【python绘图(一)】Python数据分析和可视化

Almond_02 2024-07-11 17:05:03 阅读 67

1. 绘制三维曲面图及其投影图

2. 绘制曲面图

3. 绘制曲面投影图

4. 同时绘制曲面图和投影图,用两个图展示

5. 绘制曲面图

6. 同时绘制曲面图及其二维填色图

数据分析包括探索、清理和转换数据以从中提取有用信息。Python有许多库可以使数据分析变得更容易,例如Pandas、NumPy和SciPy。以下是使用Python进行数据分析的基本步骤:

加载数据:您可以使用Pandas从各种来源加载数据,例如CSV、Excel文件、SQL数据库或API。

探索数据:使用Pandas查看数据及其结构。您可以检查空值、数据类型和摘要统计信息。此步骤有助于更好地了解数据并识别任何问题。

清理数据:您可以使用Pandas处理缺失值、重复值、异常值和不正确的数据。在分析数据之前,数据清理是必不可少的步骤。

转换数据:Pandas提供了一些转换数据的工具,包括筛选、分组、合并和透视。此步骤有助于为分析数据做准备。

分析数据:您可以使用Python库,例如NumPy、SciPy和Pandas进行各种类型的分析,包括统计分析、机器学习和数据建模。

可视化是传达数据洞察力和模式的强大工具。Python有许多数据可视化库,包括Matplotlib、Seaborn和Plotly。以下是使用Python创建可视化的基本步骤:

加载数据:您可以像上面描述的那样加载数据。

选择可视化:选择适当的可视化方式,例如散点图、条形图、热图等。

创建可视化:使用所选库创建可视化,包括选择数据、定义图表类型和自定义图表外观。

自定义可视化:您可以自定义图表的各种特征,包括轴标签、标题、颜色和注释。

保存或显示可视化:一旦您创建和自定义了可视化,可以将其保存到文件或在Jupyter笔记本或其他Python环境中显示。

使用Python进行数据分析和可视化是一个广阔的领域,这仅仅是一个概述。

1. 绘制三维曲面图及其等高线投影图

<code>import matplotlib.pyplot as plt

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

import numpy as np

# 创建三维图形

fig = plt.figure()

ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')code>

# 生成数据

x = np.arange(-5, 5, 0.25)

y = np.arange(-5, 5, 0.25)

x, y = np.meshgrid(x, y)

r = np.sqrt(x ** 2 + y ** 2)

z = np.sin(r)

# 绘制曲面图

ax.plot_surface(x, y, z, cmap='viridis')code>

# 绘制投影图

ax.contourf(x, y, z, zdir='z', offset=-15, cmap='viridis')code>

# 调整Z方向距离

ax.set_zlim(-15, 3)

# 显示图形

plt.show()

这是一个使用<code>matplotlib库创建3D图形的Python代码,包括曲面图和等高线投影图。

代码的第一部分导入必要的库并设置3D图形。第二部分生成数据,该数据是xy的函数,并使用numpy库计算相应的z值。第三部分使用ax.plot_surface()函数绘制曲面图和ax.contourf()函数绘制等高线投影图。cmap参数指定用于绘图的颜色映射。

ax.set_zlim()函数用于调整Z轴限制,并使用plt.show()函数显示图形。

总体而言,该代码创建了一个3D图形,其中包括曲面图和等高线投影图,使用颜色映射来显示函数在z方向上的变化。

2.  绘制曲面图

<code>import matplotlib.pyplot as plt

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

import numpy as np

# 创建三维图形

fig = plt.figure()

ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')code>

# 生成数据

x = np.arange(5)

y = np.arange(5)

x, y = np.meshgrid(x, y)

z = np.array([[0, 1, 2, 3, 4],

[5, 6, 7, 8, 9],

[10, 11, 12, 13, 14],

[15, 16, 17, 18, 19],

[20, 21, 22, 23, 24]])

# 绘制曲面图

ax.plot_surface(x, y, z)

# 设置坐标轴标签

ax.set_xlabel('X')

ax.set_ylabel('Y')

ax.set_zlabel('Z')

# 显示图形

plt.show()

3. 加载三列数据文件,绘制曲面投影图

<code>import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

from scipy.interpolate import griddata

# 加载数据

data = np.loadtxt('fes.dat')

x = data[:, 0]

y = data[:, 1]

z = data[:, 2]*4.3597*6.022*100

# 定义网格

xi = np.linspace(min(x), max(x), 100)

yi = np.linspace(min(y), max(y), 100)

X, Y = np.meshgrid(xi, yi)

# 插值数据到网格上

Z = griddata((x, y), z, (X, Y), method='cubic')code>

# 绘制投影图

plt.imshow(Z, cmap='viridis', extent=[min(xi), max(xi), min(yi), max(yi)], origin='lower')code>

# 添加标签和标题

plt.xlabel('X')

plt.ylabel('Y')

plt.title('等高线投影图')

# 添加色标

plt.colorbar()

# 显示图形

plt.show()

 4. 加载三列数据文件,同时绘制曲面图和投影图,用两个图展示

<code>import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

from scipy.interpolate import griddata

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

# 加载数据

data = np.loadtxt('fes.dat')

x = data[:, 0]

y = data[:, 1]

z = data[:, 2]*4.3597*6.022*100

# 定义网格

xi = np.linspace(min(x), max(x), 100)

yi = np.linspace(min(y), max(y), 100)

X, Y = np.meshgrid(xi, yi)

# 插值数据到网格上

Z = griddata((x, y), z, (X, Y), method='cubic')code>

# 绘制投影图

fig = plt.figure(figsize=(10, 5))

ax1 = fig.add_subplot(1, 2, 1)

im = ax1.imshow(Z, cmap='viridis', extent=[min(xi), max(xi), min(yi), max(yi)], origin='lower')code>

ax1.set_xlabel('X')

ax1.set_ylabel('Y')

ax1.set_title('等高线投影图')

fig.colorbar(im, ax=ax1)

# 绘制曲面图

ax2 = fig.add_subplot(1, 2, 2, projection='3d')code>

ax2.plot_surface(X, Y, Z, cmap='viridis')code>

ax2.set_xlabel('X')

ax2.set_ylabel('Y')

ax2.set_zlabel('Z')

ax2.set_title('3D曲面图')

# 显示图形

plt.show()

5. 加载三列数据文件,绘制曲面图

<code>import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

# 加载数据

data = np.loadtxt('fes.dat')

x = data[:, 0]

y = data[:, 1]

z = data[:, 2]*4.3597*6.022*100

# 创建3D坐标轴

fig = plt.figure()

ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')code>

# 绘制曲面

ax.plot_trisurf(x, y, z, cmap='viridis')code>

# 添加标签和标题

ax.set_xlabel('X')

ax.set_ylabel('Y')

ax.set_zlabel('Z')

ax.set_title('曲面图')

# 显示图形

plt.show()

6. 在同一张图中绘制曲面图及其二维填色图

<code>import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

from scipy.interpolate import griddata

# 设置 DPI,图像清晰度

# 通常在 100 到 300 DPI 之间选择一个合适的值即可。如果需要更高的分辨率,可以考虑使用矢量格式的图像,如 PDF、SVG 等,它们不受 DPI 的限制,可以随意缩放而不会失去清晰度。

plt.rcParams['figure.dpi'] = 600

# 加载数据

data = np.loadtxt('fes.dat')

x = data[:, 0]

y = data[:, 1]

z = data[:, 2]*4.3597*6.022*100

# 创建3D坐标轴

fig = plt.figure()

ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')code>

# 绘制曲面

ax.plot_trisurf(x, y, z, cmap='viridis')code>

# 添加标签和标题

ax.set_xlabel('Ti-B coordination number')

ax.set_ylabel('Ti-Al coordination number')

ax.set_zlabel('Energy (kJ/mol)')

ax.set_title('3-dimension contour and surface plot')

# 定义网格

xi = np.linspace(min(x), max(x)+0.5, 500)

yi = np.linspace(min(y)-0.5, max(y), 500)

X, Y = np.meshgrid(xi, yi)

# 设置纵轴坐标刻度范围

# ax.set_zlim(-30, 0)

# 插值数据到网格上

Z = griddata((x, y), z, (X, Y), method='linear')code>

# 绘制投影图

contour = ax.contourf(X, Y, Z, cmap='viridis', levels=40, offset=-25)code>

# fig.colorbar(contour)

# 添加colorbar

# fig.add_axes() 方法用于在图形中添加新的坐标轴对象,参数指定了新坐标轴的位置和大小。这个方法接受一个参数列表 [left, bottom, width, height],这里的 left 表示新坐标轴的左边缘位置, bottom 表示下边缘位置, width 表示坐标轴的宽度, height 表示坐标轴的高度。

cbar_ax = fig.add_axes([0.88, 0.10, 0.02, 0.7])

fig.colorbar(contour, cax=cbar_ax)

# 设置图片大小

# fig.set_size_inches(10, 6)

# 显示图形

plt.show()

这个脚本从名为'fes.dat'的文件中加载数据,文件包含三列数据:第一列和第二列对应于二维平面上的x和y坐标,第三列对应于每个点的值z。脚本然后使用matplotlib将数据绘制成3D曲面,添加轴标签和标题,并使用scipy将数据插值到网格上。最后,它创建一个二维等高线图,将插值数据投影到x-y平面上,并显示整个图形。

以下是脚本的详细说明:

导入必要的库:numpy、matplotlib、mpl_toolkits.mplot3d和scipy.interpolate。使用numpy.loadtxt从文件'fes.dat'中加载数据,并将x、y和z数据提取到单独的数组中。创建一个新的图形并添加一个3D轴,使用matplotlib.pyplot.figure和matplotlib.pyplot.subplot。使用mpl_toolkits.mplot3d.Axes3D.plot_trisurf将原始数据绘制成3D曲面。使用mpl_toolkits.mplot3d.Axes3D.set_xlabel、mpl_toolkits.mplot3d.Axes3D.set_ylabel、mpl_toolkits.mplot3d.Axes3D.set_zlabel和mpl_toolkits.mplot3d.Axes3D.set_title将轴标签和标题添加到绘图中。使用numpy.linspace和numpy.meshgrid定义一个新的x-y点网格。使用scipy.interpolate.griddata将原始数据插值到新网格上。使用mpl_toolkits.mplot3d.Axes3D.contourf创建插值数据的二维等高线图。使用matplotlib.pyplot.show显示整个图形。

注意,# fig.colorbar(contour)行被注释掉了。如果取消注释这行代码,它会向图中添加一个颜色条,显示颜色和z值之间的对应关系。

参考资料

Matplotlib Official Website: Tutorials — Matplotlib 3.7.0 documentationSeaborn Official Website: User guide and tutorial — seaborn 0.12.2 documentationPlotly Official Website: https://plotly.com/python/DataCamp: https://www.datacamp.com/Udacity: Learn the Latest Tech Skills; Advance Your Career | UdacityCoursera: https://www.coursera.org/



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