使用Python绘制带填充纹理的堆叠图_Python

在数据分析和可视化中，堆叠条形图是一种非常有用的工具，能够直观地展示不同类别在各个样本中的分布情况。而为堆叠图添加填充纹理，则可以让图表更加美观且富有层次感。今天，我们将通过 python 的 matplotlib 库来实现这种带填充纹理的堆叠图。

一、安装 matplotlib 库

在开始绘制图表之前，我们需要确保已经安装了 matplotlib 库。如果你尚未安装 matplotlib，可以通过【win】+【r】打开【运行】，并输入[cmd]，点击确定，并输入以下命令进行安装：

pip install matplotlib

安装完成后，你就可以在 python 脚本中导入并使用 matplotlib 了。

二、数据准备

为了绘制堆叠图，我们需要准备一些数据。在本例中，我们使用一个 json 格式的数据结构来存储样本数、rmse 值以及类别标签。以下是数据的具体格式：

data = {
    "samples": [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13],
    "rmse_values": [
        [0.15, 0.2, 0.25],
        [0.3, 0.35, 0.3],
        [0.25, 0.3, 0.35],
        [0.2, 0.25, 0.3],
        [0.18, 0.22, 0.28],
        [0.2, 0.24, 0.29],
        [0.22, 0.26, 0.31],
        [0.19, 0.23, 0.32],
        [0.17, 0.21, 0.33],
        [0.16, 0.2, 0.34],
        [0.14, 0.19, 0.35],
        [0.13, 0.18, 0.36],
        [0.12, 0.17, 0.37]
    ],
    "labels": ["a", "b", "c", "d"]
}

其中：

samples 表示样本编号。
rmse_values 是一个二维列表，每一行对应一个样本，每一列对应一个类别的值。
labels 是类别的标签。

三、设置绘图风格和字体

在绘制图表之前，我们需要设置合适的绘图风格和字体，以确保图表的美观性和可读性。matplotlib 提供了多种预设的绘图风格，例如 seaborn-v0_8-colorblind，这种风格适合色盲用户，能够提供清晰的视觉效果。

import matplotlib.pyplot as plt

# 检查可用样式
print("available styles:", plt.style.available)

# 设置绘图风格和字体
plt.style.use('seaborn-v0_8-colorblind')  # 使用可用的样式
plt.rcparams.update({
    'font.family': 'simhei',  
    'font.size': 10,          
    'axes.unicode_minus': false  
})

四、绘制堆叠条形图并添加纹理

接下来，我们将使用 matplotlib 的bar方法来绘制堆叠条形图。为了实现纹理填充，我们需要为每个条形图指定 hatch 参数。以下是完整的代码实现：

import numpy as np

# 创建图形和坐标轴对象，调整图形大小为 (10, 6)
fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 6))  # 调整图形大小

# 定义颜色和纹理
colors = ['navy', 'teal', 'mediumaquamarine', 'khaki']  # 定义每个类别的颜色
hatches = ['xx', '', '\\\\', '//']  # 定义每个类别的纹理

# 初始化底部位置
bottom = np.zeros(len(data["samples"]))

# 绘制堆叠条形图并添加纹理
for i, label in enumerate(data["labels"]):
    if i < 3:  # 只有三个类别需要绘制，因为数据中只有三个值
        values = [item[i] for item in data["rmse_values"]]  # 提取每个样本对应类别的值
        # 绘制条形图，并应用颜色和纹理
        bars = ax.bar(data["samples"], values, bottom=bottom, color=colors[i], hatch=hatches[i], label=label, edgecolor='black', width=0.6)
        bottom += values  # 更新底部位置以便堆叠下一个类别

五、添加图表元素

为了让图表更加完整和易于理解，我们需要添加坐标轴标签、标题、图例以及网格线。

# 设置坐标轴标签和标题
ax.set_xlabel('样本数')  # 设置x轴标签
ax.set_ylabel('rmse (米)')  # 设置y轴标签
ax.set_title('纹理填充堆叠条形图')  # 设置图表标题为中文
# 添加图例
ax.legend(loc='upper right')  # 设置图例位置
# 设置网格和坐标轴范围
ax.grid(true, axis='y', linestyle='--', alpha=0.7)  # 添加网格线
ax.set_ylim(0, 1.5)  # 设置y轴范围

六、显示和保存图表

最后，我们使用 plt.show() 方法来显示图表。如果需要保存图表，可以使用 plt.savefig() 方法。

# 显示图表
plt.show()
# 关闭绘图窗口
plt.close()

七、效果展示

运行上述代码后，你将得到一个带有填充纹理的堆叠条形图。每个条形图的纹理和颜色都清晰可见，能够直观地展示不同类别在各个样本中的分布情况。

八、完整代码展示

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
# 从json格式的数据中提取需要绘制的图表信息
data = {
    "samples": [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13],
    "rmse_values": [
        [0.15, 0.2, 0.25],
        [0.3, 0.35, 0.3],
        [0.25, 0.3, 0.35],
        [0.2, 0.25, 0.3],
        [0.18, 0.22, 0.28],
        [0.2, 0.24, 0.29],
        [0.22, 0.26, 0.31],
        [0.19, 0.23, 0.32],
        [0.17, 0.21, 0.33],
        [0.16, 0.2, 0.34],
        [0.14, 0.19, 0.35],
        [0.13, 0.18, 0.36],
        [0.12, 0.17, 0.37]
    ],
    "labels": ["a", "b", "c", "d"]
}
# 检查可用样式
print("available styles:", plt.style.available)
# 设置绘图风格和字体
plt.style.use('seaborn-v0_8-colorblind')  # 使用可用的样式
# 设置支持中文的字体
plt.rcparams.update({
    'font.family': 'simhei',  
    'font.size': 10,          
    'axes.unicode_minus': false  
})
# 创建图形和坐标轴对象，调整图形大小为 (10, 6)
fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 6))  # 调整图形大小
# 定义颜色和纹理
colors = ['navy', 'teal', 'mediumaquamarine', 'khaki']  
hatches = ['xx', '', '\\\\', '//']  
# 绘制堆叠条形图并添加纹理
bottom = np.zeros(len(data["samples"]))  
for i, label in enumerate(data["labels"]):
    if i < 3:  
        values = [item[i] for item in data["rmse_values"]]  
        # 绘制条形图，并应用颜色和纹理
        bars = ax.bar(data["samples"], values, bottom=bottom, color=colors[i], hatch=hatches[i], label=label, edgecolor='black', width=0.6)
        bottom += values  # 更新底部位置以便堆叠下一个类别
# 设置坐标轴标签和标题
ax.set_xlabel('样本数')  
ax.set_ylabel('rmse (米)')  
ax.set_title('纹理填充堆叠条形图')  
# 添加图例
ax.legend(loc='upper right')  
# 设置网格和坐标轴范围
ax.grid(true, axis='y', linestyle='--', alpha=0.7)  
ax.set_ylim(0, 1.5)  
# 显示图表
plt.show()
# 关闭绘图窗口
plt.close()