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Plotly基础教程

EndNote 2020-11-23

 Plotly 是一个非常强大的开源数据可视化框架,它通过构建基于 HTML 的交互式图表来显示信息,可创建各种形式的精美图表。本文所说的 Plotly 指的是 Plotly.js 的 Python 封装,plotly本身是个生态非常复杂的绘图工具,它对很多编程语言提供接口。交互式和美观易用应该是 Plotly 最大的优势,而 Matplotlib 的特点则是可定制化程度高,但语法也相对难学,各有优缺点。

安装及开发工具

安装通过 PIP 进行即可。

pip install plotly

Plotly Python 其对应的官网为https://plotly.com/python/,上面有一些教程和官方API接口的查询。

在这里插入图片描述

上面说了 Plotly 是基于 HTML 显示的,所以这里推荐使用 Jupyter lab(Jupyter notebook 也行)作为开发工具,Jupyter lab 的安装本文不多提及,可以自行查找。尤其注意的是,Plotly 主要维护 Jupyter notebook,所以对 Jupyter lab 支持不是很好,绘图无法显示,最新版 Plotly 需要通过命令conda install nodejsjupyter labextension install jupyterlab-plotly@4.11.0安装支持插件。

Plotly 生态

  • Plotly 是绘图基础库,它可以深度定制调整绘图,但是 API 复杂学习成本较高。
  • Plotly_exprress 则是对 Plotly 的高级封装,上手容易,它对 Plotly 的常用绘图函数进行了封装。缺点是没有 plotly 那样自由度高,个人感觉类似 Seaborn 和 Matplotlib 的关系。本文不以express为主。
  • Dash 用于创建交互式绘图工具,可以方便地用它来探索数据,其绘图基于 Plotly。使用 Dash 需要注册并购买套餐,也就是常说的“在线模式”,一般,我们在 Jupyter 内本地绘图就够用了,这是“离线模式”。

绘图教程

下面涉及到的内容均可以在官方文档找到参考,下面的内容也只涉及基础的图形绘制(使用Plotly实现),一些比较基础的图形库知识查看对应教程。

基本图表

在 Plotly 中,预定义了如下的一些基本图表,包括散点图、折线图、柱状图、饼图等,它们的使用方式都是类似的,通过向Figure上添加绘图对象进行绘图,而向绘图对象传递的就是其需要的格式的数据。

在这里插入图片描述

import plotly.graph_objects as go import numpy as np  N = 1000 t = np.linspace(0, 10, 100) y = np.sin(t)  fig = go.Figure(data=go.Scatter(x=t, y=y, mode='markers'))  fig.show() 
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下面的代码就是简单散点图的绘制,其在Jupyter中的执行结果如下图,不妨来仔细看看这张图,在绘制的图形右上角有一行菜单栏且这个图形是可交互的(包括缩放、旋转、裁剪等),右上角的菜单包括图像下载、缩放、裁剪、在dash中编辑等。

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也可以通过add_trace来逐个添加绘图对象

import plotly.graph_objects as go  # Create random data with numpy import numpy as np np.random.seed(1)  N = 100 random_x = np.linspace(0, 1, N) random_y0 = np.random.randn(N) + 5 random_y1 = np.random.randn(N) random_y2 = np.random.randn(N) - 5  fig = go.Figure() # Add traces fig.add_trace(go.Scatter(x=random_x, y=random_y0, mode='markers', name='markers')) fig.add_trace(go.Scatter(x=random_x, y=random_y1, mode='lines+markers', name='lines+markers')) fig.add_trace(go.Scatter(x=random_x, y=random_y2, mode='lines', name='lines')) fig.show() 
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其他基本图表类似,传入指定格式的数据即可。

统计图表

很多统计学图表也预先定义在了Plotly中,主要包括下图所示的箱型图、直方图、热力图、等高线图等。

在这里插入图片描述

和上面的基本图表类似,绘图方式是固定的,只是绘图对象改变了而已。下面的代码就是直方图绘制

import plotly.graph_objects as go  fig = go.Figure() fig.add_trace(go.Bar(     name='Control',     x=['Trial 1', 'Trial 2', 'Trial 3'], y=[3, 6, 4],     error_y=dict(type='data', array=[1, 0.5, 1.5]) )) fig.add_trace(go.Bar(     name='Experimental',     x=['Trial 1', 'Trial 2', 'Trial 3'], y=[4, 7, 3],     error_y=dict(type='data', array=[0.5, 1, 2]) )) fig.update_layout(barmode='group') fig.show() 
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AI图表

同时,Plotly也支持绘制一些简单的机器学习图表,不过都是依靠上面的基本图表实现的,如下述的线性回归。

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import numpy as np import plotly.express as px import plotly.graph_objects as go from sklearn.linear_model import LinearRegression  df = px.data.tips() X = df.total_bill.values.reshape(-1, 1)  model = LinearRegression() model.fit(X, df.tip)  x_range = np.linspace(X.min(), X.max(), 100) y_range = model.predict(x_range.reshape(-1, 1))  fig = px.scatter(df, x='total_bill', y='tip', opacity=0.65) fig.add_traces(go.Scatter(x=x_range, y=y_range, name='Regression Fit')) fig.show() 
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科学绘图

下面的这些数据科学领域用的挺多的图也做了封装,例如下面的代码就是绘制heatmap的样例。

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import plotly.graph_objects as go  fig = go.Figure(data=go.Heatmap(                    z=[[1, None, 30, 50, 1], [20, 1, 60, 80, 30], [30, 60, 1, -10, 20]],                    x=['Monday', 'Tuesday', 'Wednesday', 'Thursday', 'Friday'],                    y=['Morning', 'Afternoon', 'Evening'],                    hoverongaps = False)) fig.show() 
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三维绘图

Plotly的三维绘图真的很好看,而且其是可交互的,非常方便,例如下面的3D曲面图。

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import plotly.graph_objects as go  import pandas as pd  # Read data from a csv z_data = pd.read_csv('https://raw.githubusercontent.com/plotly/datasets/master/api_docs/mt_bruno_elevation.csv')  fig = go.Figure(data=[go.Surface(z=z_data.values)])  fig.update_layout(title='test', autosize=False,                   width=500, height=500,                   margin=dict(l=65, r=50, b=65, t=90))  fig.show() 
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