【可视化】Python绘制风车玫瑰图动画

本文主要是介绍【可视化】Python绘制风车玫瑰图动画，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

最终成品

在这里插入图片描述

思路

风车玫瑰图等效于极坐标系下的堆积条形图。

绘制直角坐标系下的堆积条形图。pyplot本身没有找到堆积条形图的方法，所以使用计算堆积。
因为极坐系下，x轴会卷积成一个圆，所以需要提前将x轴的刻度转成弧度。
由于x轴变换了，所以不能直接使用.bar()方法绘图，同时需要将数据构造转成层级 * 柱数的样式，分别绘制条形。
将子图的坐标系改成极坐标系。
使用FuncAnimation()方法绘制动画。

环境

Python 3.10

引入包

import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt 
import matplotlib.animation as animation
import numpy as npplt.rcParams["font.sans-serif"] = ["SimHei"]    # 指定中文字体
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False      # 指定负号等特殊符号兼容

创建测试数据

创建 (16,3) 的数集，对应16个风车柱子，每个柱子分三层。

data = pd.DataFrame(np.random.randint(70, 100, size=(16, 3)),index=[i for i in 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'][:16], columns=["l1", 'l2', 'l3'])data

绘制堆积条形图

pyplot中没有找到堆积条形图的办法，只有 stackplot() 堆积面积图，所以直接用 bar()方法画。
每一层都指定前层的合计值为柱子底部 bottom，实现堆积效果。
因为数据集是随机生成的，所以每张图的柱子高度不一致，勿怪。

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot()
for i in range(data.shape[1]):plt.bar(x=data.index, height=data.iloc[:, i], bottom=0 if i == 0 else data.iloc[:, 0:i].sum(axis=1))

堆积条形图

转极坐标系

在subplot子图中指定 projection=“polar” ，即可使用极坐标系。

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(projection="polar")    # 指定子图为极坐标系
for i in range(data.shape[1]):plt.bar(x=data.index, height=data.iloc[:, i], bottom=0 if i == 0 else data.iloc[:, 0:i].sum(axis=1))

极坐标下的堆积条形图由于x轴的刻度没有转换成角度，所以外圈的刻度不对，A和G靠太近了。

将x轴转换成弧度。共16个柱子，每个柱子所在弧度即是 $2\pi/16$
缩小桩子的宽度，避免挤到一起。

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(projection="polar")        # 指定子图为极坐标系
x = [(i * np.pi * 2)/data.shape[0] for i in range(data.shape[0])]  # 计算X轴的弧度
for i in range(data.shape[1]):plt.bar(x=x, height=data.iloc[:, i], bottom=0 if i == 0 else data.iloc[:, 0:i].sum(axis=1))

X轴刻度转成弧度比较接近了，把X轴的角度标签换成数据标签 tick_label=data.index

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(projection="polar")    # 指定子图为极坐标系
x = [(i * np.pi * 2)/data.shape[0] for i in range(data.shape[0])]  # 计算X轴
for i in range(data.shape[1]):plt.bar(x=x, height=data.iloc[:, i], bottom=0 if i == 0 else data.iloc[:, 0:i].sum(axis=1), width=np.pi/data.shape[0],   # 调整柱子宽度tick_label=data.index        # 添加标签)

修改标签

修饰文本

调整一下

把标签加到每个柱子上
隐藏坐标轴和边框

为啥plt.text()方法一次只能画一条文本？

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(projection="polar")    # 指定子图为极坐标系
ax.spines["polar"].set_visible(False)       # 隐藏边框
ax.axes.xaxis.set_visible(False)            # 隐藏X轴
ax.axes.yaxis.set_visible(False)            # 隐藏Y轴
x = [(i * np.pi * 2)/data.shape[0] for i in range(data.shape[0])]   # 计算X轴
for i in range(data.shape[1]):ax.bar(x=x, height=data.iloc[:, i], bottom=0 if i == 0 else data.iloc[:, 0:i].sum(axis=1), width=np.pi/data.shape[0],          # 调整柱子宽度tick_label=data.index               # 添加标签)# 添加文本到柱子上
for i in range(data.shape[0]):plt.text(x=x[i],                                         # 文本的X坐标y=data.iloc[i].sum(),                           # 文本的Y坐标s=f"{data.iloc[i].name}: {data.iloc[i].sum()}"  # 文本内容)

添加文本标签
修改文字：

旋转文字的角度，与柱子方向一致。
文字与柱太近了，远离一点。
同时修改对齐方式。O和P有点不齐。

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(projection="polar")    # 指定子图为极坐标系
ax.spines["polar"].set_visible(False)       # 隐藏边框
ax.axes.xaxis.set_visible(False)            # 隐藏X轴
ax.axes.yaxis.set_visible(False)            # 隐藏Y轴
x = [(i * np.pi * 2)/data.shape[0] for i in range(data.shape[0])]   # 计算X轴
for i in range(data.shape[1]):ax.bar(x=x, height=data.iloc[:, i], bottom=0 if i == 0 else data.iloc[:, 0:i].sum(axis=1), width=np.pi/data.shape[0],          # 调整柱子宽度tick_label=data.index               # 添加标签)# 添加文本到柱子上
for i in range(data.shape[0]):plt.text(x=x[i],                             # 文本的X坐标y=data.iloc[i].sum() * 1.05,        # 文本的Y坐标s=f"{data.iloc[i].name}: {data.iloc[i].sum()}",  # 文本内容rotation= (i * 360)/data.shape[0],  # 旋转角度rotation_mode="anchor",             # 指定旋转模式horizontalalignment="left",         # 水平对齐方式verticalalignment="center"          # 垂直对齐方式)

对齐文本

修饰颜色

修改柱子的颜色, 并添加柱子边框。因为配色无能，所以直接使用了plt的颜色重采样，好东西啊。
思路是先使用 resampled() 方法从调色盘中取 16 * 3 = 48 个颜色，再给每个柱子用不同的颜色。

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(projection="polar")    # 指定子图为极坐标系
ax.spines["polar"].set_visible(False)       # 隐藏边框
ax.axes.xaxis.set_visible(False)            # 隐藏X轴
ax.axes.yaxis.set_visible(False)            # 隐藏Y轴
x = [(i * np.pi * 2)/data.shape[0] for i in range(data.shape[0])]   # 计算X轴
color_list = plt.colormaps['inferno'].resampled(48).colors          # 从调色盘中重采样48个颜色，做为柱子的颜色。for i in range(data.shape[1]):ax.bar(x=x, height=data.iloc[:, i], bottom=0 if i == 0 else data.iloc[:, 0:i].sum(axis=1), width=np.pi/data.shape[0],          # 调整柱子宽度tick_label=data.index,              # 添加标签color=color_list[i*16:(i+1)*16],    # 添加颜色edgecolor="k",                      # 指定组间边框颜色linewidth=1,                        # 组间边框宽度)# 添加文本到柱子上
for i in range(data.shape[0]):plt.text(x=x[i],                             # 文本的X坐标y=data.iloc[i].sum() * 1.05,        # 文本的Y坐标s=f"{data.iloc[i].name}: {data.iloc[i].sum()}",  # 文本内容rotation= (i * 360)/data.shape[0],  # 旋转角度rotation_mode="anchor",             # 指定旋转模式horizontalalignment="left",         # 水平对齐方式verticalalignment="center",         # 垂直对齐方式)plt.show()

修饰颜色

制作动画

先作个简单的动画，即按照绘制顺序，逐个实现动画效果：

创建自定义函数 update() 保存每一帧的绘图方法。
for循环的子句移入动画函数，再调用matplotlib的FuncAnimation()方法。
第0帧时，先清空画布，再绘制。
最后一帧时，把文字画上去。

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(projection="polar")    # 指定子图为极坐标系
ax.spines["polar"].set_visible(False)       # 隐藏边框
ax.axes.xaxis.set_visible(False)            # 隐藏X轴
ax.axes.yaxis.set_visible(False)            # 隐藏Y轴
ax.set_ylim([0, 300])
x = [(i * np.pi * 2)/data.shape[0] for i in range(data.shape[0])]   # 计算X轴
color_list = plt.colormaps['inferno'].resampled(48).colors# 动画函数
def update(i):if i == 0: ax.cla()ax.set_ylim([0, 300])bar = ax.bar(x=x,height=data.iloc[:, i],bottom=0 if i == 0 else data.iloc[:, 0:i].sum(axis=1), width=np.pi/data.shape[0], color=color_list[i*16:(i+1)*16],edgecolor="k",linewidth=1,)if i == 2:for i in range(data.shape[0]):plt.text(x=x[i],                             # 文本的X坐标y=data.iloc[i].sum() * 1.05,        # 文本的Y坐标s=f"{data.iloc[i].name}: {data.iloc[i].sum()}",  # 文本内容rotation= (i * 360)/data.shape[0],  # 旋转角度rotation_mode="anchor",             # 指定旋转模式horizontalalignment="left",         # 水平对齐方式verticalalignment="center",         # 垂直对齐方式)return bar anim = animation.FuncAnimation(fig=fig,        # 指定画布对象func=update,    # 指定更新方法frames=3,       # 动画帧数，即画几次的意思，和一秒多少帧无关interval=720,   # 每次绘画的间隔时间，单位是毫秒)

一层一层出现的方式有点奇怪，改成分柱子出现的比较好。即每次绘制一行数据柱，绘制16次。


fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(projection="polar")    # 指定子图为极坐标系
ax.spines["polar"].set_visible(False)       # 隐藏边框
ax.axes.xaxis.set_visible(False)            # 隐藏X轴
ax.axes.yaxis.set_visible(False)            # 隐藏Y轴
ax.set_ylim([0, 300])
x = [(i * np.pi * 2)/data.shape[0] for i in range(data.shape[0])]   # 计算X轴
color_list = plt.colormaps['inferno'].resampled(48).colors
bar = ax.bar(x, [0]*len(x), width=np.pi/data.shape[0])[0]# 动画函数
def update(i):if i == 0: ax.cla()                # 清除画布ax.set_ylim([0, 300])   # 重新建立Y轴范围for j in range(3):          # 分成三层画柱子bar = ax.bar(x = x[i],           # X轴坐标height=data.iloc[i, j].sum(),   # 每层柱子的高度bottom=0 if j==0 else data.iloc[i, 0:j].sum(),  # 每层柱子的底width=np.pi/data.shape[0],      # 柱子宽度color=color_list[j*16 + i],     # 柱子颜色edgecolor="k",                  # 分隔线颜色linewidth=1,                    # 分隔线宽度)plt.text(x=x[i],                             # 标签的X轴坐标，与柱子相同y=data.iloc[i].sum()*1.05,          # 标签的Y轴坐标，比柱子略高一点，避免重叠s=f"{data.iloc[i].name}: {data.iloc[i].sum()}",     # 标签的文本内容rotation= (i * 360)/data.shape[0],  # 旋转角度rotation_mode="anchor",             # 指定旋转模式horizontalalignment="left",         # 水平对齐方式verticalalignment="center",         # 垂直对齐方式)return bar anim = animation.FuncAnimation(fig=fig, func=update, frames=16, interval=720)

分行绘制

结束

附件：完整代码

import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt 
import matplotlib.animation as animation
import numpy as npplt.rcParams["font.sans-serif"] = ["SimHei"]    # 指定中文字体
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False      # 指定负号等特殊符号兼容data = pd.DataFrame(np.random.randint(70, 100, size=(16, 3)),index=[i for i in 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'][:16], columns=["l1", 'l2', 'l3'])fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(projection="polar")    # 指定子图为极坐标系
ax.spines["polar"].set_visible(False)       # 隐藏边框
ax.axes.xaxis.set_visible(False)            # 隐藏X轴
ax.axes.yaxis.set_visible(False)            # 隐藏Y轴
ax.set_ylim([0, 300])
x = [(i * np.pi * 2)/data.shape[0] for i in range(data.shape[0])]   # 计算X轴
color_list = plt.colormaps['inferno'].resampled(48).colors
bar = ax.bar(x, [0]*len(x), width=np.pi/data.shape[0])[0]# 动画函数
def update(i):if i == 0: ax.cla()                # 清除画布ax.set_ylim([0, 300])   # 重新建立Y轴范围for j in range(3):          # 分成三层画柱子bar = ax.bar(x = x[i],           # X轴坐标height=data.iloc[i, j].sum(),   # 每层柱子的高度bottom=0 if j==0 else data.iloc[i, 0:j].sum(),  # 每层柱子的底width=np.pi/data.shape[0],      # 柱子宽度color=color_list[j*16 + i],     # 柱子颜色edgecolor="k",                  # 分隔线颜色linewidth=1,                    # 分隔线宽度)plt.text(x=x[i],                             # 标签的X轴坐标，与柱子相同y=data.iloc[i].sum()*1.05,          # 标签的Y轴坐标，比柱子略高一点，避免重叠s=f"{data.iloc[i].name}: {data.iloc[i].sum()}",     # 标签的文本内容rotation= (i * 360)/data.shape[0],  # 旋转角度rotation_mode="anchor",             # 指定旋转模式horizontalalignment="left",         # 水平对齐方式verticalalignment="center",         # 垂直对齐方式)return bar anim = animation.FuncAnimation(fig=fig, func=update, frames=16, interval=720)anim.save("./sample_02.gif")	# 保存到GIF文件

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