plotnine 是 Python 中一个基于 ggplot2 风格的可视化库,使用 Grammar of Graphics(图形语法)理念,能够通过组合图层、几何对象、统计变换和坐标系统等元素创建高质量图表。它封装了 Matplotlib 与 pandas,支持灵活的数据驱动绘图,非常适合进行统计可视化与分析报告制作。
安装:
nginx
pip install plotnine
常见应用场景:
(1)统计数据可视化:柱状图、折线图、散点图、箱线图、直方图等。
(2)探索性数据分析(EDA):快速绘制数据分布和趋势,发现潜在规律。
(3)数据报告与科研论文:利用图层叠加和主题系统生成高质量图形。
(4)多维数据可视化:通过分面(facet)实现分组绘图。
(5)自动化绘图:结合 pandas DataFrame 自动映射数据列到图形属性。
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核心概念
1、ggplot 对象
绘图的基础对象,通常以 ggplot(data, aes(...)) 创建,其中 data 是 pandas DataFrame,aes 指定映射关系(x、y、颜色、大小等)。
2、几何对象(Geom)
图形的基本元素,如 geom_line(), geom_point(), geom_bar() 等,用于指定图表类型。
3、统计变换(Stat)
对数据进行统计计算后再绘制,例如 stat_smooth() 用于回归拟合,stat_bin() 用于直方图统计。
4、图层叠加
可以通过 + 将多个图层、坐标、标签等叠加组合,生成丰富图形。
5、坐标系统与主题
coord_cartesian()、coord_flip() 等用于控制坐标。
theme() 控制整体风格,如字体、标题、网格线等
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应用举例
例 1:基本散点图
python
import pandas as pdfrom plotnine import ggplot, aes, geom_point
df = pd.DataFrame({'x': [1,2,3,4], 'y':[10, 15, 13, 17]})p = ggplot(df, aes(x='x', y='y')) + geom_point()print(p)
例 2:折线图
python
import pandas as pdfrom plotnine import ggplot,geom_line,aes
df = pd.DataFrame({'x': [1,2,3,4], 'y':[10, 15, 13, 17]})
p = ggplot(df, aes('x','y')) + geom_line()print(p)
例 3:分组绘图
python
import pandas as pdfrom plotnine import ggplot,geom_line,aes
df = pd.DataFrame({ 'x': [1,2,3,1,2,3], 'y': [10,12,14,15,18,20], 'group': ['A','A','A','B','B','B']})
p = ggplot(df, aes('x','y', color='group')) + geom_line()print(p)
例 4:直方图
python
import pandas as pdfrom plotnine import ggplot,geom_histogram,aes
df = pd.DataFrame({'value': [1,2,2,3,3,3,4,4,5]})p = ggplot(df, aes('value')) + geom_histogram(binwidth=1)print(p)
例 5:分面(Facet)
python
import pandas as pdfrom plotnine import ggplot,facet_wrap,aes,geom_point
df = pd.DataFrame({'value': [1,2,2,3,3,3,4,4,5]})p = ggplot(df, aes('x','y')) + geom_point() + facet_wrap('~group')print(p)
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常用函数与类速览
ggplot(data, aes(...))
创建基础绘图对象。
参数:
data:pandas DataFrame。
aes(...):映射关系,如 x、y、color、size。
返回:ggplot 对象。
geom_point()
绘制散点图。
参数:可选映射 aes。
返回:GeomPoint 对象。
geom_line()
绘制折线图。
参数:可选映射 aes。
返回:GeomLine 对象。
geom_bar()
绘制柱状图。
参数:可选映射 aes。
返回:GeomBar 对象。
geom_histogram(binwidth=1)
绘制直方图。
参数:binwidth 指定分箱宽度。
返回:GeomHistogram 对象。
facet_wrap('~col')
按列分面绘图。
参数:分组列名。
返回:FacetWrap 对象。
theme()
设置图形风格。
参数:字体、标题、网格线、边距等。
返回:Theme 对象。
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补充说明
(1)plotnine 与 pandas 紧密集成,所有数据处理建议先在 DataFrame 中完成。
(2)所有图层、统计变换均可用 + 运算符叠加。
(3)支持 ggplot2 风格,但底层依赖 Matplotlib,输出可作为 Matplotlib figure 使用。
(4)对复杂图表,建议使用图层组合与 facet 分面机制,便于维护和重用。
📘 小结
plotnine 是 Python 中 ggplot2 风格的可视化库,通过图层、几何对象和统计变换组合实现高度可定制的图表。它与 pandas 紧密结合,适合数据分析、探索性分析及报告生成。通过直观的语法和分面机制,用户能够快速创建专业、多面板、可复用的图形,提高数据可视化效率和可读性。

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