一、帶類別標(biāo)簽的三維柱狀圖介紹

帶類別標(biāo)簽的三維柱狀圖是一種在三維空間中展示分類數(shù)據(jù)的可視化工具。它不僅能夠通過(guò)柱子的高度直觀地表示數(shù)據(jù)的大小，還能通過(guò)顏色或圖例區(qū)分不同的類別。這種圖表特別適合展示多組數(shù)據(jù)之間的對(duì)比關(guān)系，例如不同類別在某個(gè)變量上的表現(xiàn)，或者多個(gè)類別在不同條件下的差異。

特點(diǎn)

• 三維空間展示：通過(guò) x、y、z 三個(gè)坐標(biāo)軸，展示數(shù)據(jù)的多維度信息。
• 分類標(biāo)注：通過(guò)顏色或圖例區(qū)分不同的類別，使圖表更具表現(xiàn)力。
• 直觀對(duì)比：柱子的高度直觀地反映了數(shù)據(jù)的大小，方便進(jìn)行對(duì)比分析。

應(yīng)用場(chǎng)景

• 數(shù)據(jù)分析：展示不同類別在某個(gè)指標(biāo)上的表現(xiàn)，例如不同產(chǎn)品的銷售額。
• 科學(xué)研究：比較不同實(shí)驗(yàn)組在某個(gè)變量上的差異，例如不同藥物的療效。
• 商業(yè)報(bào)告：呈現(xiàn)市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，例如不同地區(qū)的消費(fèi)偏好。

二、數(shù)據(jù)類型準(zhǔn)備

在繪制帶類別標(biāo)簽的三維柱狀圖之前，我們需要準(zhǔn)備以下幾類數(shù)據(jù)：

• 坐標(biāo)數(shù)據(jù)：用于確定柱子在三維空間中的位置。通常包括 x、y 坐標(biāo)，它們可以是連續(xù)的數(shù)值，也可以是離散的類別。
• 高度數(shù)據(jù)：表示柱子的高度，反映了數(shù)據(jù)的大小。它是一個(gè)二維數(shù)組，每個(gè)元素對(duì)應(yīng)一個(gè)柱子的高度。
• 類別標(biāo)簽（可選）：如果需要對(duì)柱子進(jìn)行分類標(biāo)注，還需要準(zhǔn)備類別標(biāo)簽。這些標(biāo)簽可以是數(shù)字、字符串等，用于區(qū)分不同類別的柱子。

在代碼中，數(shù)據(jù)要準(zhǔn)備好：

• x 和 y 是坐標(biāo)數(shù)據(jù)，通過(guò) np.arange 和 np.meshgrid 生成了一個(gè) 10×10 的網(wǎng)格。
• z_height 是高度數(shù)據(jù)，是一個(gè) 10×10 的二維數(shù)組，每個(gè)元素表示對(duì)應(yīng)位置柱子的高度。
• 類別標(biāo)簽沒(méi)有明確給出，但從 z_height 的值可以推斷出不同的高度對(duì)應(yīng)不同的類別。

三、代碼解釋

以下是代碼的詳細(xì)解釋，幫助你理解每一步的作用。

導(dǎo)入必要的庫(kù)

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
from matplotlib import rcParams

• matplotlib.pyplot 是用于繪圖的庫(kù)。
• numpy 是用于數(shù)值計(jì)算的庫(kù)，方便生成和操作數(shù)據(jù)。
• mpl_toolkits.mplot3d 提供了三維繪圖的功能。
• rcParams 用于設(shè)置全局的繪圖參數(shù)，比如字體和負(fù)號(hào)顯示。

設(shè)置支持中文的字體

rcParams['font.family'] = 'SimHei'
rcParams['axes.unicode_minus'] = False

這兩行代碼的作用是讓圖表支持中文顯示，并且正確顯示負(fù)號(hào)。如果不設(shè)置，可能會(huì)出現(xiàn)中文亂碼或負(fù)號(hào)顯示不正常的情況。

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

x = np.arange(1, 11)
y = np.arange(1, 11)
x, y = np.meshgrid(x, y)
z = np.zeros_like(x)
z_height = np.array([[5, 3, 8, 6, 7, 2, 9, 4, 5, 6],
                    [4, 5, 7, 8, 6, 3, 5, 2, 4, 3],
                    [7, 8, 6, 5, 4, 9, 3, 7, 8, 6],
                    [2, 4, 3, 7, 8, 5, 6, 9, 4, 5],
                    [6, 7, 8, 5, 4, 3, 2, 6, 7, 8],
                    [3, 2, 5, 4, 6, 7, 8, 5, 3, 2],
                    [8, 6, 7, 3, 2, 4, 5, 7, 8, 6],
                    [5, 4, 2, 6, 7, 8, 3, 5, 4, 2],
                    [9, 3, 7, 8, 6, 5, 4, 9, 3, 7],
                    [4, 5, 6, 7, 8, 9, 2, 4, 5, 6]])

• x 和 y 是通過(guò) np.arange 生成的從 1 到 10 的數(shù)組，表示 x 和 y 坐標(biāo)。
• np.meshgrid 將 x 和 y 轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格形式，生成一個(gè)二維數(shù)組，方便后續(xù)繪制柱子的位置。
• z 是一個(gè)全為零的二維數(shù)組，表示柱子的底部在 z 軸上的位置。
• z_height 是一個(gè)二維數(shù)組，表示每個(gè)柱子的高度。

圖形設(shè)置

fig = plt.figure(figsize=(10, 8), dpi=100)
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
ax.view_init(elev=30, azim=135)

• plt.figure 創(chuàng)建一個(gè)圖形窗口，figsize 設(shè)置圖形的大小，dpi 設(shè)置圖形的分辨率。
• fig.add_subplot 添加一個(gè)子圖，projection='3d' 表示這是一個(gè)三維圖形。
• ax.view_init 設(shè)置三維圖形的視角，elev 是仰角，azim 是方位角。

顏色映射

norm = plt.Normalize(vmin=np.min(z_height), vmax=np.max(z_height))
cmap = plt.cm.viridis
colors = cmap(norm(z_height.flatten()))

• plt.Normalize 將高度數(shù)據(jù)歸一化到 [0, 1] 范圍內(nèi)，方便后續(xù)的顏色映射。
• plt.cm.viridis 是一種顏色映射方案，它會(huì)根據(jù)歸一化后的值生成對(duì)應(yīng)的顏色。
• cmap(norm(z_height.flatten())) 將歸一化后的高度數(shù)據(jù)映射為顏色，flatten 是將二維數(shù)組展平為一維數(shù)組。

繪制柱子

for i in range(len(x.flatten())):
    ax.bar3d(
        x.flatten()[i], y.flatten()[i], z.flatten()[i],
        0.5, 0.5, z_height.flatten()[i],
        color=colors[i],
        edgecolor='black',
        linewidth=0.3,
        shade=True
    )

• ax.bar3d 是繪制三維柱狀圖的函數(shù)。
• x.flatten()[i]、y.flatten()[i] 和 z.flatten()[i] 是柱子的底部坐標(biāo)。
• 0.5, 0.5 是柱子在 x 和 y 方向上的寬度。
• z_height.flatten()[i] 是柱子的高度。
• color=colors[i] 設(shè)置柱子的顏色。
• edgecolor='black' 設(shè)置柱子邊緣的顏色。
• linewidth=0.3 設(shè)置邊緣的線寬。
• shade=True 開(kāi)啟陰影效果，使圖形更加立體。

坐標(biāo)軸標(biāo)簽和標(biāo)題

ax.set_xlabel('變量1', fontsize=12, labelpad=10)
ax.set_ylabel('變量2', fontsize=12, labelpad=10)
ax.set_zlabel('值', fontsize=12, labelpad=10)
ax.set_title('3D柱狀圖示例', fontsize=14, pad=20)

• ax.set_xlabel、ax.set_ylabel 和 ax.set_zlabel 分別設(shè)置 x、y 和 z 軸的標(biāo)簽。
• fontsize 設(shè)置標(biāo)簽的字體大小。
• labelpad 設(shè)置標(biāo)簽與坐標(biāo)軸的距離。
• ax.set_title 設(shè)置圖形的標(biāo)題。

圖例

legend_elements = [plt.Line2D([0], [0], marker='o', color='w', label=f'類別{i+1}',
                              markerfacecolor=colors[i % len(colors)], markersize=10)
                  for i in range(len(np.unique(z_height.flatten())))]
ax.legend(handles=legend_elements, loc='upper left')

• plt.Line2D 創(chuàng)建一個(gè)圖例元素，marker='o' 表示用圓形標(biāo)記，color='w' 表示標(biāo)記的邊框顏色為白色，markerfacecolor 設(shè)置標(biāo)記的填充顏色，markersize 設(shè)置標(biāo)記的大小。
• label=f'類別{i+1}' 設(shè)置圖例的標(biāo)簽。
• colors[i % len(colors)] 根據(jù)類別數(shù)量循環(huán)使用顏色。
• ax.legend 添加圖例，handles 是圖例元素列表，loc 設(shè)置圖例的位置。

網(wǎng)格和背景

ax.grid(True)
ax.xaxis.pane.fill = False
ax.yaxis.pane.fill = False
ax.zaxis.pane.fill = False

• ax.grid(True) 開(kāi)啟網(wǎng)格。
• ax.xaxis.pane.fill = False 等語(yǔ)句將坐標(biāo)軸的背景填充關(guān)閉，使圖形更加簡(jiǎn)潔。

顯示圖形

plt.tight_layout()
plt.show()

• plt.tight_layout()：自動(dòng)調(diào)整子圖參數(shù)，使其填充整個(gè)圖形區(qū)域，避免標(biāo)簽或標(biāo)題被裁剪。這在圖形中有多個(gè)子圖或標(biāo)簽較長(zhǎng)時(shí)特別有用，可以確保布局更加美觀。
• plt.show()：顯示最終繪制的圖形。此函數(shù)會(huì)打開(kāi)一個(gè)窗口，展示完整的三維柱狀圖，包括所有柱子、標(biāo)簽、圖例和網(wǎng)格等元素。

四、運(yùn)行代碼

將上述代碼復(fù)制到你的 Python 環(huán)境中（比如 Jupyter Notebook 或 PyCharm），運(yùn)行代碼后，你會(huì)看到一個(gè)三維柱狀圖。圖中的柱子高度表示數(shù)據(jù)的大小，顏色表示不同的類別，圖例會(huì)顯示每個(gè)類別的顏色對(duì)應(yīng)關(guān)系，事例如下圖：

如果你在運(yùn)行過(guò)程中遇到任何問(wèn)題，比如報(bào)錯(cuò)或顯示不正確，可以檢查以下幾點(diǎn)：

確保安裝了 matplotlib 和 numpy 庫(kù)。

檢查代碼中是否有拼寫(xiě)錯(cuò)誤。

確保你的 Python 環(huán)境支持中文顯示。

完整代碼如下：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
from matplotlib import rcParams
# 設(shè)置支持中文的字體為黑體（SimHei）
rcParams['font.family'] = 'SimHei'
rcParams['axes.unicode_minus'] = False  
# 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
x = np.arange(1, 11)
y = np.arange(1, 11)
x, y = np.meshgrid(x, y)
z = np.zeros_like(x)
z_height = np.array([[5, 3, 8, 6, 7, 2, 9, 4, 5, 6],
                    [4, 5, 7, 8, 6, 3, 5, 2, 4, 3],
                    [7, 8, 6, 5, 4, 9, 3, 7, 8, 6],
                    [2, 4, 3, 7, 8, 5, 6, 9, 4, 5],
                    [6, 7, 8, 5, 4, 3, 2, 6, 7, 8],
                    [3, 2, 5, 4, 6, 7, 8, 5, 3, 2],
                    [8, 6, 7, 3, 2, 4, 5, 7, 8, 6],
                    [5, 4, 2, 6, 7, 8, 3, 5, 4, 2],
                    [9, 3, 7, 8, 6, 5, 4, 9, 3, 7],
                    [4, 5, 6, 7, 8, 9, 2, 4, 5, 6]])
# 圖形設(shè)置
fig = plt.figure(figsize=(10, 8), dpi=100)
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
ax.view_init(elev=30, azim=135)  # 更佳視角
# 顏色映射
norm = plt.Normalize(vmin=np.min(z_height), vmax=np.max(z_height))
cmap = plt.cm.viridis  
colors = cmap(norm(z_height.flatten()))
# 繪制柱子
for i in range(len(x.flatten())):
    ax.bar3d(
        x.flatten()[i], y.flatten()[i], z.flatten()[i],
        0.5, 0.5, z_height.flatten()[i],  
        color=colors[i],
        edgecolor='black', 
        linewidth=0.3,
        shade=True
    )
# 坐標(biāo)軸標(biāo)簽
ax.set_xlabel('變量1', fontsize=12, labelpad=10)
ax.set_ylabel('變量2', fontsize=12, labelpad=10)
ax.set_zlabel('值', fontsize=12, labelpad=10)
# 標(biāo)題
ax.set_title('3D柱狀圖示例', fontsize=14, pad=20)
# 圖例
legend_elements = [plt.Line2D([0], [0], marker='o', color='w', label=f'類別{i+1}',
                              markerfacecolor=colors[i % len(colors)], markersize=10)
                  for i in range(len(np.unique(z_height.flatten())))]
ax.legend(handles=legend_elements, loc='upper left')
# 網(wǎng)格和背景
ax.grid(True)
ax.xaxis.pane.fill = False
ax.yaxis.pane.fill = False
ax.zaxis.pane.fill = False

plt.tight_layout()
plt.show()

五、總結(jié)

通過(guò)本教程，你學(xué)會(huì)了如何使用 Python 繪制帶類別標(biāo)簽的三維柱狀圖。我們從數(shù)據(jù)準(zhǔn)備開(kāi)始，逐步介紹了如何設(shè)置圖形、繪制柱子、添加標(biāo)簽和圖例，并最終生成了一個(gè)酷炫的三維柱狀圖。這種圖表非常適合展示多變量數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，尤其是當(dāng)你需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類標(biāo)注時(shí)。

如果你對(duì)三維柱狀圖有更多想法或需求，比如添加動(dòng)畫(huà)效果、調(diào)整顏色映射等，可以繼續(xù)探索 matplotlib 的強(qiáng)大功能。

到此這篇關(guān)于使用Python打造帶類別標(biāo)簽的三維柱狀圖的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python三維柱狀圖內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評(píng)論