喜歡用 Python 做項目的小伙伴不免會遇到這種情況：做圖表時，用哪種好看又實用的可視化工具包呢？之前文章里出現過漂亮的圖表時，也總有讀者在后臺留言問該圖表時用什么工具做的。下面，作者介紹了八種在 Python 中實現的可視化工具包，其中有些包還能用在其它語言中。快來試試你喜歡哪個？

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用 Python 創建圖形的方法有很多，但是哪種方法是最好的呢？當我們做可視化之前，要先明確一些關于圖像目標的問題：你是想初步了解數據的分布情況？想展示時給人們留下深刻印象？也許你想給某人展示一個內在的形象，一個中庸的形象？

本文將介紹一些常用的 Python 可視化包，包括這些包的優缺點以及分別適用于什么樣的場景。這篇文章只擴展到 2D 圖，為下一次講 3D 圖和商業報表（dashboard）留了一些空間，不過這次要講的包中，許多都可以很好地支持 3D 圖和商業報表。

Matplotlib、Seaborn 和 Pandas

把這三個包放在一起有幾個原因：首先 Seaborn 和 Pandas 是建立在 Matplotlib 之上的，當你在用 Seaborn 或 Pandas 中的 df.plot() 時，用的其實是別人用 Matplotlib 寫的代碼。因此，這些圖在美化方面是相似的，自定義圖時用的語法也都非常相似。

當提到這些可視化工具時，我想到三個詞：探索（Exploratory）、數據（Data）、分析（Analysis）。這些包都很適合第一次探索數據，但要做演示時用這些包就不夠了。

Matplotlib 是比較低級的庫，但它所支持的自定義程度令人難以置信（所以不要簡單地將其排除在演示所用的包之外！），但還有其它更適合做展示的工具。

Matplotlib 還可以選擇樣式（style selection），它模擬了像 ggplot2 和 xkcd 等很流行的美化工具。下面是我用 Matplotlib 及相關工具所做的示例圖：

在處理籃球隊薪資數據時，我想找出薪資中位數最高的團隊。為了展示結果，我將每個球隊的工資用顏色標成條形圖，來說明球員加入哪一支球隊才能獲得更好的待遇。 

import seaborn as sns  
import matplotlib.pyplot as plt  
color_order = ['xkcd:cerulean', 'xkcd:ocean',  
                'xkcd:black','xkcd:royal purple',  
                'xkcd:royal purple', 'xkcd:navy blue',  
                'xkcd:powder blue', 'xkcd:light maroon',   
                'xkcd:lightish blue','xkcd:navy']  
sns.barplot(x=top10.Team,  
            y=top10.Salary,  
            palette=color_order).set_title('Teams with Highest Median Salary')  
plt.ticklabel_format(style='sci', axis='y', scilimits=(0,0)) 

第二個圖是回歸實驗殘差的 Q-Q 圖。這張圖的主要目的是展示如何用盡量少的線條做出一張有用的圖，當然也許它可能不那么美觀。 

import matplotlib.pyplot as plt  
import scipy.stats as stats  
#model2 is a regression model  
log_resid = model2.predict(X_test)-y_test  
stats.probplot(log_resid, dist="norm", plot=plt)  
plt.title("Normal Q-Q plot")  
plt.show() 

最終證明，Matplotlib 及其相關工具的效率很高，但就演示而言它們并不是最好的工具。

ggplot(2)

你可能會問，「Aaron，ggplot 是 R 中最常用的可視化包，但你不是要寫 Python 的包嗎？」。人們已經在 Python 中實現了 ggplot2，復制了這個包從美化到語法的一切內容。

在我看過的所有材料中，它的一切都和 ggplot2 很像，但這個包的好處是它依賴于 Pandas Python 包。不過 Pandas Python 包最近棄用了一些方法，導致 Python 版本不兼容。

如果你想在 R 中用真正的 ggplot（除了依賴關系外，它們的外觀、感覺以及語法都是一樣的），我在另外一篇文章中對此進行過討論。

也就是說，如果你一定要在 Python 中用 ggplot，那你就必須要安裝 0.19.2 版的 Pandas，但我建議你最好不要為了使用較低級的繪圖包而降低 Pandas 的版本。

ggplot2（我覺得也包括 Python 的 ggplot）舉足輕重的原因是它們用「圖形語法」來構建圖片。基本前提是你可以實例化圖，然后分別添加不同的特征；也就是說，你可以分別對標題、坐標軸、數據點以及趨勢線等進行美化。

下面是 ggplot 代碼的簡單示例。我們先用 ggplot 實例化圖，設置美化屬性和數據，然后添加點、主題以及坐標軸和標題標簽。 

#All Salaries  
ggplot(data=df, aes(x=season_start, y=salary, colour=team)) +  
  geom_point() +  
  theme(legend.position="none") +  
  labs(title = 'Salary Over Time', x='Year', y='Salary ($)') 

Bokeh

Bokeh 很美。從概念上講，Bokeh 類似于 ggplot，它們都是用圖形語法來構建圖片，但 Bokeh 具備可以做出專業圖形和商業報表且便于使用的界面。為了說明這一點，我根據 538 Masculinity Survey 數據集寫了制作直方圖的代碼： 

import pandas as pd  
from bokeh.plotting import figure  
from bokeh.io import show  
# is_masc is a one-hot encoded dataframe of responses to the question:  
# "Do you identify as masculine?"  
#Dataframe Prep  
counts = is_masc.sum()  
resps = is_masc.columns  
#Bokeh  
p2 = figure(title='Do You View Yourself As Masculine?',  
          x_axis_label='Response',  
          y_axis_label='Count',  
          x_range=list(resps))  
p2.vbar(x=resps, top=counts, width=0.6, fill_color='red', line_color='black')  
show(p2)  
#Pandas  
counts.plot(kind='bar') 

用 Bokeh 表示調查結果

紅色的條形圖表示 538 個人關于「你認為自己有男子漢氣概嗎？」這一問題的答案。9~14 行的 Bokeh 代碼構建了優雅且專業的響應計數直方圖——字體大小、y 軸刻度和格式等都很合理。

我寫的代碼大部分都用于標記坐標軸和標題，以及為條形圖添加顏色和邊框。在制作美觀且表現力強的圖片時，我更傾向于使用 Bokeh——它已經幫我們完成了大量美化工作。

用 Pandas 表示相同的數據

藍色的圖是上面的第 17 行代碼。這兩個直方圖的值是一樣的，但目的不同。在探索性設置中，用 Pandas 寫一行代碼查看數據很方便，但 Bokeh 的美化功能非常強大。

Bokeh 提供的所有便利都要在 matplotlib 中自定義，包括 x 軸標簽的角度、背景線、y 軸刻度以及字體（大小、斜體、粗體）等。下圖展示了一些隨機趨勢，其自定義程度更高：使用了圖例和不同的顏色和線條。

Bokeh 還是制作交互式商業報表的絕佳工具。

Plotly

Plotly 非常強大，但用它設置和創建圖形都要花費大量時間，而且都不直觀。在用 Plotly 忙活了大半個上午后，我幾乎什么都沒做出來，干脆直接去吃飯了。我只創建了不帶坐標標簽的條形圖，以及無法刪掉線條的「散點圖」。Ploty 入門時有一些要注意的點：

•  安裝時要有 API 秘鑰，還要注冊，不是只用 pip 安裝就可以；
•  Plotly 所繪制的數據和布局對象是獨一無二的，但并不直觀；
•  圖片布局對我來說沒有用（40 行代碼毫無意義?。?/li>

但它也有優點，而且設置中的所有缺點都有相應的解決方法：

•  你可以在 Plotly 網站和 Python 環境中編輯圖片；
•  支持交互式圖片和商業報表；
•  Plotly 與 Mapbox 合作，可以自定義地圖；
•  很有潛力繪制優秀圖形。

以下是我針對這個包編寫的代碼： 

#plot 1 - barplot  
# **note** - the layout lines do nothing and trip no errors  
data = [go.Bar(x=team_ave_df.team,  
              y=team_ave_df.turnovers_per_mp)]  
layout = go.Layout(  
    title=go.layout.Title(  
        text='Turnovers per Minute by Team',  
        xref='paper',  
        x=0  
    ),  
    xaxis=go.layout.XAxis(  
        title = go.layout.xaxis.Title(  
            text='Team',  
            font=dict(  
                    family='Courier New, monospace',  
                    size=18,  
                    color='#7f7f7f'  
                )  
        )  
    ),  
    yaxis=go.layout.YAxis(  
        title = go.layout.yaxis.Title(  
            text='Average Turnovers/Minute',  
            font=dict(  
                    family='Courier New, monospace',  
                    size=18,  
                    color='#7f7f7f'  
                ) 
        )  
    ),  
    autosize=True,  
    hovermode='closest')  
py.iplot(figure_or_data=data, layoutlayout=layout, filename='jupyter-plot', sharing='public', fileopt='overwrite') 
#plot 2 - attempt at a scatterplot  
data = [go.Scatter(x=player_year.minutes_played,  
                  y=player_year.salary,  
                  marker=go.scatter.Marker(color='red',  
                                          size=3))]  
layout = go.Layout(title="test",  
                xaxis=dict(title='why'),  
                yaxis=dict(title='plotly'))  
py.iplot(figure_or_data=data, layoutlayout=layout, filename='jupyter-plot2', sharing='public')  
[Image: image.png] 

表示不同 NBA 球隊每分鐘平均失誤數的條形圖

表示薪水和在 NBA 的打球時間之間關系的散點圖

總體來說，開箱即用的美化工具看起來很好，但我多次嘗試逐字復制文檔和修改坐標軸標簽時卻失敗了。但下面的圖展示了 Plotly 的潛力，以及我為什么要在它身上花好幾個小時：

Plotly 頁面上的一些示例圖

Pygal

Pygal 的名氣就不那么大了，和其它常用的繪圖包一樣，它也是用圖形框架語法來構建圖像的。由于繪圖目標比較簡單，因此這是一個相對簡單的繪圖包。使用 Pygal 非常簡單：

•  實例化圖片；
•  用圖片目標屬性格式化；
•  用 figure.add() 將數據添加到圖片中。

我在使用 Pygal 的過程中遇到的主要問題在于圖片渲染。必須要用 render_to_file 選項，然后在 web 瀏覽器中打開文件，才能看見我剛剛構建的東西。

最終看來這是值得的，因為圖片是交互式的，有令人滿意而且便于自定義的美化功能。總而言之，這個包看起來不錯，但在文件的創建和渲染部分比較麻煩。

Networkx

雖然 Networkx 是基于 matplotlib 的，但它仍是圖形分析和可視化的絕佳解決方案。圖形和網絡不是我的專業領域，但 Networkx 可以快速簡便地用圖形表示網絡之間的連接。以下是我針對一個簡單圖形構建的不同的表示，以及一些從斯坦福 SNAP 下載的代碼（關于繪制小型 Facebook 網絡）。

我按編號（1~10）用顏色編碼了每個節點，代碼如下： 

options = {  
    'node_color' : range(len(G)),  
    'node_size' : 300,  
    'width' : 1,  
    'with_labels' : False,  
    'cmap' : plt.cm.coolwarm  
}  
nx.draw(G, **options) 

用于可視化上面提到的稀疏 Facebook 圖形的代碼如下： 

import itertools  
import networkx as nx  
import matplotlib.pyplot as plt  
f = open('data/facebook/1684.circles', 'r')  
circles = [line.split() for line in f]  
f.close()  
network = []  
for circ in circles:  
    cleaned = [int(val) for val in circ[1:]]  
    network.append(cleaned)  
G = nx.Graph()  
for v in network:  
    G.add_nodes_from(v)  
edges = [itertools.combinations(net,2) for net in network]  
for edge_group in edges:  
    G.add_edges_from(edge_group)  
options = {  
    'node_color' : 'lime',  
    'node_size' : 3,  
    'width' : 1,  
    'with_labels' : False,  
}  
nx.draw(G, **options) 

這個圖形非常稀疏，Networkx 通過最大化每個集群的間隔展現了這種稀疏化。

有很多數據可視化的包，但沒法說哪個是最好的。希望閱讀本文后，你可以了解到在不同的情境下，該如何使用不同的美化工具和代碼。