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在Python中如何绘制带有连接线的双饼图

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    一、导入所需的库

    import matplotlib.pyplot as plt
    import numpy as np
    from matplotlib.patches import ConnectionPatch
    from matplotlib import cm

    matplotlib.patches 模块中的 ConnectionPatch 类可以用来绘制两个子图之间的连线。在双饼图等可视化中,可以利用这个类来绘制两个子图之间的连线,用以表达它们之间的关系。该类提供了许多参数和方法,可以用来控制连线的样式和位置等属性。

    ConnectionPatch 用于在 Matplotlib 中添加连线,其主要参数如下:

    • xyA:连接线的起始点;

    • xyB:连接线的结束点;

    • coordsA:起始点的坐标系,默认为 data;

    • coordsB:结束点的坐标系,默认为 data;

    • axesA:起始点所在的 Axes 对象;

    • axesB:结束点所在的 Axes 对象;

    • color:连接线的颜色;

    • linewidth:连接线的线宽;

    • linestyle:连接线的线型。

    ConnectionPatch 的常用方法包括:

    • set_color:设置连接线的颜色;

    • set_linewidth:设置连接线的线宽;

    • set_linestyle:设置连接线的线型。

    cm是Matplotlib的颜色映射模块,它提供了一系列的颜色方案,包括了单色调,分段调色和连续渐变调色等多种颜色方案,能够更好的满足数据可视化中的需求。

    二、准备数据

    # 大饼图数据
    labels = ['301', '302', '303', '304', '305', '307', '308', '306']
    size = [219324, 94739, 75146, 71831, 54051, 21458, 9990, 50843]
    # 大饼图分裂距离
    explode = (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.1)
    # 小饼图数据
    labels2 = ['402', '407']
    size2 = [12255, 207069]
    width = 0.2

    这段代码用于定义大饼图和小饼图的数据,并设置大饼图的分裂距离和小饼图的宽度。

    具体解释如下:

    • labels:定义大饼图每个分裂块的标签,即分别表示哪个区域。

    • size:定义大饼图每个分裂块的大小,即表示每个区域的数量或占比。

    • explode:定义大饼图每个分裂块距离饼心的距离,即分裂块是否需要弹出,这里设置为不弹出。

    • labels2:定义小饼图每个分裂块的标签,即分别表示哪个区域。

    • size2:定义小饼图每个分裂块的大小,即表示每个区域的数量或占比。

    • width:定义小饼图的宽度,这里设置为0.2。

    三、绘制双饼图

    3.1 创建画布和子图对象
    fig = plt.figure(figsize=(9, 5))
    ax1 = fig.add_subplot(121)
    ax2 = fig.add_subplot(122)

    这部分代码创建了一个大小为 (9, 5) 的画布 fig,并在该画布上添加了两个子图 ax1 和 ax2。

    其中,fig.add_subplot(121) 表示将画布分为 1 行 2 列的子图,选择第 1 个子图(即左边的子图);fig.add_subplot(122) 则表示选择第 2 个子图(即右边的子图)。子图的编号规则类似于数组索引,行号从上到下从 1 开始递增,列号从左到右从 1 开始递增,如 (1, 1) 表示第一行第一列的子图,(1, 2) 表示第一行第二列的子图。在这里 121 和 122 分别表示第一行的第一个子图和第二个子图。

    3.2 绘制大饼图
    ax1.pie(size,
            autopct='%1.1f%%',
            startangle=30,
            labels=labels,
            colors=cm.Blues(range(10, 300, 50)),
            explode=explode)

    这段代码用于在第一个子图(ax1)中绘制一个饼图。具体参数的含义如下:

    • size: 饼图的数据,表示每个饼图块的大小。

    • autopct: 饼图块的数据标签格式,“%1.1f%%” 表示保留一位小数并添加百分号。

    • startangle: 饼图块的开始角度,30度为起始点,顺时针方向旋转。

    • labels: 饼图块的标签,与 size 对应。

    • colors: 饼图块的颜色,使用了 cm.Blues() 函数生成一个颜色列表。

    • explode: 饼图块的分裂距离,表示是否与饼图中心分离。例如 (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.1) 表示最后一个饼图块与中心分离 0.1 个半径长度。

    可以根据需要调整这些参数以及其他饼图的参数来获得所需的效果。

    3.3 绘制小饼图
    ax2.pie(size2,
            autopct='%1.1f%%',
            startangle=90,
            labels=labels2,
            colors=cm.Blues(range(10, 300, 50)),
            radius=0.5,
            shadow=False)

    这段代码用于绘制第二个小饼图。具体参数含义如下:

    • size2:小饼图的数据,即 [12255, 207069];

    • autopct:格式化锲形块的数据标签,‘%1.1f%%’ 表示保留一位小数,并在后面加上百分号;

    • startangle:小饼图的起始角度,以度数表示,这里设为 90 度,即从竖直方向开始;

    • labels2:小饼图的标签,即 [‘402’, ‘407’];

    • colors:指定颜色,这里使用 cm.Blues 函数生成一组蓝色系列颜色;

    • radius:小饼图的半径,这里设为 0.5;

    • shadow:是否添加阴影,这里设为 False。

    在这段代码中,我们创建了一个名为 ax2 的子区域对象,并使用 pie 方法绘制了一个小饼图,将 size2 中的数据作为输入数据。其他参数指定了锲形块的格式、颜色、标签等属性,进一步定制了图形的样式。

    3.4 连接线1,连接大饼图的上边缘和小饼图的饼块
    theta1, theta2 = ax1.patches[-1].theta1, ax1.patches[-1].theta2
    center, r = ax1.patches[-1].center, ax1.patches[-1].r
    x = r * np.cos(np.pi / 180 * theta2) + center[0]
    y = np.sin(np.pi / 180 * theta2) + center[1]
    con1 = ConnectionPatch(xyA=(0, 0.5),
                           xyB=(x, y),
                           coordsA=ax2.transData,
                           coordsB=ax1.transData,
                           axesA=ax2, axesB=ax1)

    这部分代码是用来计算连接两个饼图的连接线的起点和终点位置,并创建一个 ConnectionPatch 对象用于绘制连接线。

    • theta1theta2 分别表示饼图上最后一个扇形的起始角度和终止角度。

    • center 表示饼图中最后一个扇形的中心点位置。

    • r 表示饼图的半径。

    • xy 表示连接线的终点坐标,其中 x 通过利用三角函数计算出来。

    接下来,ConnectionPatch 的参数解释:

    • xyA 表示连接线的起点位置,这里设为 (0, 0.5) 表示在小饼图上以它的左边中间位置为起点。

    • xyB 表示连接线的终点位置,这里为 (x, y) 表示在大饼图上以计算得到的 x 和 y 为终点位置。

    • coordsA 和 coordsB 表示起点和终点所在的坐标系,这里分别为小饼图和大饼图的坐标系。

    • axesA 和 axesB 分别表示起点和终点所在的子图对象,这里分别为小饼图和大饼图的子图对象,即 ax2 和 ax1。

    3.5 连接线2,连接大饼图的下边缘和小饼图的饼块
    x = r * np.cos(np.pi / 180 * theta1) + center[0]
    y = np.sin(np.pi / 180 * theta1) + center[1]
    con2 = ConnectionPatch(xyA=(-0.1, -0.49),
                           xyB=(x, y),
                           coordsA='data',
                           coordsB='data',
                           axesA=ax2, axesB=ax1)

    这段代码用于创建连接线的第二个对象con2。具体解释如下:

    • x 和 y 分别代表了连接线从小饼图中(-0.1,-0.49)这个点出发,到大饼图中theta1角度对应的点的终点坐标。其中,theta1是通过访问ax1.patches[-1].theta1获得的。

    • coordsA 和 coordsB 表示终点和起点坐标的坐标系类型。这里都是 ‘data’ 表示使用数据坐标系,即默认的 x 和 y 坐标值。

    • axesA 和 axesB 表示终点和起点所在的子图对象。其中,axesA 为小饼图,axesB 为大饼图。

    • 这里使用ConnectionPatch函数创建连接线对象。

    3.6 添加连接线
    for con in [con1, con2]:
        con.set_color('gray')
        ax2.add_artist(con)
        con.set_linewidth(1)

    这段代码用于设置连接线的颜色和粗细,并将连接线添加到小饼图的坐标系上。具体来说,循环遍历连接线对象列表 [con1, con2],并依次对每个连接线进行以下操作:

    • 调用 set_color() 方法设置连接线的颜色为灰色。

    • 调用 ax2.add_artist() 方法将连接线添加到小饼图的坐标系上。

    • 调用 set_linewidth() 方法设置连接线的宽度为 1。

    3.7 调整子图布局
    fig.subplots_adjust(wspace=0)
    plt.show()

    这行代码调整了子图之间的水平间距,将间距设置为0,即将子图紧密排列。wspace参数表示子图之间的宽度间距。具体来说,这行代码将第一个子图和第二个子图之间的间距设置为0,使它们之间没有空隙。

    四、源代码

    import matplotlib.pyplot as plt
    import numpy as np
    from matplotlib.patches import ConnectionPatch
    from matplotlib import cm
    # 大饼图数据
    labels = ['301', '302', '303', '304', '305', '307', '308', '306']
    size = [219324, 94739, 75146, 71831, 54051, 21458, 9990, 50843]
    # 大饼图分裂距离
    explode = (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.1)
    # 小饼图数据
    labels2 = ['402', '407']
    size2 = [12255, 207069]
    width = 0.2
    # 创建画布和子图对象
    fig = plt.figure(figsize=(9, 5))
    ax1 = fig.add_subplot(121)
    ax2 = fig.add_subplot(122)
    # 绘制大饼图
    ax1.pie(size,
            autopct='%1.1f%%',
            startangle=30,
            labels=labels,
            colors=cm.Blues(range(10, 300, 50)),
            explode=explode)
    # 绘制小饼图
    ax2.pie(size2,
            autopct='%1.1f%%',
            startangle=90,
            labels=labels2,
            colors=cm.Blues(range(10, 300, 50)),
            radius=0.5,
            shadow=False)
    # 连接线1,连接大饼图的上边缘和小饼图的饼块
    theta1, theta2 = ax1.patches[-1].theta1, ax1.patches[-1].theta2
    center, r = ax1.patches[-1].center, ax1.patches[-1].r
    x = r * np.cos(np.pi / 180 * theta2) + center[0]
    y = np.sin(np.pi / 180 * theta2) + center[1]
    con1 = ConnectionPatch(xyA=(0, 0.5),
                           xyB=(x, y),
                           coordsA=ax2.transData,
                           coordsB=ax1.transData,
                           axesA=ax2, axesB=ax1)
    # 连接线2,连接大饼图的下边缘和小饼图的饼块
    x = r * np.cos(np.pi / 180 * theta1) + center[0]
    y = np.sin(np.pi / 180 * theta1) + center[1]
    con2 = ConnectionPatch(xyA=(-0.1, -0.49),
                           xyB=(x, y),
                           coordsA='data',
                           coordsB='data',
                           axesA=ax2, axesB=ax1)
    # 添加连接线
    for con in [con1, con2]:
        con.set_color('gray')
        ax2.add_artist(con)
        con.set_linewidth(1)
    # 调整子图布局
    fig.subplots_adjust(wspace=0)
    # 显示图像
    plt.show()

    可视化结果为:

    在Python中如何绘制带有连接线的双饼图

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