignment='left', verticalalignment='top', fontsize=11, color='#808080')

# 每个网格
for idx, row in geoData.iterrows():
ax.annotate(
s=row['iso3166_2'],
xy=row['centroid'].coords[0],
horizontalalignment='center',
va='center',
color="white"
)

# 添加颜色
sm = plt.cm.ScalarMappable(cmap='BuPu', norm=plt.Normalize(vmin=2, vmax=13))
fig.colorbar(sm, orientation="horizontal", aspect=50, fraction=0.005, pad=0 );

# 显示
plt.show()

使用 geopandas 和 matplotlib 进行绘制，结果如下。

32. 变形地图

故名思义，就是形状发生改变的地图。

其中每个区域的形状，会根据数值发生扭曲变化。

这里没有相关的代码示例，直接上个图好了。

33. 连接映射地图

连接地图可以显示地图上几个位置之间的连接关系。

航空上经常用到的飞线图，应该是这个的升级版。

from mpl_toolkits.basemap import Basemap
import matplotlib.pyplot as plt
import pandas as pd

# 数据
cities = {
'city': ["Paris", "Melbourne", "Saint.Petersburg", "Abidjan", "Montreal", "Nairobi", "Salvador"],
'lon': [2, 145, 30.32, -4.03, -73.57, 36.82, -38.5],
'lat': [49, -38, 59.93, 5.33, 45.52, -1.29, -12.97]
}
df = pd.DataFrame(cities, columns=['city', 'lon', 'lat'])

# 创建地图
m = Basemap(llcrnrlon=-179, llcrnrlat=-60, urcrnrlon=179, urcrnrlat=70, projection='merc')
m.drawmapboundary(fill_color='white', linewidth=0)
m.fillcontinents(color='#f2f2f2', alpha=0.7)
m.drawcoastlines(linewidth=0.1, color="white")

# 循环建立连接
for startIndex, startRow in df.iterrows():
for endIndex in range(startIndex, len(df.index)):
endRow = df.iloc[endIndex]
m.drawgreatcircle(startRow.lon, startRow.lat, endRow.lon, endRow.lat, linewidth=1, color='#69b3a2');

# 添加城市名称
for i, row in df.iterrows():
plt.annotate(row.city, xy=m(row.lon + 3, row.lat), verticalalignment='center')

plt.show()

使用 basemap 绘制，结果如下。

34. 气泡地图

气泡地图，使用不同尺寸的圆来表示该地理坐标的数值。

import folium
import pandas as pd

# 创建地图对象
m = folium.Map(location=[20,0], tiles="OpenStreetMap", zoom_start=2)

# 坐标点数据
data = pd.DataFrame({
'lon': [-58, 2, 145, 30.32, -4.03, -73.57, 36.82, -38.5],
'lat': [-34, 49, -38, 59.93, 5.33, 45.52, -1.29, -12.97],
'name': ['Buenos Aires', 'Paris', 'melbourne', 'St Petersbourg', 'Abidjan', 'Montreal', 'Nairobi', 'Salvador'],
'value': [10, 12, 40, 70, 23, 43, 100, 43]
}, dtype=str)

# 添加气泡
for i in range(0, len(data)):
folium.Circle(
location=[data.iloc[i]['lat'], data.iloc[i]['lon']],
popup=data.iloc[i]['name'],
radius=float(data.iloc[i]['value'])*20000,
color='crimson',
fill=True,
fill_color='crimson'
).add_to(m)

# 保存
m.save('bubble-map.html')

使用 Folium 的 Circle() 进行绘制，结果如下。

35. 和弦图

和弦图表示若干个实体 (节点) 之间的流或连接。

每个实体 (节点) 有圆形布局外部的一个片段表示。

然后在每个实体之间绘制弧线，弧线的大小与流的关系成正比。

from chord import Chord

matrix = [
[0, 5, 6, 4, 7, 4],
[5, 0, 5, 4, 6, 5],
[6, 5, 0, 4, 5, 5],
[4, 4, 4, 0, 5, 5],
[7, 6, 5, 5, 0, 4],
[4, 5, 5, 5, 4, 0],
]

names = ["Action", "Adventure", "Comedy", "Drama", "Fantasy", "Thriller"]

# 保存
Chord(matrix, names).to_html("chord-diagram.html")

使用 Chord 库进行绘制，结果如下。

36. 网状图

网状图显示的是一组实体之间的连接关系。

每个实体由一个节点表示，节点之间通过线段连接。

import pandas as pd
import numpy as np
import networkx as nx
import matplotlib.pyplot as plt

# 创建数据
ind1 = [5, 10, 3, 4, 8, 10, 12, 1, 9, 4]
ind5 = [1, 1, 13, 4, 18, 5, 2, 11, 3, 8]
df = pd.DataFrame(
{'A': ind1, 'B': ind1 + np.random.randint(10, size=(10)), 'C': ind1 + np.random.randint(10, size=(10)),
'D': ind1 + np.random.randint(5, size=(10)), 'E': ind1 + np.random.randint(5, size=(10)), 'F': ind5,
'G': ind5 + np.random.randint(5, size=(10)), 'H': ind5 + np.random.randint(5, size=(10)),
'I': ind5 + np.random.randint(5, size=(10)), 'J': ind5 + np.random.randint(5, size=(10))})

# 计算相关性
corr = df.corr()

# 转换
links = corr.stack().reset_index()
links.columns = ['var1', 'var2', 'value']

# 保持相关性超过一个阈值，删除自相关性
links_filtered = links.loc[(links['value'] > 0.8) & (links['var1'] != links['var2'])]

# 生成图
G = nx.from_pandas_edgelist(links_filtered, 'var1', 'var2')

# 绘制网络
nx.draw(G, with_labels=True, node_color='orange', node_size=400, edge_color='black', linewidths=1, font_size=15)

# 显示
plt.show()

使用 NetworkX 库进行绘制，结果如下。

37. 桑基图

桑基图是一种特殊的流图。

它主要用来表示原材料、能量等如何从初始形式经过中间过程的加工、转化到达最终形式。

Plotly 可能是创建桑基图的最佳工具，通过 Sankey() 在几行代码中获得一个图表。

import plotly.graph_objects as go
import json

# 读取数据
with open('sankey_energy.json') as f:
data = json.load(f)

# 透明度
opacity = 0.4
# 颜色
data['data'][0]['node']['color'] = ['rgba(255,0,255, 0.8)' if color == "magenta" else color for color in data['data'][0]['node']['color']]
data['data'][0]['link']['color'] = [data['data'][0]['node']['color'][src].replace("0.8", str(opacity)) for src in data['data'][0]['link']['source']]

fig = go.Figure(data=[go.Sankey(
valueformat=".0f",
valuesuffix="TWh",
# 点
node=dict(
pad=15,
thickness=15,
line=dict(color = "black", width = 0.5),
label=data['data'][0]['node']['label'],
color=data['data'][0]['node']['color']
),
# 线
link=dict(
source=data['data'][0]['link']['source'],
target=data['data'][0]['link']['target'],
value=data['data'][0]['link']['value'],
label=data['data'][0]['link']['label'],
color=data['data'][0]['link']['color']
))])

fig.update_layout(title_text="Energy forecast for 2050\nSource: Department of Energy & Climate Change, Tom Counsell via Mike Bostock",
font_size=10)

# 保持
fig.write_html("sankey-diagram.html")

使用 Plotly 库进行绘制，结果如下。

38. 弧线图

弧线图是一种特殊的网络图。

由代表实体的节点和显示实体之间关系的弧线组成的。

在弧线图中，节点沿单个轴显示，节点间通过圆弧线进行连接。

目前还不知道如何通过 Python 来构建弧线图，不过可以使用 R 或者 D3.js。

下面就来看一个通过 js 生成的弧线图。

39. 环形布局关系图

可视化目标之间的关系，可以减少复杂网络下观察混乱。

和弧线图一样，也只能通 R 或者 D3.js 绘制。

D3.js 绘制的示例如下。

40. 动态图表

动态图表本质上就是显示一系列静态图表。

可以描述目标从一种状态到另一种状态的变化。

import imageio
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt

# 读取数据
data = pd.read_csv('gapminderData.csv')
# 更改格式
data['continent'] = pd.Categorical(data['continent'])

# 分辨率
dpi = 96

filenames = []
# 每年的数据
for i in data.year.unique():
# 关闭交互式绘图
plt.ioff()

# 初始化
fig = plt.figure(figsize=(680 / dpi, 480 / dpi), dpi=dpi)

# 筛选数据
subsetData = data[data.year == i]

# 生成散点气泡图
plt.scatter(
x=subsetData['lifeExp'],
y=subsetData['gdpPercap'],
s=subsetData['pop'] / 200000,
c=subsetData['continent'].cat.codes,
cmap="Accent", alpha=0.6, edgecolors="white", linewidth=2)

# 添加相关信息
plt.yscale('log')
plt.xlabel("Life Expectancy")
plt.ylabel("GDP per Capita")
plt.title("Year: " + str(i))
plt.ylim(0, 100000)
plt.xlim(30, 90)

# 保存
filename = './images/' + str(i) + '.png'
filenames.append(filename)
plt.savefig(fname=filename, dpi=96)
plt.gca()
plt.close(fig)

# 生成 GIF 动态图表
with imageio.get_writer('result.gif', mode='I', fps=5) as writer:
for filename in filenames:
image = imageio.imread(filename)
writer.append_data(image)

以一个动态散点气泡图为例，

先用 matplotlib 绘制图表图片，再通过 imageio 生成 GIF，结果如下。