【Python实现数据可视化】创建3D柱状图

虽然matplotlib主要专注于绘图，并且主要是二维的图形，但是它也有一些不同的扩展，能让我们在地理图上绘图，让我们把Excel和3D图表结合起来。在matplotlib的世界里，这些扩展叫做工具包（toolkits）。工具包是一些关注在某个话题（如3D绘图）的特定函数的集合。

比较流行的工具包有Basemap、GTK 工具、Excel工具、Natgrid、AxesGrid和mplot3d。

本节将探索关于mplot3d的更多功能。

mpl_toolkits.mplot3

工具包提供了一些基本的3D绘图功能，其支持的图表类型包括散点图（scatter）、曲面图（surf）、线图（line）和网格图（mesh）。虽然mplot3d不是一个最好的3D图形绘制库，但是它是伴随着matplotlib产生的，因此我们对其接口已经很熟悉了。

准备工作

基本来讲，我们仍然需要创建一个图表并把想要的坐标轴添加到上面。但不同的是我们为图表指定的是3D视图，并且添加的坐标轴是Axes3D。

现在，我们可以使用几乎相同的函数来绘图了。当然，函数的参数是不同的，需要为3个坐标轴提供数据。

例如，我们要为函数

mpl_toolkits.mplot3d.Axes3D.plot

指定

xs

、

ys

、

zs

和

zdir

参数。其他的参数则直接传给

matplotlib.axes.Axes.plot

。下面来解释一下这些特定的参数。

1．

xs

和

ys

：x轴和y轴坐标。

2．zs：这是z轴的坐标值，可以是所有点对应一个值，或者是每个点对应一个值。

3．

zdir

：决定哪个坐标轴作为z轴的维度（通常是

zs

，但是也可以是

xs

或者

ys

）。

提示：模块

mpl_toolkits.mplot3d.art3d

包含了3D
artist代码和将2D artists转化为3D版本的函数。在该模块中有一个

rotate_axes

方法，该方法可以被添加到Axes3D中来对坐标重新排序，这样坐标轴就与

zdir

一起旋转了。

zdir

默认值为

z

。在坐标轴前加一个

'``-``'

会进行反转转换，这样一来，

zdir

的值就可以是

x

、

-x

、

y

、

-y

、

z

或者

-z

。

操作步骤

以下代码演示了我们所解释的概念。

import random

import numpy as np
import matplotlib as mpl
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.dates as mdates

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

mpl.rcParams['font.size'] = 10

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

for z in [2011, 2012, 2013, 2014]:
xs = xrange(1,13)
ys = 1000 * np.random.rand(12)

color =plt.cm.Set2(random.choice(xrange(plt.cm.Set2.N)))
ax.bar(xs, ys, zs=z, zdir='y', color=color, alpha=0.8)

ax.xaxis.set_major_locator(mpl.ticker.FixedLocator(xs))
ax.yaxis.set_major_locator(mpl.ticker.FixedLocator(ys))

ax.set_xlabel('Month')
ax.set_ylabel('Year')
ax.set_zlabel('Sales Net [usd]')

plt.show()

上述代码生成如图5-1所示的图表。



图5-1

工作原理

我们需要像在2D世界中那样做相同的准备工作。不同的是，在这里需要指定后端（backend）的种类。然后生成了一些随机数据，例如4年的销售额（2011-2014）。

我们需要为3D坐标轴指定相同的Z值。

从颜色映射集合中随机选择一种颜色，然后把它和每一个Z-order集合的

xs

、

ys

对关联起来。最后，用

xs

、

ys

对渲染出柱状条序列。

补充说明

其他的一些matplotlib的2D绘图函数在这里也是可以用的，例如

scatter()

和

plot()

有着相似的接口，但有额外的点标记大小参数。我们对

contour

、

contourf

和

bar

也非常熟悉。

仅在3D中出现的新图表类型有线框图（wireframe）、曲面图（surface）和三翼面图（tri-surface）。

在下面的示例代码中，我们绘制了著名的Pringle函数的三翼面图，数学专业上的叫法是双曲面抛物线（hyperbolic paraboloid）。

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
from matplotlib import cm
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

n_angles = 36
n_radii = 8

# An array of radii
# Does not include radius r=0, this is to eliminate duplicate points
radii = np.linspace(0.125, 1.0, n_radii)

# An array of angles
angles = np.linspace(0, 2 * np.pi, n_angles, endpoint=False)

# Repeat all angles for each radius
angles = np.repeat(angles[..., np.newaxis], n_radii, axis=1)

# Convert polar (radii, angles) coords to cartesian (x, y) coords
# (0, 0) is added here. There are no duplicate points in the (x, y)
plane
x = np.append(0, (radii * np.cos(angles)).flatten())
y = np.append(0, (radii * np.sin(angles)).flatten())

# Pringle surface

z = np.sin(-x * y)

fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')

ax.plot_trisurf(x, y, z, cmap=cm.jet, linewidth=0.2)

plt.show()

上面的代码生成如图5-2所示的图形。



图5-2

本文摘自《Python数据可视化编程实战》

Python数据可视化编程实战

内容简介：

本书是一本使用Python实现数据可视化编程的实战指南，介绍了如何使用Python最流行的库，通过60余种方法创建美观的数据可视化效果。

全书共8章，分别介绍了准备工作环境、了解数据、绘制并定制化图表、学习更多图表和定制化、创建3D可视化图表、用图像和地图绘制图表、使用正确的图表理解数据以及更多的matplotlib知识。

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