6个优秀可视化Python库

 对使用哪个可视化工具感到困惑? 我为您分解了每个库的优缺点

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动机

如果您刚开始使用Python可视化，可能会不知所措的库和示例数量众多：

• Matplotlib
• Seaborn
• Plotly
• Bokeh
• Altair
• Folium

如果您有一个等待可视化的DataFrame，应该选择哪一个? 在某些情况下，某些库可能比其他库更好。 本文将展示每种方法的优缺点。 到本文结尾，您应该能够区分每个库的不同功能，并可以更轻松地选择优秀库。

我们将通过使用样本数据集并使用每个库对其进行研究，着重于一些特定的属性：

互动性

您是否希望可视化是交互式的?

一些库(例如Matplotlib)将可视化效果呈现为图像。 因此，它们非常适合于解释概念(在纸质，幻灯片或演示文稿中)。

另一方面，像Altair，Bokeh和Plotly这样的库可让您创建交互式图形，以便用户可以深入并自己探索

语法和灵活性

每个库的语法有何不同? Matplotlib等较低级的库使您可以做想想得到的一切，但要付出更复杂的API的代价。 诸如Altair之类的某些库是非常声明性的，这使映射到您的数据更加容易。

数据类型和可视化

您是在处理特殊的用例，例如地理图，具有大数据还是使用仅由特定库支持的图类型?

数据

为了便于比较，我将使用本文从Github抓取的真实数据：

我爬取了超过1k的优秀机器学习Github配置文件，这就是我发现的

从Github上的优秀机器学习资料中获取见解

或从Datapane Blob获取直接数据。

 

import datapane as dp 
 
dp.Blob.get(name='github_data', owner='khuyentran1401').download_df() 

 

如果要使用Blob，请记住预先使用令牌登录Datapane。 此过程应少于1分钟

Matplotlib

Matplotlib可能是最常见的用于可视化数据的Python库。 每个对数据科学感兴趣的人都可能至少使用过Matplotlib。

优点

1.容易看到数据的属性

分析数据时，快速查看分布可能是理想的。

例如，如果我想快速了解关注者最多的前100个用户的分布，通常使用Matplotlib就足够了。

 

import matplotlib.pyplot as plt 
 
top_followers = new_profile.sort_values(by='followers', axis=0, ascending=False)[:100] 
 
fig = plt.figure() 
 
plt.bar(top_followers.user_name, 
       top_followers.followers) 

即使Matplotlib的x轴看起来不太好，通过查看图表，我们也可以更好地理解数据的分布。

2.可以画任何东西

Matplotlib具有多种用途，这意味着它可以绘制您可以想象的任何图形。 Matplotlib的网站上包含非常全面的文档和图库中的各种图形，这使您可以轻松找到任何您能想到的疯狂情节的教程。

像这样的一些文字：

 

fig = plt.figure() 
 
plt.text(0.6, 0.7, "learning", size=40, rotation=20., 
         ha="center", va="center", 
         bbox=dict(boxstyle="round", 
                   ec=(1., 0.5, 0.5), 
                   fc=(1., 0.8, 0.8), 
                   ) 
         ) 
 
plt.text(0.55, 0.6, "machine", size=40, rotation=-25., 
         ha="right", va="top", 
         bbox=dict(boxstyle="square", 
                   ec=(1., 0.5, 0.5), 
                   fc=(1., 0.8, 0.8), 
                   ) 
         ) 
 
plt.show() 

 

缺点

Matplotlib可以绘制任何内容，但绘制非基本图或调整图的外观可能会很复杂。

 

correlation = new_profile.corr() 
 
fig, ax = plt.subplots() 
im = plt.imshow(correlation) 
 
ax.set_xticklabels(correlation.columns) 
ax.set_yticklabels(correlation.columns) 
 
plt.setp(ax.get_xticklabels(), rotation=45, ha="right", 
         rotation_mode="anchor") 

 

即使该图足以使分布可视化，但如果您想将数据表示给其他人，您仍需要固定x轴，y轴，这需要很多工作。 这是因为Matplotlib具有非常低级的接口。

总结：Matplotlib可以绘制任何东西，但是复杂的绘图可能比其他库需要更多的代码

Seaborn

Seaborn是基于Matplotlib的Python数据可视化库。 它在库上提供了更高级别的包装器，使其更易于使用。

优点

1.更少的代码

它为类似的图提供了更高级别的界面。 换句话说，seaborn通常提供与matplotlib类似的图，但是用更少的代码和更好的设计。

我们使用与以前相同的数据来绘制图的相似热图。

 

correlation = new_profile.corr() 
 
sns.heatmap(correlation, annot=True) 

我们无需设置x和y标签就可以获得更好的热图!

2.使常用地块更漂亮

当涉及流行图(例如条形图，箱形图，计数图，直方图等)时，许多人选择seaborn不仅是因为可以用更少的代码来创建它们，而且它们看起来也更漂亮。 正如我们在上面的示例中看到的，颜色看起来也比Matplotlib的默认颜色更好。

 

sns.set(style="darkgrid") 
titanic = sns.load_dataset("titanic") 
ax = sns.countplot(x="class", data=titanic) 

 

缺点

Seaborn受到更多限制，并且没有matplotlib那样广泛的集合

要点：Seaborn是Matplotlib的更高版本。 尽管Seaborn并不像Matplotlib那样具有广泛的集合，但是它们却可以用更少的代码来使条形图，箱形图，热图等流行图看起来很漂亮。

Plotly

Plotly的Python图形库使创建交互式，具有出版物质量的图形变得容易。 它还可以创建类似于Matplotlib和seaborn的图表，例如折线图，散点图，面积图，条形图等。

优点

1. 像R

如果您喜欢R中的绘图，并且在切换到Python时错过了它的功能，那么Plotly使用Python可以提供相同质量的绘图!

我最喜欢的是Plotly Express，因为它真的很容易，而且用单行Python创建更好的图甚至更快。

 

fig = px.scatter(new_profile[:100], 
          x='followers', 
          y='total_stars', 
          color='forks', 
          size='contribution') 
fig.show() 

 

2.易于创建交互式图

使用Plotly还可以轻松创建交互式绘图。 交互式绘图不仅美观，而且还使查看者更容易查看每个数据点。

还记得我们之前使用matplotlib制作的条形图吗? 让我们看看Plotly的结果

 

import plotly.express as px 
 
top_followers = new_profile.sort_values(by='followers', axis=0, ascending=False)[:100] 
 
fig = px.bar(top_followers,  
             x='user_name',  
             y='followers', 
            ) 
 
fig.show() 

 

使用大约相同的代码行，我们生成一个交互式绘图，我们可以将鼠标悬停在每个栏上，以查看该栏所代表的用户和关注者数量。 这意味着可视化的使用者可以自己进行浏览。

3.复杂的地块变得容易

使用Plotly，可以轻松创建一些通常很难创建的图。

例如，如果我们想创建一个地图以可视化Github用户的位置，我们可以找到他们的经度和纬度，如下所示，然后使用该数据在地图上发现用户的位置，如下所示

 

import plotly.express as px 
import datapane as dp 
 
location_df = dp.Blob.get(name='location_df', owner='khuyentran1401').download_df() 
 
m = px.scatter_geo(location_df, lat='latitude', lon='longitude', 
                 color='total_stars', size='forks', 
                 hover_data=['user_name','followers'], 
                 title='Locations of Top Users') 
 
m.show() 

 

只需几行代码，所有用户的位置就可以在地图上精美呈现。 气泡的颜色代表叉子的数量，大小代表星星的总数

缺点

尽管Plotly支持各种图，但仍然缺少一些常见图

例如，虽然seaborn具有sns.countplot()来计算数据中某个类别的出现次数，但Plotly没有计数图。 因此，我们需要预先执行groupby以便按类对数据进行分组。

 

titanic = sns.load_dataset("titanic") 
 
# Group data by class 
titanic_groupby = titanic.groupby(by='class').count()  
 
fig = px.bar(titanic_groupby, 
      y='survived', 
      labels={'survived':'count'})  
fig.show() 

 

我们需要更多代码来创建计数图，并且该图不会像seaborn那样自动显示出来。

要点：Plotly非常适合用很少的代码创建交互式且具有出版质量的图形。 但是，对于一些简单的图(例如计数图)，使用seaborn会更简单

Altar

Altair是基于vega-lite的用于Python的声明式统计可视化库，非常适合需要大量统计转换的绘图。

优点

1.简单的可视化语法

用于创建可视化的语法很容易理解。 它仅需提及数据列与编码通道之间的链接，其余绘图将自动处理。 这听起来很抽象，但是在您处理数据时非常重要，它使信息可视化变得非常快速和直观。

例如，使用上面的泰坦尼克号数据，我们想计算每个班级的人数，我们所需要的只是在y_axis中使用count()

 

import seaborn as sns 
import altair as alt  
 
titanic = sns.load_dataset("titanic") 
 
alt.Chart(titanic).mark_bar().encode( 
    alt.X('class'), 
    y='count()' 
) 

 

2.易于转换数据

Altair还使创建图表时转换数据变得非常容易

例如，如果我们想找到泰坦尼克号中每个性别的平均年龄，而不是像Plotly那样预先进行转换，我们可以在代码中执行转换以创建图表。

 

hireable = alt.Chart(titanic).mark_bar().encode( 
    x='sex:N', 
    y='mean_age:Q' 
).transform_aggregate( 
    mean_age='mean(age)', 
    groupby=['sex']) 
 
hireable 

 

这里的逻辑是使用transform_aggregate()来获取义数据(没有任何顺序的类别数据)，或者使用：Q来确保mean_age是定量数据(值的度量，例如数字)

3.易于链接的图

Altair还允许您在图之间进行一些令人印象深刻的链接，例如使用间隔选择来过滤附加直方图的内容。

例如，如果我们想在间隔内可视化每个班级的人数，我们可以选择年龄和票价之间的一个点状图，我们可以这样做。

 

brush = alt.selection(type='interval') 
 
points = alt.Chart(titanic).mark_point().encode( 
    x='age:Q', 
    y='fare:Q', 
    color=alt.condition(brush, 'class:N', alt.value('lightgray')) 
).add_selection( 
    brush 
) 
 
bars = alt.Chart(titanic).mark_bar().encode( 
    y='class:N', 
    color='class:N', 
    x = 'count(class):Q' 
).transform_filter( 
    brush 
) 
 
points & bars 

 

当我们拖动鼠标以选择散点图中的间隔时，我们可以在下面的条形图中看到变化。 当与早期的转换和计算结合使用时，这意味着您可以创建一些非常互动的图，这些图可以进行即时计算-甚至不需要运行的Python服务器!

缺点

除非您指定自定义样式，否则简单的图表(如条形图)看起来不会像seaborn或Plotly。 Altair还不建议使用5000个以上样本的数据集，而是建议您在可视化之前汇总数据。

要点：Altair是复杂图表显示统计数据的理想选择。 Altair无法处理超过5000个样本的数据，并且与Plotly或Seaborn相比，某些简单图表的样式看起来不一样。

Bokeh

Bokeh是一个灵活的交互式可视化库，以Web浏览器为代表。

优点

• Matplotlib的交互式版本

如果我们将在上述交互式可视化库中排名，那么Bokeh在与Matplotlib的相似性方面可能排名第一。

Matplotlib可以创建任何绘图，因为它是一个低级的可视化库。 Bokeh可以用作高级或低级接口; 因此，它可以创建Matplotlib创建的许多复杂图，但是用更少的代码行和更高的分辨率。

例如，Matplotlib的圆图

 

import matplotlib.pyplot as plt 
 
fig, ax = plt.subplots() 
 
x = [1, 2, 3, 4, 5] 
y = [2, 5, 8, 2, 7] 
 
for x,y in zip(x,y):  
    ax.add_patch(plt.Circle((x, y), 0.5, edgecolor = "#f03b20",facecolor='#9ebcda', alpha=0.8)) 
 
 
#Use adjustable='box-forced' to make the plot area square-shaped as well. 
ax.set_aspect('equal', adjustable='datalim') 
ax.set_xbound(3, 4) 
 
ax.plot()   #Causes an autoscale update. 
plt.show() 

 

也可以使用Bokeh以更好的分辨率和更多实用性创建

 

from bokeh.io import output_file, show 
from bokeh.models import Circle 
from bokeh.plotting import figure 
 
reset_output() 
output_notebook() 
 
 
plot = figure(plot_width=400, plot_height=400, tools="tap", title="Select a circle") 
renderer = plot.circle([1, 2, 3, 4, 5], [2, 5, 8, 2, 7], size=50) 
 
selected_circle = Circle(fill_alpha=1, fill_color="firebrick", line_color=None) 
nonselected_circle = Circle(fill_alpha=0.2, fill_color="blue", line_color="firebrick") 
 
renderer.selection_glyph = selected_circle 
renderer.nonselection_glyph = nonselected_circle 
 
show(plot) 

 

2.地块之间的联系

散景还可以使情节之间的链接变得非常容易。 在一个绘图中应用的更改将应用于具有类似变量的另一绘图。

例如，如果我们并排创建3个图形并想要观察它们之间的关系，则可以使用链接的笔刷

 

from bokeh.layouts import gridplot, row 
from bokeh.models import ColumnDataSource 
 
reset_output() 
output_notebook() 
 
source = ColumnDataSource(new_profile) 
 
TOOLS = "box_select,lasso_select,help" 
TOOLTIPS = [('user', '@user_name'), 
            ('followers', '@followers'), 
            ('following', '@following'), 
            ('forks', '@forks'),  
            ('contribution', '@contribution')] 
 
s1 = figure(tooltips=TOOLTIPS, plot_width=300, plot_height=300, title=None, tools=TOOLS) 
s1.circle(x='followers', y='following', source=source) 
 
s2 = figure(tooltips=TOOLTIPS, plot_width=300, plot_height=300, title=None, tools=TOOLS) 
s2.circle(x='followers', y='forks', source=source) 
 
s3 = figure(tooltips=TOOLTIPS, plot_width=300, plot_height=300, title=None, tools=TOOLS) 
s3.circle(x='followers', y='contribution', source=source) 
 
p = gridplot([[s1,s2,s3]]) 
show(p) 

 

ColumnDataSource使数据可以在绘图之间共享。 因此，当我们将更改应用于一个图时，其他图也将相应地更改。

缺点

由于Bokeh是一个具有中级接口的库，因此与Matplotlib相比，它通常花费较少的代码，但产生与Seaborn，Altair或Plotly相同的图将花费更多的代码。

例如，要使用泰坦尼克号数据创建相同的计数图，除了需要预先转换数据外，如果我们希望图形看起来更漂亮，我们还需要设置条形和颜色的宽度

 

from bokeh.transform import factor_cmap 
from bokeh.palettes import Spectral6 
 
p = figure(x_range=list(titanic_groupby['class'])) 
p.vbar(x='class', top='survived', source = titanic_groupby, 
      fill_color=factor_cmap('class', palette=Spectral6, factors=list(titanic_groupby['class']) 
      )) 
show(p)如果我们不为条形图添加宽度，则条形图将看起来像这样 
 

 

因此，我们需要手动调整尺寸以使图更好

from bokeh.transform import factor_cmap 
from bokeh.palettes import Spectral6 
 
p = figure(x_range=list(titanic_groupby['class'])) 
p.vbar(x='class', top='survived', width=0.9, source = titanic_groupby, 
      fill_color=factor_cmap('class', palette=Spectral6, factors=list(titanic_groupby['class']) 
      )) 
show(p) 

如果要用更少的代码创建漂亮的条形图，与其他库相比，Bokeh可能就是缺点

要点：Bokeh是唯一一个界面范围从低到高的库，这使得生成通用和精美的图形变得容易。 但是，这样做的代价是，Bokeh通常需要更多代码来创建质量与其他库相似的图。

Folium

Folium使在交互式传单地图上的数据可视化变得容易。 该库具有来自OpenStreetMap，Mapbox和Stamen的许多内置磁贴集

优点

1.轻松创建带有标记的地图

尽管Plotly，Altair和Bokeh也使我们能够创建地图，但Folium使用开放的街道地图，以最少的代码使您更接近Google Map

还记得我们如何创建地图以使用Plotly可视化Github用户的位置吗? 我们可以用Folium使地图看起来更好

 

import folium 
 
# Load data 
location_df = dp.Blob.get(name='location_df', owner='khuyentran1401').download_df()  
 
# Save latitudes, longitudes, and locations' names in a list 
lats = location_df['latitude'] 
lons = location_df['longitude'] 
names = location_df['location'] 
 
# Create a map with an initial location 
m = folium.Map(location=[lats[0], lons[0]]) 
 
for lat, lon, name in zip(lats, lons, names): 
   
    # Create marker with other locations 
    folium.Marker(location=[lat, lon], 
                  popup= name,  
                 icon=folium.Icon(color='green') 
).add_to(m) 
     
m 

 

最初的地点在纽约布鲁克林。 缩小以查看地图上的其他位置。 通过一些代码行，我们创建了一个真实的地图，显示了用户的位置。

2.添加潜在的位置

如果我们想添加其他用户的潜在位置，Folium可以通过允许用户添加标记来简化操作

 

# Code to generate map here 
#.... 
 
# Enable adding more locations in the map 
m = m.add_child(folium.ClickForMarker(popup='Potential Location')) 

 

点击地图，查看您点击生成的新位置。

3.插件

Folium有许多可与地图一起使用的插件，包括Altair的插件。 如果我们想查看全球Github用户总星数的热点图，以找出哪里有大量Github用户数最多，总星数很多的情况? Folium插件中的热图使您可以做到这一点。

 

from folium.plugins import HeatMap 
 
m = folium.Map(location=[lats[0], lons[0]]) 
 
HeatMap(data=location_df[['latitude', 'longitude', 'total_stars']]).add_to(m) 

 

缩小以查看完整的热图。

总结：Folium允许您使用几行代码创建一个交互式地图。 它为您提供了接近Google Map的体验。

结论

恭喜你! 您刚刚了解了用于可视化的六个不同的可视化工具。 我希望本文能使您了解每个库的功能以及何时使用。 掌握每个库的关键功能将使您更快地根据需要提取正确的库。

如果您仍然对要使用哪个库来处理数据感到困惑，只需选择一个您认为足够好的库即可。 然后，如果代码太长或图形的显示效果不如您想象的那样，请尝试使用另一个库!