數據可視化之美 -- 以Matlab、Python為工具

why_rookie 發布于2021-11-15 11:39 / 3057人閱讀

摘要：在我們科研工作中，將數據完美展現出來尤為重要。數據可視化是以數據為視角，探索世界。我們真正想要的是數據視覺，以數據為工具，以可視化為手段，目的是描述真實，探索世界。

在我們科研、工作中，將數據完美展現出來尤為重要。
數據可視化是以數據為視角，探索世界。我們真正想要的是 — 數據視覺，以數據為工具，以可視化為手段，目的是描述真實，探索世界。
下面介紹一些數據可視化的作品（包含部分代碼），主要是地學領域，可遷移至其他學科。
Example 1 ：散點圖、密度圖（Python）

import numpy as npimport matplotlib.pyplot as plt# 創建隨機數n = 100000x = np.random.randn(n)y = (1.5 * x) + np.random.randn(n)fig1 = plt.figure()plt.plot(x,y,".r")plt.xlabel("x")plt.ylabel("y")plt.savefig("2D_1V1.png",dpi=600)nbins = 200H, xedges, yedges = np.histogram2d(x,y,bins=nbins)# H needs to be rotated and flippedH = np.rot90(H)H = np.flipud(H)# 將zeros maskHmasked = np.ma.masked_where(H==0,H) # Plot 2D histogram using pcolorfig2 = plt.figure()plt.pcolormesh(xedges,yedges,Hmasked)  plt.xlabel("x")plt.ylabel("y")cbar = plt.colorbar()cbar.ax.set_ylabel("Counts")plt.savefig("2D_2V1.png",dpi=600)plt.show()

Example 2 ：雙Y軸（Python）

import csvimport pandas as pdimport matplotlib.pyplot as pltfrom datetime import datetimedata=pd.read_csv("LOBO0010-2020112014010.tsv",sep="/t")time=data["date [AST]"]sal=data["salinity"]tem=data["temperature [C]"]print(sal)DAT = []for row in time:DAT.append(datetime.strptime(row,"%Y-%m-%d %H:%M:%S"))#create figurefig, ax =plt.subplots(1)# Plot y1 vs x in blue on the left vertical axis.plt.xlabel("Date [AST]")plt.ylabel("Temperature [C]", color="b")plt.tick_params(axis="y", labelcolor="b")plt.plot(DAT, tem, "b-", linewidth=1)plt.title("Temperature and Salinity from LOBO (Halifax, Canada)")fig.autofmt_xdate(rotation=50) # Plot y2 vs x in red on the right vertical axis.plt.twinx()plt.ylabel("Salinity", color="r")plt.tick_params(axis="y", labelcolor="r")plt.plot(DAT, sal, "r-", linewidth=1)  #To save your graphplt.savefig("saltandtemp_V1.png" ,bbox_inches="tight")plt.show()

Example 3：擬合曲線（Python）

import csvimport numpy as npimport pandas as pdfrom datetime import datetimeimport matplotlib.pyplot as pltimport scipy.signal as signaldata=pd.read_csv("LOBO0010-20201122130720.tsv",sep="/t")time=data["date [AST]"]temp=data["temperature [C]"]datestart = datetime.strptime(time[1],"%Y-%m-%d %H:%M:%S")DATE,decday = [],[]for row in time:    daterow = datetime.strptime(row,"%Y-%m-%d %H:%M:%S")    DATE.append(daterow)    decday.append((daterow-datestart).total_seconds()/(3600*24))# First, design the Buterworth filterN  = 2    # Filter orderWn = 0.01 # Cutoff frequencyB, A = signal.butter(N, Wn, output="ba")# Second, apply the filtertempf = signal.filtfilt(B,A, temp)# Make plotsfig = plt.figure()ax1 = fig.add_subplot(211)plt.plot(decday,temp, "b-")plt.plot(decday,tempf, "r-",linewidth=2)plt.ylabel("Temperature (oC)")plt.legend(["Original","Filtered"])plt.title("Temperature from LOBO (Halifax, Canada)")ax1.axes.get_xaxis().set_visible(False) ax1 = fig.add_subplot(212)plt.plot(decday,temp-tempf, "b-")plt.ylabel("Temperature (oC)")plt.xlabel("Date")plt.legend(["Residuals"])plt.savefig("tem_signal_filtering_plot.png", bbox_inches="tight")plt.show()

Example 4：三維地形（Python）

# This import registers the 3D projectionfrom mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D  from matplotlib import cbookfrom matplotlib import cmfrom matplotlib.colors import LightSourceimport matplotlib.pyplot as pltimport numpy as npfilename = cbook.get_sample_data("jacksboro_fault_dem.npz", asfileobj=False)with np.load(filename) as dem:    z = dem["elevation"]    nrows, ncols = z.shape    x = np.linspace(dem["xmin"], dem["xmax"], ncols)    y = np.linspace(dem["ymin"], dem["ymax"], nrows)x, y = np.meshgrid(x, y)region = np.s_[5:50, 5:50]x, y, z = x[region], y[region], z[region]fig, ax = plt.subplots(subplot_kw=dict(projection="3d"))ls = LightSource(270, 45)rgb = ls.shade(z, cmap=cm.gist_earth, vert_exag=0.1, blend_mode="soft")surf = ax.plot_surface(x, y, z, rstride=1, cstride=1, facecolors=rgb,                       linewidth=0, antialiased=False, shade=False)plt.savefig("example4.png",dpi=600, bbox_inches="tight")plt.show()

Example 5：三維地形，包含投影（Python）

Example 6：切片，多維數據同時展現（Python）

Example 7：SSH GIF 動圖展現（Matlab）

Example 8：Glider GIF 動圖展現（Python）

Example 9：渦度追蹤 GIF 動圖展現

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