[Python知识库]Python零基础速成班-第17讲-Python for Pandas Series对象，DataFrame对象和性质，统计分析及排序运

Python零基础速成班-第17讲-Python for Pandas Series对象，DataFrame对象和性质，统计分析及排序运

学习目标

1. Pandas Series对象
2. Pandas DataFrame对象
3. Pandas DataFrame性质
4. Pandas 统计分析及排序运算

友情提示：将下文中代码拷贝到JupyterNotebook中直接执行即可，部分代码需要连续执行。

1、Pandas Series对象

1.1 Pandas 介绍：

1. Pandas 是一种快速、强大、灵活且易于使用的开源数据分析和操作工具，构建在Python编程语言之上。
2. Pandas 名字衍生自术语 “panel data”（面板数据）和 “Python data analysis”（Python 数据分析）。
3. Pandas 一个强大的分析结构化数据的工具集，基础是 Numpy（提供高性能的矩阵运算）。
4. Pandas 可以从各种文件格式比如 CSV、JSON、SQL、Microsoft Excel 导入数据。
5. Pandas 可以对各种数据进行运算操作，比如归并、再成形、选择，还有数据清洗和数据加工特征。
6. Pandas 广泛应用在学术、金融、统计学等各个数据分析领域。

1.2 安装并引入Pandas 包，Anaconda中自带该包

在线安装命令：pip install pandas
清华镜像安装：pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple pandas
引入相关包：import pandas as pd

1.3 Pandas 数据结构

1. Pandas 的主要数据结构是 Series （一维数据）与 DataFrame（二维数据），这两种数据结构足以处理金融、统计、社会科学、工程等领域里的大多数典型用例。
2. Series 是一种类似于一维数组的对象，它由一组数据（各种Numpy数据类型）以及一组与之相关的数据标签（即索引）组成。
3. DataFrame 是一个表格型的数据结构，它含有一组有序的列，每列可以是不同的值类型（数值、字符串、布尔型值）。DataFrame 既有行索引也有列索引，它可以被看做由 Series 组成的字典（共同用一个索引）。

1.4 Pandas 部分优势：

1. 处理浮点与非浮点数据里的缺失数据，表示为 NaN。
2. 大小可变：插入或删除 DataFrame 等多维对象的列。
3. 自动、显式数据对齐：显式地将对象与一组标签对齐，也可以忽略标签，在 Series、DataFrame 计算时自动与数据对齐。
4. 强大、灵活的分组（group by）功能：拆分-应用-组合数据集，聚合、转换数据。
5. 把 Python 和 NumPy 数据结构里不规则、不同索引的数据轻松地转换为 DataFrame 对象。
6. 基于智能标签，对大型数据集进行切片、花式索引、子集分解等操作。
7. 直观地合并（merge）、连接（join）数据集。
8. 灵活地重塑（reshape）、透视（pivot）数据集。
9. 轴支持结构化标签：一个刻度支持多个标签。
10. 成熟的 IO 工具：读取文本文件（CSV 等支持分隔符的文件）、Excel 文件、数据库等来源的数据，利用超快的 HDF5 格式保存 / 加载数据。
11. 时间序列：支持日期范围生成、频率转换、移动窗口统计、移动窗口线性回归、日期位移等时间序列功能。

1.5 Series对象的创建

Series是一种类似于以为NumPy数组的对象，它由一组数据（各种NumPy数据类型）和与之相关的一组数据标签（即索引）组成的。可以用index和values分别规定索引和值。如果不规定索引，会自动创建 0 到 N-1 索引。

语法: pd.Series(data, index=index, dtype=dtype)

• data：数据，可以是列表，字典或Numpy数组
• index：索引，为可选参数
• dtype: 数据类型，为可选参数

1.5.1 用list列表创建

import pandas as pd
s = pd.Series([1, 3, 5, np.nan, 6, 8])
print(s)

0    1.0
1    3.0
2    5.0
3    NaN
4    6.0
5    8.0
dtype: float64

加入索引和数据类型

import pandas as pd
data = pd.Series([1.5, 3, 4.5, 6], index=["a", "b", "c", "d"], dtype="float")
data

a    1.5
b    3.0
c    4.5
d    6.0
dtype: float64

支持多种数据格式

import pandas as pd
data = pd.Series([1, 2, "3", 4], index=["A", "B", "C", "D"])
print(data)
print("索引A值：",data['A']," 类型是：",type(data['A']))
print("索引C值：",data['C']," 类型是：",type(data['C']))

A    1
B    2
C    3
D    4
dtype: object
索引A值： 1  类型是： <class 'int'>
索引C值： 3  类型是： <class 'str'>

数据类型可被强制改变

import pandas as pd
data = pd.Series([1, 2, "3", 4], index=["a", "b", "c", "d"], dtype=float)
data

a    1.0
b    2.0
c    3.0
d    4.0
dtype: float64

1.5.2 用一维numpy数组创建

import pandas as pd
import numpy as np
pd.Series(np.arange(0,10,2),index=list('abcde'))

a    0
b    2
c    4
d    6
e    8
dtype: int32

1.5.3 用字典创建

默认以键为index 值为key

import pandas as pd
population_dict = {"BeiJing": 2154,
                   "ShangHai": 2424,
                   "ShenZhen": 1303,
                   "HangZhou": 981 }
pd.Series(population_dict)    

BeiJing     2154
ShangHai    2424
ShenZhen    1303
HangZhou     981
dtype: int64

import pandas as pd
population = pd.Series(population_dict, index=["BeiJing", "HangZhou", "c", "d"])    
population

BeiJing     2154.0
HangZhou     981.0
c              NaN
d              NaN
dtype: float64

2、Pandas DataFrame对象

DataFrame 是带标签数据的多维数组。可以理解为它是一种表格型结构，含有一组有序的列，每一列可以是不同的数据类型。既有行索引，又有列索引。

2.1 DataFrame对象的创建

语法: pd.DataFrame(data, index=index, columns=columns)

• data：数据，可以是列表，字典或Numpy数组
• index：索引，为可选参数
• columns: 列标签，为可选参数

2.1.1 通过Series对象创建，并加入列名

import pandas as pd
population_dict = {"BeiJing": 2154,
                   "ShangHai": 2424,
                   "ShenZhen": 1303,
                   "HangZhou": 981 }

population = pd.Series(population_dict)    
pd.DataFrame(population,columns=["population"])

2.1.2 通过Series对象字典创建，数据有缺失的会自动补齐为NaN

import pandas as pd
population_dict = {"BeiJing": 2154,
                   "ShangHai": 2424,
                   "ShenZhen": 1303,
                   "HangZhou": 981 }

GDP_dict = {"BeiJing": 30320,
            "Chengdu": 32680,
            "ShenZhen": 24222,
            "HangZhou": 13468 }

population = pd.Series(population_dict)  
GDP = pd.Series(GDP_dict)
pd.DataFrame({"population": population,"GDP": GDP,"country": "China"})#Chengdu数据缺失，自动补齐NaN

2.1.3 通过字典列表对象创建

字典索引作为index，字典键作为columns

import pandas as pd
data = pd.DataFrame([{"num": i, "square": i**2} for i in range(1,5)])
print(data)
data1 = data["num"].copy()
print("复制某一列：\n",data1)
print("取某一个值：\n",data["square"][3])

   num  square
0    1       1
1    2       4
2    3       9
3    4      16
复制某一列：
 0    1
1    2
2    3
3    4
Name: num, dtype: int64
取某一个值：
 16

数据有缺失的会自动补齐为NaN

import pandas as pd
data = [{"a": 1, "b":1},{"b": 3, "c":4}]
pd.DataFrame(data)

2.1.4 通过Numpy二维数组创建

import pandas as pd
import numpy as np
data = np.random.randint(10, size=(3, 2))# 随机取10以内整数
pd.DataFrame(data, columns=["foo", "bar"], index=["a", "b", "c"])

3、Pandas DataFrame性质

3.1 DataFrame属性

import pandas as pd
population_dict = {"BeiJing": 2154,
                   "ShangHai": 2424,
                   "ShenZhen": 1303,
                   "HangZhou": 981 }

GDP_dict = {"BeiJing": 30320,
            "Chengdu": 32680,
            "ShenZhen": 24222,
            "HangZhou": 13468 }

population = pd.Series(population_dict)  
GDP = pd.Series(GDP_dict)

df = pd.DataFrame({"pop-column": population, "gdp-column": GDP})
df

df.values 返回numpy数组表示的数据

df.values

array([[ 2154., 30320.],
       [   nan, 32680.],
       [  981., 13468.],
       [ 2424.,    nan],
       [ 1303., 24222.]])

df.index 返回行索引

df.index

Index(['BeiJing', 'Chengdu', 'HangZhou', 'ShangHai', 'ShenZhen'], dtype='object')

df.columns 返回列名

df.columns

Index(['pop-column', 'gdp-column'], dtype='object')

df.shape 返回数组形状

df.shape

(5, 2)

df.size 返回数组大小

df.size

10

df.dtypes 返回每列数据类型

df.dtypes

pop-column    float64
gdp-column    float64
dtype: object

3.2 DataFrame索引

import pandas as pd
population_dict = {"BeiJing": 2154,
                   "ShangHai": 2424,
                   "ShenZhen": 1303,
                   "HangZhou": 981 }

GDP_dict = {"BeiJing": 30320,
            "Chengdu": 32680,
            "ShenZhen": 24222,
            "HangZhou": 13468 }

population = pd.Series(population_dict)  
GDP = pd.Series(GDP_dict)

data = pd.DataFrame({"pop-column": population, "gdp-column": GDP})
data

3.2.1 获取列，data[“列名”]

data["pop-column"]

BeiJing     2154.0
Chengdu        NaN
HangZhou     981.0
ShangHai    2424.0
ShenZhen    1303.0
Name: pop-column, dtype: float64

获取多列

data[["gdp-column", "pop-column"]]

3.2.2 通过行名获取行，data.loc[“索引名”]

data.loc["BeiJing"]

pop-column     2154.0
gdp-column    30320.0
Name: BeiJing, dtype: float64

通过行名获取多行

data.loc[["BeiJing", "HangZhou"]]

3.2.3 通过索引获取行，data.iloc[索引]

data.iloc[0]

pop-column     2154.0
gdp-column    30320.0
Name: BeiJing, dtype: float64

通过索引获取多行

data.iloc[[1, 3]]

3.2.4 通过行列名获取坐标值(标量)，data[“行名”,“列名”]

data.loc["BeiJing", "pop-column"]

2154.0

3.2.5 通过行列索引获取坐标值(标量)，data[行索引,列索引] 或者通过data.values[行索引][列索引]，两种方式均可

data.iloc[0, 1]

30320.0

data.values[0][1]

30320.0

3.3 DataFrame切片

通过Numpy二维数组创建一个DataFrame，索引为日期，列为ABCD，数据为随机24个数字。

import pandas as pd
import numpy as np
dates = pd.date_range(start='2019-01-01', periods=6)# 索引
df = pd.DataFrame(np.random.randn(6,4), index=dates, columns=["A", "B", "C", "D"])
df

3.3.1 通过索引名对行切片，df[“索引名开始”: “索引名结束”]

df["2019-01-01": "2019-01-03"]

3.3.2 通过绝对索引对行切片，df.loc[“索引名开始”: “索引名结束”]

df.loc["2019-01-01": "2019-01-03"]# 绝对索引

3.3.3 通过相对索引对行切片，df.iloc[索引开始: 索引结束]

df.iloc[0: 2]

3.3.4 通过列名对列切片，df.loc[:, “列名开始”: “列名结束”]

df.loc[:, "A": "C"]

3.3.4 通过列索引对列切片，df.loc[:, “列名索引开始”: “列名索引结束”]

df.iloc[:, 0: 3]

3.3.5 多样化取值(行列同时切片)，df.loc[“索引名开始”:“索引名结束”, “列名开始”: “列名结束”]

df.loc["2019-01-02": "2019-01-03", "C":"D"]

3.3.6 多样化取值(行列同时切片)，df.iloc[“索引开始”:“索引结束”, “列索引开始”: “列索引结束”]

df.iloc[1: 3, 2:]

3.3.7 多样化取值，df.loc[[“索引名”,“索引名”…], [“列名”, “列名”…]]

df.loc[["2019-01-02", "2019-01-06"], ["C","D"]]

3.3.8 多样化取值，df.iloc[[“索引”,“索引”…], [“列索引”, “列索引”…]]

df.iloc[[1, 5], [0, 3]]

3.3.9 混合多样化取值

df.loc["2019-01-04": "2019-01-06", ["A", "C"]]

df.iloc[3:, [0, 2]]

3.4 DataFrame布尔索引

import pandas as pd
import numpy as np
dates = pd.date_range(start='2019-01-01', periods=6)# 索引
df = pd.DataFrame(np.random.randn(6,4), index=dates, columns=["A", "B", "C", "D"])
df

判断数据 > 0，是则True，否则False

df > 0

将df > 0的数据取出来

df[df > 0]

判断A列 > 0，是则True，否则False

df.A > 0

2019-01-01     True
2019-01-02     True
2019-01-03     True
2019-01-04    False
2019-01-05     True
2019-01-06    False
Freq: D, Name: A, dtype: bool

输入A列 > 0的数据

df[df.A > 0]

拷贝数据并增加一列

df2 = df.copy()
df2['E'] = ['one', 'one', 'two', 'three', 'four', 'three']
df2

isin( )方法表示接受一个列表，判断该列中元素是否在列表中。

ind = df2["E"].isin(["two", "four"])
ind  

2019-01-01    False
2019-01-02    False
2019-01-03     True
2019-01-04    False
2019-01-05     True
2019-01-06    False
Freq: D, Name: E, dtype: bool

将满足条件的行数据取出来

df2[ind]

3.5 DataFrame赋值

import pandas as pd
import numpy as np
dates = pd.date_range(start='2019-01-01', periods=3)# 索引
df = pd.DataFrame(np.random.randn(3,4), index=dates, columns=["A", "B", "C", "D"])
#创建一个Series用于填充列数据
s1 = pd.Series([1, 2, 3, 4], index=pd.date_range('20190101', periods=4))
s1

2019-01-01    1
2019-01-02    2
2019-01-03    3
2019-01-04    4
Freq: D, dtype: int64

将整列数据根据索引 index赋值到 DataFrame中

注意，index不一致的将不会被赋值填充，如下例，"2019-01-04 4"的数据将不会被填充到数组中

df["E"] = s1
df

根据行名和列名对坐标位置赋值

df.loc["2019-01-01", "A"] = 0
df

根据行索引和列索引对坐标位置赋值，如下列为第1行第2列

df.iloc[0, 1] = 1
df

将某列整体赋值为统一值

df["D"] = np.array([5]*len(df)) # 可简化成df["D"] = 5
df

修改 index

df.index = [i for i in range(len(df))]
df

修改 columns，df.shape[0] 表示二维数组的行数，df.shape[1] 表示二维数组的列数

df.columns = [i for i in range(df.shape[1])]
df

4、Pandas 统计分析及排序运算

4.1 数据的查看

import pandas as pd
import numpy as np
dates = pd.date_range(start='2019-01-01', periods=6)
df = pd.DataFrame(np.random.randn(6,4), index=dates, columns=["A", "B", "C", "D"])
df

查看前面的行,默认5行

df.head()

df.head(2)

查看后面的行,默认5行

df.tail(3) 

查看总体信息

主要介绍数据集各列的数据类型，是否为空值，内存占用情况

df.info()

<class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
DatetimeIndex: 6 entries, 2019-01-01 to 2019-01-06
Freq: D
Data columns (total 4 columns):
 #   Column  Non-Null Count  Dtype  
---  ------  --------------  -----  
 0   A       6 non-null      float64
 1   B       6 non-null      float64
 2   C       6 non-null      float64
 3   D       5 non-null      float64
dtypes: float64(4)
memory usage: 240.0 bytes

4.2 Numpy通用函数同样适用于Pandas

import pandas as pd
import numpy as np
x = pd.DataFrame(np.arange(11,15).reshape(1, 4))
x

向量化运算

x+5

np.exp(x)

import pandas as pd
import numpy as np
y = pd.DataFrame(np.arange(4,8).reshape(1, 4))
y

元素相乘，即按位相乘

x*y

import pandas as pd
import numpy as np
np.random.seed(42)
x1 = pd.DataFrame(np.random.randint(10, size=(4, 4)),columns=["a","b","c","d"],index=np.arange(1,5))
x1

转置

z = x1.T
z

import pandas as pd
import numpy as np
np.random.seed(1)
y1 = pd.DataFrame(np.random.randint(10, size=(4, 4)),columns=["a","b","c","d"],index=np.arange(1,5))
y1

矩阵相乘，即A @ B或者A.dot(B)

import pandas as pd
import numpy as np
np.random.seed(3)
c = pd.DataFrame(np.random.randint(5, size=(2, 2)))
c

import pandas as pd
import numpy as np
np.random.seed(4)
d = pd.DataFrame(np.random.randint(5, size=(2, 2)))
d

c.dot(d)

使用%timeit查询矩阵相乘的效率

%timeit c.dot(d)#查询效率

115 μs ± 16.8 μs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10000 loops each)

%timeit np.dot(c, d)

34 μs ± 10.1 μs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10000 loops each)

执行相同运算，Numpy与Pandas的对比
一般来说，纯粹的计算在Numpy里执行的更快
Numpy更侧重于计算，Pandas更侧重于数据处理

4.3 索引对齐

import pandas as pd
import numpy as np
A = pd.DataFrame(np.random.randint(0, 10, size=(2, 2)), columns=list("AB"))
A

import pandas as pd
import numpy as np
B = pd.DataFrame(np.random.randint(0, 10, size=(3, 3)), columns=list("ABC"))
B

pandas会自动对齐两个对象的索引，没有的值用np.nan表示

A+B

缺省值也可用fill_value来填充(将补集填充到数组中)， fill_value=0即为补集值+0，fill_value=0即为补集值+1

A.add(B, fill_value=0)

4.4 去重及统计

import pandas as pd
import numpy as np
e = np.random.randint(3, size=8)
e

array([1, 2, 2, 0, 2, 2, 1, 0])

去重复

np.unique(e)

array([0, 1, 2])

f = pd.DataFrame(e, columns=["A"])
f

np.unique(f)

array([0, 1, 2])

统计列名出现的次数

from collections import Counter
Counter(f)

Counter({'A': 1})

统计A列每个元素出现次数

f["A"].value_counts()

2    4
1    2
0    2
Name: A, dtype: int64

4.5 排序运算

import pandas as pd
import numpy as np
population_dict = {"BeiJing": 2154,
                   "ShangHai": 2424,
                   "ShenZhen": 1303,
                   "HangZhou": 981 }
population = pd.Series(population_dict) 

GDP_dict = {"BeiJing": 30320,
            "ShangHai": 32680,
            "ShenZhen": 24222,
            "HangZhou": 13468 }
GDP = pd.Series(GDP_dict)

city_info = pd.DataFrame({"population": population,"GDP": GDP})
city_info

将运算结果写入新的列中

city_info["per_GDP"] = city_info["GDP"]/city_info["population"]
city_info

递增排序，语法：data.sort_values(by=“排序字段”,ascending=True(默认))

city_info.sort_values(by="per_GDP",ascending=True)

递减排序，语法：data.sort_values(by=“排序字段”,ascending=False)

city_info.sort_values(by="per_GDP", ascending=False)

import pandas as pd
import numpy as np
data = pd.DataFrame(np.random.randint(20, size=(3, 4)), index=[2, 1, 0], columns=list("CBAD"))
data

行排序，语法：data.sort_index()

data.sort_index()

列排序，语法：data.sort_index(axis=1)

data.sort_index(axis=1)

列降序排列

data.sort_index(axis=1, ascending=False)

4.6 统计方法

import pandas as pd
import numpy as np
df = pd.DataFrame(np.random.normal(2, 4, size=(6, 4)),columns=list("ABCD"))
df

统计每一列非空个数，语法：df.count()

df.count()

A    6
B    6
C    6
D    6
dtype: int64

按列求和(跨行)，语法：df.sum()

df.sum()

A     3.008684
B    12.229387
C     5.595246
D     5.395181
dtype: float64

按行求和(跨列)，语法：df.sum(axis=1)

df.sum(axis=1)

0    -0.255426
1     4.247479
2     7.387489
3    17.086856
4    -5.689272
5     3.451372
dtype: float64

列最小值(跨行)，语法：df.min()

df.min()

A   -1.788804
B   -4.238557
C   -2.657330
D   -2.986037
dtype: float64

行最大值(跨列)，语法：df.max(axis=1)

df.max(axis=1)

0    2.820545
1    2.962674
2    4.007714
3    8.359345
4    1.073369
5    5.545772
dtype: float64

列最大值(跨行)的index，语法：df.idxmax()

df.idxmax()

A    3
B    3
C    2
D    1
dtype: int64

求列平均值(跨行)，语法：df.mean()

df.mean()

A    0.501447
B    2.038231
C    0.932541
D    0.899197
dtype: float64

求行平均值(跨列)，语法：df.mean(axis=1)

df.mean(axis=1)

0   -0.063856
1    1.061870
2    1.846872
3    4.271714
4   -1.422318
5    0.862843
dtype: float64

求列方差(跨行)，语法：df.var()

df.var()

A     4.793550
B    19.414161
C     6.916080
D     6.091489
dtype: float64

求列标准差(跨行)，语法：df.std()

df.std()

A    2.189418
B    4.406150
C    2.629844
D    2.468094
dtype: float64

求列中位数(跨行)，语法：df.median()

df.median()

A    0.193830
B    1.285903
C    1.671406
D    1.892319
dtype: float64

将DataFrame对象转化为Numpy数组对象，语法：df.to_numpy()

df.to_numpy()

array([[-1.29918381, -4.2385569 ,  2.46177046,  2.82054459],
       [ 1.50693372,  1.49843756, -1.72056689,  2.96267444],
       [ 2.23453984, -0.00898034,  4.00771412,  1.15421545],
       [ 3.47447198,  8.35934524,  2.62261641,  2.63042244],
       [-1.11927344,  1.0733692 , -2.65733046, -2.98603696],
       [-1.78880426,  5.54577214,  0.88104242, -1.18663862]])

介绍数据集各列的数据统计情况(最大值、最小值、标准偏差、分位数等等)，语法：df.describe()

df.describe()

5、上一讲Python零基础速成班-第16讲-Python for Matplotlib 线图、散点图、柱形图、饼图 课后作业及答案

1、完成一个简单的单线条图满足以下要求：

公式： $f(x)=si{n}^2(x?2)e^{?x^2}$

要求：

1. 将[0,2]等分30次写入x轴，使用上述公式得出y轴值
2. 标题为公式(公式显示用法请自行搜索)，X轴label为 asis-X，Y轴label为 asis-Y
3. 线条样式要求：黑色、破折线、粗细2
4. 其他样式要求：X轴Y轴标签单独定义font：均为darkred色，字体大小15，X轴标签左对齐，Y轴标签靠上对齐
5. 加入灰色网格线，粗细1，垂直于x轴

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
x = np.linspace(0,2,30)
y = (np.sin(x-2))**2 * np.exp(-(x**2))
plt.plot(x,y,'k--',linewidth=2)
fontaxis = {"color":"darkred","size":15}
plt.xlabel("asis-X",fontdict=fontaxis,loc="left")
plt.ylabel("asix-Y",fontdict=fontaxis,loc="top")
plt.title("$ f(x) = sin^2(x - 2)e^{ -x^2} $")
plt.grid(color="grey",linewidth=1,axis="x")
plt.show()

2、完成一个简单的多线条图满足以下要求：

1. 将[0,2]等分100次写入x轴，y轴分别为x，x平方，x立方
2. 在一张画布中展示出三个线条x(蓝色)，x平方(橙色)，x立方(绿色)
3. 三条曲线图例标题"linear"，“quadratic”，“cubic”
4. x轴命名x-label，y轴命名y-label，标题为Simple Plot，画布大小8 * 5

提示:

1. 使用plt.figure(figsize=(8,5))定义画布大小
2. 使用plt.legend()显示图例标题

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
x = np.linspace(0,2,100)
plt.figure(figsize=(8,5))
plt.plot(x,x,label="linear",color="blue")
plt.plot(x,x**2,label="quadratic",color="orange")
plt.plot(x,x**3,label="cubic",color="green")
plt.xlabel("x-label")
plt.ylabel("y-label")
plt.title("Simple Plot")
plt.legend()
plt.show()

3、使用面向对象写法fig,ax =plt.subplots()绘制多图满足以下要求：

1. 完成一个2行1列子画布图形上下展示，画布整体大小8 * 8，上图数据来源于x,y和x,w，下图数据来源于x,z，整体共享x轴
2. x轴为[0,0.5]按0.01递增的数组，y轴为公式$cos(2?\pi ?x)$，z轴为range(len(x))，w轴为公式$cos(1.5?\pi ?x)$
3. 上图中x,y图例标题为2pi，x,w图例标题为1.5pi，下图中线条颜色为红色

提示：

1. 子画布可以使用fig,ax = subplots()，ax[0],ax[1],ax[3]…的方式展现或fig,(ax1,ax2,ax3…) = subplots()，ax1,ax2,ax3…的方式展现
2. 定义画布大小可以在plt.subplots()中使用figsize=(m,n)参数
3. 显示图例仍然使用legend()

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
x = np.arange(0.0,5,0.01)
y = np.cos(2*np.pi*x)
z = np.array(range(len(x)))
w = np.cos(1.5*np.pi*x)
fig,ax=plt.subplots(2,1,figsize=(8,8),sharex=True)
ax[0].plot(x,y,label="2pi")
ax[0].plot(x,w,label="1.5pi")
ax[0].legend()
ax[1].plot(x,z,color ="red")
plt.show()

4、使用面向对象写法fig,ax =plt.subplots()绘制多图满足以下要求：

1. 完成一个1行2列子画布图形左右展示，左图为线图，右图为散点图，画布整体大小10 * 4，数据data1~4来源于4组0-1随机取样100个
2. 左图直接输出四组数据，分别使用点状o、菱形d、倒三角v、正方形s，显示图例标题data1 data2 data3 data4，标题为My Plot
3. 右图x轴为data1，y轴为data2，颜色为data3(0-100)，大小为data4(0-900)，透明度0.4，需要输出渐变色条，标题为My Scatter

提示：

1. 数据定义可以使用data1, data2, data3, data4 = np.random.rand(4, 100)
2. 左图画布输出可以使用ax1.plot(data1,“o”,label=“data1”) ax2.plot(data2,“d”,label=“data2”)…
3. 右图颜色定义可以使用colors = data3 * 100，大小定义可以使用sizes = (data4 * 30) ** 2
4. 右图画布输出可以使用ax2array = ax2.scatter(data1,data2,s=sizes,c=colors)
5. 输出渐变色条可以使用fig.colorbar(ax2array)

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
data1, data2, data3, data4 = np.random.rand(4, 100)
#左图
fig,(ax1,ax2) = plt.subplots(1,2,figsize=(10,4))
ax1.plot(data1,"o",label="data1")
ax1.plot(data2,"d",label="data2")
ax1.plot(data3,"v",label="data3")
ax1.plot(data4,"s",label="data4")
ax1.legend()
ax1.set_title("My Plot")
#右图
colors = data3*100
sizes = (data4*30)**2
ax2array = ax2.scatter(data1,data2,s=sizes,c=colors)
fig.colorbar(ax2array)
ax2.set_title("My Scatter")
plt.show()

5、完成A公司销售数据柱状图满足以下要求：

1. 销售数据为
   data = {‘Barton LLC’: 109438.50,
   ‘Frami, Hills and Schmidt’: 103569.59,
   ‘Fritsch, Russel and Anderson’: 112214.71,
   ‘Jerde-Hilpert’: 112591.43,
   ‘Keeling LLC’: 100934.30,
   ‘Koepp Ltd’: 103660.54,
   ‘Kulas Inc’: 137351.96,
   ‘Trantow-Barrows’: 123381.38,
   ‘White-Trantow’: 135841.99,
   ‘Will LLC’: 104437.60}

2. 横向，x轴为销售额，y轴为分公司名
   销售额 group_data = list(data.values())
   分公司名 group_names = list(data.keys())
   销售平均值 group_mean = np.mean(group_data)

3. 标题为Company Revenue

4. 显示平均线，红色，虚线

5. 分公司名为’Jerde-Hilpert’,‘Koepp Ltd’,'White-Trantow’的在y轴右侧显示注释文本"New Comany"

提示：

1. 平均线设置可以使用plt.axvline(group_mean,color=“red”,linestyle=“–”)
2. 在y轴右侧显示注释文本可以使用下列语法：
   for group in [3,5,8]:
   plt.text(145000,group,“New Company”)

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
data = {'Barton LLC': 109438.50,
        'Frami, Hills and Schmidt': 103569.59,
        'Fritsch, Russel and Anderson': 112214.71,
        'Jerde-Hilpert': 112591.43,
        'Keeling LLC': 100934.30,
        'Koepp Ltd': 103660.54,
        'Kulas Inc': 137351.96,
        'Trantow-Barrows': 123381.38,
        'White-Trantow': 135841.99,
        'Will LLC': 104437.60}
group_data = list(data.values())
group_names = list(data.keys())
group_mean = np.mean(group_data)#平均值
plt.barh(group_names,group_data)
plt.title("Company Revenue")
plt.axvline(group_mean,color="red",linestyle="--")
for group in [3,5,8]: 
    plt.text(145000,group,"New Company")
plt.show()

6、完成西南5省2021GDP饼状图满足以下要求：

1. GDP数据为
   data = {‘四川省’: 53850,
   ‘重庆市’: 27894,
   ‘云南省’: 27146,
   ‘贵州省’: 19568,
   ‘西藏自治区’: 2000}

2. 省份及gdp
   province = list(data.keys())
   gdp = list(data.values())

3. 饼状图标签为省份名字，标题为"西南5省2021GDP统计"

4. 输出百分比%.2f%%，重庆市突出显示，突出距离0.1

5. 字体均为黑体

提示：

1. 设置全局字体可使用 plt.rcParams[‘font.family’]=[‘SimHei’]

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
data = {'四川省': 53850,
        '重庆市': 27894,
        '云南省': 27146,
        '贵州省': 19568,
        '西藏自治区': 2000
             }
gdp = list(data.values())
province = list(data.keys())
plt.rcParams['font.family']=['SimHei']
plt.pie(gdp,
        labels=province,
        explode=(0,0.1,0,0,0),
        autopct="%.2f%%"
       )
plt.title("西南5省2021GDP统计")
plt.show()