基于python绘制键盘按键使用次数的热力图

前言

刷掘金时候偶然看到了记录下今天敲了多少下键盘，但是博主只是展示了统计出的键盘使用次数，因此想到在这个idea上小改一下，实现键盘按键的热力图展示。

思路分析

1. 按键记录 这里可以使用 pynput 来侦听键盘事件并记录每次按键的计数。
2. 数据存储 使用一个字典来存储按键次数，其中键代表键盘键，值代表按下的次数。
3. 可视化 使用 matplotlib 和 seaborn 库可视化热力图。 您将把字典中的计数映射到色标，该色标将显示在代表 108 键键盘的布局上。
4. 实时显示 使用 tkinter 库实时更新热图

具体实现

设置环境

首先安装一些Python库。pynput库将允许我们捕获键盘事件，matplotlib将使我们能够创建热图可视化，tkinter将用于构建GUI。：

pip install pynput matplotlib tk

定义按键字典

这里我们需要预先使用字典存储键盘中的全部按键的名字。

key_layout = [
    ['Esc', 'F1', 'F2', 'F3', 'F4', 'F5', 'F6', 'F7', 'F8', 'F9', 'F10', 'F11', 'F12', 'PrtSc', 'Scroll', 'Pause'],
    ['`', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', '0', '-', '=', 'Backsp', '', ''],
    ['Tab', 'Q', 'W', 'E', 'R', 'T', 'Y', 'U', 'I', 'O', 'P', '[', ']', '\', '', ''],
    ['Caps', 'A', 'S', 'D', 'F', 'G', 'H', 'J', 'K', 'L', ';', "'", 'Enter', '', '', ''],
    ['Shift', 'Z', 'X', 'C', 'V', 'B', 'N', 'M', ',', '.', '/', 'Shift', '', '', '', ''],
    ['Ctrl', 'Win', 'Alt', 'Space', 'Alt', 'Fn', 'Menu', 'Ctrl', '', '', '', '', '', '', '', '']
]

捕获键盘输入

pynput可以以非阻塞方式监听键盘事件。保证程序可以在监听按键时继续进行其他任务（如更新GUI）。以下是如何为键盘事件设置监听器：

from pynput.keyboard import Listener

def on_press(key):
    try:
        key_name = key.char.lower() if hasattr(key, 'char') and key.char is not None else key.name.lower()
        if key_name in key_counts:
            key_counts[key_name] += 1
            update_heatmap()
    except AttributeError:
        pass

listener = Listener(on_press=on_press)
listener.start()

存储和加载数据

这里我增加了个数据存储功能，在每次关闭的时候将数据存储到本地json文件中。load_data()和save_data()函数处理从文件中读取和写入数据：

import json
import os

def load_data():
    if os.path.exists('keyboard_data.json'):
        with open('keyboard_data.json', 'r') as file:
            return json.load(file)
    else:
        return {}

def save_data(data):
    with open('keyboard_data.json', 'w') as file:
        json.dump(data, file, indent=4)

使用Matplotlib创建热图

使用matplotlib来生成我们的热图：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

fig, ax = plt.subplots()
heatmap = ax.imshow(np.zeros((6, 16)), cmap='hot', interpolation='nearest')

for y, row in enumerate(key_layout):
    for x, key in enumerate(row):
        ax.text(x, y, key, ha='center', va='center', color='white')

使用Tkinter构建GUI

这里使用了tkinter来构建一个简单的UI界面。

import tkinter as tk
from matplotlib.backends.backend_tkagg import FigureCanvasTkAgg

root = tk.Tk()
root.title("Keyboard Heatmap")
canvas = FigureCanvasTkAgg(fig, master=root)
canvas_widget = canvas.get_tk_widget()
canvas_widget.pack()
root.mainloop()

界面效果如下：

处理程序关闭

为了确保在应用程序关闭时保存数据，我们连接到窗口的关闭事件：

def on_close():
    save_data(data)
    root.destroy()

root.protocol("WM_DELETE_WINDOW", on_close

)

最终效果

最终代码汇总

import tkinter as tk
from pynput.keyboard import Listener
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.backends.backend_tkagg import FigureCanvasTkAgg
import numpy as np
import json
from datetime import datetime
import os

key_layout = [
    ['Esc', 'F1', 'F2', 'F3', 'F4', 'F5', 'F6', 'F7', 'F8', 'F9', 'F10', 'F11', 'F12', 'PrtSc', 'Scroll', 'Pause'],
    ['`', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', '0', '-', '=', 'Backsp', '', ''],
    ['Tab', 'Q', 'W', 'E', 'R', 'T', 'Y', 'U', 'I', 'O', 'P', '[', ']', '\', '', ''],
    ['Caps', 'A', 'S', 'D', 'F', 'G', 'H', 'J', 'K', 'L', ';', "'", 'Enter', '', '', ''],
    ['Shift', 'Z', 'X', 'C', 'V', 'B', 'N', 'M', ',', '.', '/', 'Shift', '', '', '', ''],
    ['Ctrl', 'Win', 'Alt', 'Space', 'Alt', 'Fn', 'Menu', 'Ctrl', '', '', '', '', '', '', '', '']
]

# Initialize key counts, ignoring empty strings
key_counts = {key.lower(): 0 for row in key_layout for key in row if key}

# File for storing the data
data_file = 'keyboard_data.json'

# Load historical data
def load_data():
    if os.path.exists(data_file):
        with open(data_file, 'r') as f:
            return json.load(f)
    else:
        return {}

# Save data
def save_data(data):
    with open(data_file, 'w') as f:
        json.dump(data, f, indent=4)

# Current date
current_date = datetime.now().strftime("%Y-%m-%d")
data = load_data()
if current_date not in data:
    data[current_date] = {key.lower(): 0 for row in key_layout for key in row if key}

# Setup the matplotlib figure and axis
fig, ax = plt.subplots(figsize=(12, 3))
heatmap = ax.imshow(np.zeros((6, 16)), cmap='hot', interpolation='nearest', vmin=0, vmax=10)
ax.set_xticks([])
ax.set_yticks([])

# Adding key labels to the heatmap
for y, row in enumerate(key_layout):
    for x, key in enumerate(row):
        if key:
            ax.text(x, y, key, ha='center', va='center', color='white', fontsize=8)

# Function to update the heatmap
def update_heatmap():
    data_array = np.array([[data[current_date].get(key.lower(), 0) for key in row] for row in key_layout])
    heatmap.set_data(data_array)
    canvas.draw_idle()

# Key press callback
def on_press(key):
    try:
        key_name = key.char.lower() if hasattr(key, 'char') and key.char is not None else key.name.lower()
        if key_name in data[current_date]:
            data[current_date][key_name] += 1
            root.after(1, update_heatmap)
    except AttributeError:
        pass

# Setup the tkinter window
root = tk.Tk()
root.title("Keyboard Heatmap")

# Embed the matplotlib figure in the tkinter window
canvas = FigureCanvasTkAgg(fig, master=root)
canvas_widget = canvas.get_tk_widget()
canvas_widget.pack(side=tk.TOP, fill=tk.BOTH, expand=True)

# Start listening to the keyboard in the background
listener = Listener(on_press=on_press)
listener.start()

# Shutdown hook to save data when the program is closed
def on_close():
    save_data(data)
    root.destroy()

root.protocol("WM_DELETE_WINDOW", on_close)

# Start the tkinter main loop
root.mainloop()

结论