Python如何绘制日历图和热力图
时间：2020-11-02 17:34:22|栏目：Python代码|点击： 次
本文以2019年全国各城市的空气质量观测数据为例，利用matplotlib、calmap、pyecharts绘制日历图和热力图。在绘图之前先利用pandas对空气质量数据进行处理。
2019年全国各城市空气质量观测数据来源于：https://beijingair.sinaapp.com。
数据处理
从网站下载的数据为逐小时数据，每天一个文件。如果要绘制全年的日历图或者热图，首先要将所有的数据进行合并处理。
下载好数据之后，将数据解压到当前目录的2019文件夹内，然后处理数据：
import globfrom datetime import datetime, timedeltaimport numpy as npimport pandas as pd
from matplotlib import cm, colorsimport matplotlib.dates as mdatesimport matplotlib.patches as mpatchesimport matplotlib.pyplot as plt
def format_aqi(filep, columns=None): files = glob.glob(filep)
df = pd.concat((pd.read_csv(f) for f in files)) df.index = pd.to_datetime(df.date.astype(np.str) + df.hour.apply(lambda x: '%02d'%x), format='%Y%m%d%H') # drop date and hour columns df.drop(['date', 'hour'], axis=1, inplace=True)
df = df.pivot_table(columns='type', index=df.index) df.columns.names = ['station', 'type'] df.index.names = ['date']
df = df.stack('station')
if columns is not None: df = df.loc[:, columns]
return df
filep = '2019/china*.csv' data = format_aqi(filep)data.csv('2019.csv') # 保存以便后续使用
合并完成数据后，读取数据并进一步处理：
data = pd.read_csv('2019.csv', index_col='date', parse_dates=True)data2 = data.pivot_table(index=data.index, columns=['station'])
time_range = pd.date_range(datetime(2019, 10, 1, 0), datetime(2019, 12, 31, 23), freq='1h')
idx = pd.IndexSliceaqi = data2.loc[:, idx['AQI', :]].xs('AQI', axis=1)aqi = aqi.reindex(time_range)
cities = ['北京', '天津', '石家庄', '邯郸', '济南', '郑州', '菏泽', '亳州', '徐州', '驻马店', '南京', '合肥', '马鞍山', '武汉', '上海', '杭州', '长沙', '南昌', '上饶', '温州', '吉安', '赣州', '福州', '龙岩', '厦门', '泉州' ]
sub = aqi[cities[::-1]]
绘制热力图
因为空气质量有专门的配色，首先设置对应等级的colormap
colors_aqi = ['#009966', '#FFDE33', '#FF9A32', '#CC0033', '#660099']levels = [0, 50, 100, 150, 200, 300] cmap_aqi = colors.ListedColormap(colors_aqi) norm = colors.BoundaryNorm(levels, cmap_aqi.N)
然后，开始绘图：
fig, ax = plt.subplots(figsize=(16, 9))
con = ax.pcolormesh(sub.index.values, np.arange(0, sub.columns.shape[0]+1), sub.T, cmap=cmap_aqi, norm=norm, vmin=0, vmax=300 )
sdate = datetime(2019, 10, 1)edate = datetime(2019, 12, 31)xticks = pd.date_range(sdate, edate, freq='15d')
ax.set_xlim([sdate, edate])ax.set_xticks(xticks)ax.set_xticklabels([i.strftime('%m/%d') for i in xticks])ax.set_yticks(np.arange(0.5, len(cities)))_ = ax.set_yticklabels(sub.T.index.values, fontdict={'family': 'SimHei', 'fontsize': 16})
ytext = [i.get_text() for i in list(ax.get_yticklabels())]
cb = fig.colorbar(con, extend='max', pad=0.02, extendrect=True, extendfrac=0.2)cb.cmap.set_over('#7D0023')
cb.ax.tick_params(axis='both', direction='in', length=0)_ = cb.ax.set_ylabel('Air Quality Index(AQI)', fontdict={'family': 'Times New Roman'})
2019年10月-12月各城市的AQI日变化
绘制日历图
python中关于绘制日历图的工具相对较少，没有特别有些的工具。下面分别使用calmap和pyecharts绘制日历图。
注意：calmap已经放弃维护了，在使用过程中可能会存在问题。本文fork了原来的源码，解决了可能遇到的问题。可以从https://github.com/bugsuse/calmap下载源码，然后执行python setup.py install进行安装即可。
注意：本文为了简单起见，利用AQI绘图时，直接对AQI求日均值，但是实际情况下是不能直接这样计算的。
import calmap
dd = data[data.station == '北京'].AQI.resample('1d').mean()
fig, ax = plt.subplots(figsize=(18, 9))
cmp = calmap.yearplot(dd, how=None, year=2019, cmap=cmap_aqi, norm=norm, vmin=0, vmax=300, )
ax2 = fig.add_axes([0.94, 0.4, 0.015, 0.2])cb1 = mpl.colorbar.ColorbarBase(ax2, cmap=cmap_aqi, ticks=levels, norm=norm, orientation='vertical', extend='max', extendrect=True, extendfrac=0.15)cb1.cmap.set_over('#7D0023')cb1.set_ticks([25, 75, 125, 175, 250])cb1.ax.set_yticklabels([u'优', u'良', u'轻度污染', u'中度污染', u'重度污染'], fontdict={'fontsize': 16, 'family': 'SimHei'}) cb1.ax.yaxis.set_tick_params(length=0.01)ax2.text(1.13, 1.07, '严重污染', fontdict={'fontsize':16, 'family':'SimHei'})
ax.set_ylabel('2019', fontdict=dict(fontsize=26, color='grey'))
2019年北京市AQI日历图
下面利用pyecharts绘制2019年北京市AQI日历图。
from pyecharts import options as optsfrom pyecharts.charts import Calendar
begin = datetime(2019, 1, 1)end = datetime(2019, 12, 31)data = [ [str(begin + timedelta(days=i)), dd[i]] for i in range((end - begin).days + 1)]
c = ( Calendar() .add( "", data, calendar_opts=opts.CalendarOpts( range_='2019', daylabel_opts=opts.CalendarDayLabelOpts(name_map='cn'), monthlabel_opts=opts.CalendarMonthLabelOpts(name_map='cn'), ), ) .set_global_opts( title_opts=opts.TitleOpts(title='2019年北京市每日AQI(Air Quality Index)', pos_left='center'), visualmap_opts=opts.VisualMapOpts( max_=300, min_=0, range_size=[0, 50, 100, 150, 200, 300], pieces= [{'min': 0, 'max': 50}, {'min': 51, 'max': 100}, {'min': 101, 'max': 150}, {'min': 151, 'max': 200},
2019年北京市AQI日历图
绘制热力图也可以使用seaborn，不需要单独码很多代码，而且功能要更多一些。python在绘制日历图方面不是非常友好，相比之下，pyecharts更有优势。但是pyecharts更适合线上可视化展示，不太适合制作用于发表论文的图。
这次就说到这了，感兴趣的可以去尝试一下。
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本文标题：Python如何绘制日历图和热力图
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