數據可視化是數據科學家工作中的重要組成部分。在項目的早期階段，你通常會進行探索性數據分析（Exploratory Data Analysis，EDA）以獲取對數據的一些理解。創建可視化方法確實有助於使事情變得更加清晰易懂，特別是對於大型、高維數據集。在項目結束時，以清晰、簡潔和引人注目的方式展現最終結果是非常重要的，因為你的受眾往往是非技術型客戶，只有這樣他們才可以理解。

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Matplotlib 是一個流行的 Python 庫，可以用來很簡單地創建數據可視化方案。但每次創建新項目時，設置數據、參數、圖形和排版都會變得非常繁瑣和麻煩。在這篇博文中，我們將著眼於 5 個數據可視化方法，並使用 Python Matplotlib 為他們編寫一些快速簡單的函數。與此同時，這裡有一個很棒的圖表，可用於在工作中選擇正確的可視化方法！

散點圖非常適合展示兩個變量之間的關係，因為你可以直接看到數據的原始分佈。 如下面第一張圖所示的，你還可以通過對組進行簡單地顏色編碼來查看不同組數據的關係。想要可視化三個變量之間的關係？ 沒問題！ 僅需使用另一個參數（如點大小）就可以對第三個變量進行編碼，如下面的第二張圖所示。

現在開始討論代碼。我們首先用別名 "plt" 導入 Matplotlib 的 pyplot 。要創建一個新的點陣圖，我們可調用 plt.subplots() 。我們將 x 軸和 y 軸數據傳遞給該函數，然後將這些數據傳遞給 ax.scatter() 以繪製散點圖。我們還可以設置點的大小、點顏色和 alpha 透明度。你甚至可以設置 Y 軸為對數刻度。標題和座標軸上的標籤可以專門為該圖設置。這是一個易於使用的函數，可用於從頭到尾創建散點圖！

折線圖

當你可以看到一個變量隨著另一個變量明顯變化的時候，比如說它們有一個大的協方差，那最好使用折線圖。讓我們看一下下面這張圖。我們可以清晰地看到對於所有的主線隨著時間都有大量的變化。使用散點繪製這些將會極其混亂，難以真正明白和看到發生了什麼。折線圖對於這種情況則非常好，因為它們基本上提供給我們兩個變量（百分比和時間）的協方差的快速總結。另外，我們也可以通過彩色編碼進行分組。

這裡是折線圖的代碼。它和上面的散點圖很相似，只是在一些變量上有小的變化。

直方圖

直方圖對於查看（或真正地探索）數據點的分佈是很有用的。查看下面我們以頻率和 IQ 做的直方圖。我們可以清楚地看到朝中間聚集，並且能看到中位數是多少。我們也可以看到它呈正態分佈。使用直方圖真得能清晰地呈現出各個組的頻率之間的相對差別。組的使用（離散化）真正地幫助我們看到了"更加宏觀的圖形",然而當我們使用所有沒有離散組的數據點時，將對可視化可能造成許多幹擾，使得看清真正發生了什麼變得困難。

下面是在 Matplotlib 中的直方圖代碼。有兩個參數需要注意一下：首先，參數 n_bins 控制我們想要在直方圖中有多少個離散的組。更多的組將給我們提供更加完善的信息，但是也許也會引進干擾，使得我們遠離全局；另一方面，較少的組給我們一種更多的是"鳥瞰圖"和沒有更多細節的全局圖。其次，參數 cumulative 是一個布爾值，允許我們選擇直方圖是否為累加的，基本上就是選擇是 PDF（Probability Density Function，概率密度函數）還是 CDF（Cumulative Density Function，累積密度函數）。

想象一下我們想要比較數據中兩個變量的分佈。有人可能會想你必須製作兩張直方圖，並且把它們並排放在一起進行比較。然而，實際上有一種更好的辦法：我們可以使用不同的透明度對直方圖進行疊加覆蓋。看下圖，均勻分佈的透明度設置為 0.5 ，使得我們可以看到他背後的圖形。這樣我們就可以直接在同一張圖表裡看到兩個分佈。

對於重疊的直方圖，需要設置一些東西。首先，我們設置可同時容納不同分佈的橫軸範圍。根據這個範圍和期望的組數，我們可以真正地計算出每個組的寬度。最後，我們在同一張圖上繪製兩個直方圖，其中有一個稍微更透明一些。

柱狀圖

當你試圖將類別很少（可能小於10）的分類數據可視化的時候，柱狀圖是最有效的。如果我們有太多的分類，那麼這些柱狀圖就會非常雜亂，很難理解。柱狀圖對分類數據很好，因為你可以很容易地看到基於柱的類別之間的區別（比如大小)；分類也很容易劃分和用顏色進行編碼。我們將會看到三種不同類型的柱狀圖：常規的，分組的，堆疊的。在我們進行的過程中，請查看圖形下面的代碼。

常規的柱狀圖如下面的圖1。在 barplot() 函數中，xdata 表示 x 軸上的標記，ydata 表示 y 軸上的杆高度。誤差條是一條以每條柱為中心的額外的線，可以畫出標準偏差。

分組的柱狀圖讓我們可以比較多個分類變量。看看下面的圖2。我們比較的第一個變量是不同組的分數是如何變化的（組是G1，G2，……等等)。我們也在比較性別本身和顏色代碼。看一下代碼，y_data_list 變量實際上是一個 y 元素為列表的列表，其中每個子列表代表一個不同的組。然後我們對每個組進行循環，對於每一個組，我們在 x 軸上畫出每一個標記；每個組都用彩色進行編碼。

堆疊柱狀圖可以很好地觀察不同變量的分類。在圖3的堆疊柱狀圖中，我們比較了每天的服務器負載。通過顏色編碼後的堆棧圖，我們可以很容易地看到和理解哪些服務器每天工作最多，以及與其他服務器進行比較負載情況如何。此代碼的代碼與分組的條形圖相同。我們循環遍歷每一組，但這次我們把新柱放在舊柱上，而不是放在它們的旁邊。

箱形圖

我們之前看了直方圖，它很好地可視化了變量的分佈。但是如果我們需要更多的信息呢？也許我們想要更清晰的看到標準偏差？也許中值與均值有很大不同，我們有很多離群值？如果有這樣的偏移和許多值都集中在一邊呢？

這就是箱形圖所適合乾的事情了。箱形圖給我們提供了上面所有的信息。實線框的底部和頂部總是第一個和第三個四分位（比如 25% 和 75% 的數據），箱體中的橫線總是第二個四分位（中位數）。像鬍鬚一樣的線(虛線和結尾的條線）從這個箱體伸出，顯示數據的範圍。

由於每個組/變量的框圖都是分別繪製的，所以很容易設置。xdata 是一個組/變量的列表。Matplotlib 庫的 boxplot() 函數為 ydata 中的每一列或每一個向量繪製一個箱體。因此，xdata 中的每個值對應於 ydata 中的一個列/向量。我們所要設置的就是箱體的美觀。

結語

使用 Matplotlib 有 5 個快速簡單的數據可視化方法。將相關事務抽象成函數總是會使你的代碼更易於閱讀和使用！我希望你喜歡這篇文章，並且學到了一些新的有用的技巧。如果你確實如此，請隨時給它點贊。

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