👊Matplotlib综合应用：空气质量监测数据的图形化展示

🌼1，AQI时序变化特点

import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt

%matplotlib inline
plt.rcParams['font.sans-serif']=['SimHei'] #解决中文显示乱码问题
plt.rcParams['axes.unicode_minus']=False

data=pd.read_excel('北京市空气质量数据.xlsx')
data=data.replace(0,np.NaN) #数据框函数replace()将0替换为缺失值NaN

plt.figure(figsize=(10,5)) #plt.figure说明图形一般特征, 此处指定宽10, 高5
plt.plot(data['AQI'],color='black',linestyle='-',linewidth='0.5') #plt.plot绘制折线图,并指定颜色等
plt.axhline(y=data['AQI'].mean(),color='red',linestyle='-',linewidth='0.5',label='AQI总平均值') #plt.axhline在参数y指定位置，画平行于横坐标的直线
data['年']=data['日期'].apply(lambda x:x.year)

AQI_mean=data['AQI'].groupby(data['年']).mean().values #分组计算各年AQI平均值
year=['2014年','2015年','2016年','2017年','2018年','2019年'] 
col=['red','blue','green','yellow','purple','brown']
for i in range(6): #for循环绘制多条平行横坐标的直线
    plt.axhline(y=AQI_mean[i],color=col[i],linestyle='--',linewidth='0.5',label=year[i])
    
plt.title('2014至2019年AQI时间序列折线图') #plt.title()标题
plt.xlabel('年份') #plt.xlabel()横坐标
plt.ylabel('AQI') #plt.ylabel()纵坐标
plt.xlim(xmax=len(data), xmin=1) #plt.xlim横坐标范围
plt.ylim(ymax=data['AQI'].max(),ymin=1) #plt.ylim纵坐标范围
plt.yticks([data['AQI'].mean()],['AQI平均值']) #指定刻度上给出标签 
plt.xticks([1,365,365*2,365*3,365*4,365*5],['2014','2015','2016','2017','2018','2019'])
plt.legend(loc='best') #plt.legend()指定位置显示图例
plt.text(x=list(data['AQI']).index(data['AQI'].max()),y=data['AQI'].max()-20,s='空气质量最差日',color='red') #plt.text()指定行列位置显示文字

plt.show() #plt.show()本次绘图结束

🌼2，AQI分布特征 + 相关性分析

本节利用Matplotlib，对空气质量监测数据做如下图形化展示：

线图----年均AQI变化特点
直方图----AQI整体分布特征
散点图----AQI和PM2.5的相关性
饼图----空气质量等级分布特征

具体代码

import warnings #导入warnings模块
warnings.filterwarnings(action='ignore') #忽略警告信息
plt.figure(figsize=(10,5)) #指定宽10, 高5

plt.subplot(2,2,1) #绘图区域分为2行2列共4个单元, 下个图在第1个单元展示
plt.plot(AQI_mean, color='black',linestyle='-',linewidth='0.5') #plt.plot()绘制折线图
plt.title('各年AQI均值折线图')
plt.xticks([0,1,2,3,4,5,6],['2014','2015','2016','2017','2018','2019']) #plt.xticks指定刻度给出标签

plt.subplot(2,2,2) #绘图区域分2行2列共4个单元, 下个图在第2个单元展示
plt.hist(data['AQI'],bins=20) #plt.hist()绘制直方图, 包含20个柱形条, 将数据分成20组
plt.title('AQI直方图')

plt.subplot(2,2,3) 
plt.scatter(data['PM2.5'],data['AQI'],s=0.5,c='green',marker='.') #plt.scatter()绘制散点图,s大小,c颜色,marker形状
plt.title('PM2.5与AQI散点图')
plt.xlabel('PM2.5') #横坐标
plt.ylabel('AQI') #纵坐标

plt.subplot(2,2,4)
tmp=pd.value_counts(data['质量等级'],sort=False) #等同： tmp=data['质量等级'].value_counts()
share=tmp/sum(tmp)
labels=tmp.index
explode=[0,0.2,0,0,0,0.2,0]
plt.pie(share, explode=explode,labels=labels,autopct='%3.1f%%',startangle=180,shadow=True) #plt.pie绘制饼图
plt.title('空气质量整体情况饼图')

效果

据图分析

1，折线图：呈快速下降趋势

2，直方图：呈不对成分布

3，散点图：PM2.5和AQI存在一定程度的正相关

4，饼图：空气良占比最高

🌼3，优化图形

2中的四幅图，出现了重叠现象，下面我们进行优化调整

fig, axes=plt.subplots(nrows=2,ncols=2,figsize=(12,10)) #设置宽高,分成2行2列4个单元,结果赋值给fig和axes对象
#fig设置整个图特征,axes对应每个单元格对象
axes[0,0].plot(AQI_mean,color='black',linestyle='-',linewidth=0.5) #axes[0,0]表示第一行第一列单元格
axes[0,0].set_title('各年AQI均值折线图') #设置标题
axes[0,0].set_xticks([0,1,2,3,4,5,6]) #坐标轴标签
axes[0,0].set_xticklabels(['2014','2015','2016','2017','2018','2019']) #坐标刻度
axes[0,1].hist(data['AQI'],bins=20)
axes[0,1].set_title('AQI直方图')
axes[0,1].scatter(data['PM2.5'],data['AQI'],s=0.5,c='green',marker='.')
axes[1,0].set_title('PM2.5与AQI散点图')
axes[1,0].set_xlabel('PM2.5')
axes[1,0].set_ylabel('AQI')
axes[1,1].pie(share,explode=explode,labels=labels,autopct='%3.1f%%',startangle=180,shadow=True)
axes[1,1].set_title('空气质量整体情况饼图')

fig.subplots_adjust(hspace=0.5) #.subplots_adjust调整各图形单元行和列之间的距离
fig.subplots_adjust(wspace=0.5)