《Python数据可视化编程实战》——5.2　创建3D柱状图

xiaoxiao2024-02-23 131

本节书摘来异步社区《Python数据可视化编程实战》一书中的第5章，第5.2节，作者：【爱尔兰】Igor Milovanović，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

5.2　创建3D柱状图

Python数据可视化编程实战虽然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。

5.2.1 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。

5.2.2 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。

5.2.3 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。

5.2.4 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。

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