作者：Peter

整理：Lemon

桑基圖繪制實(shí)踐

本文中介紹的是如何制作桑基圖，使用的可視化庫(kù)是強(qiáng)大的 Pyecharts (版本1.7.1，版本一致很重要)。文章將從如下幾個(gè)方面進(jìn)行介紹：

• 什么是桑基圖

• 官網(wǎng)的兩個(gè) demo

• 桑基圖繪制項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)

在開始之前，我們先來(lái)看看通過(guò)本文制作的最終效果圖：

什么是桑基圖？

桑基圖（桑葚圖），也叫桑基能量分流圖或者桑基能量平衡圖，里面的桑基其實(shí)是一個(gè)人名，全名是 馬修·亨利·菲尼亞斯·里爾·桑基（Matthew Henry Phineas Riall Sankey） ，是一名愛(ài)爾蘭裔工程師，也是英國(guó)皇家陸軍工兵的上尉^[1]。

早在 1898 年的時(shí)候，他就使用這種圖形來(lái)表示蒸汽機(jī)的能源效率：

桑基之后，桑基圖逐漸成為科學(xué)和工程領(lǐng)域，代表平衡、能量流、物質(zhì)流的標(biāo)準(zhǔn)模型，在一些產(chǎn)品的生命周期評(píng)估中也常被使用，通常應(yīng)用于能源、材料成分、金融等數(shù)據(jù)的可視化分析。主要特點(diǎn)是：

• 圖形由邊、流量和支點(diǎn)組成。邊代表了流動(dòng)的數(shù)據(jù)，流量代表了流動(dòng)數(shù)據(jù)的具體數(shù)值，節(jié)點(diǎn)代表了不同分類

• 始末端的分支寬度總和相等，即所有主支寬度的總和應(yīng)與所有分出去的分支寬度的總和相等，保持能量的平衡。

官網(wǎng)demo

本文中使用的Pyecharts版本是1.7.1，版本的一致非常重要。

import?pyecharts pyecharts.__version__

demo_1

首先我們看看官網(wǎng)的第一個(gè)demo：

from?pyecharts?import?options?as?opts from?pyecharts.charts?import?Sankeynodes?=?[???#?所有節(jié)點(diǎn)名稱{"name":?"category1"},{"name":?"category2"},{"name":?"category3"},{"name":?"category4"},{"name":?"category5"},{"name":?"category6"}, ]links?=?[??#?每一條鏈路的數(shù)據(jù)，包含：父節(jié)點(diǎn)source +?子節(jié)點(diǎn)target +?數(shù)據(jù)值value{"source":?"category1",?"target":?"category2",?"value":?10},???{"source":?"category2",?"target":?"category3",?"value":?15},{"source":?"category3",?"target":?"category4",?"value":?20},{"source":?"category5",?"target":?"category6",?"value":?25}, ] c?=?(Sankey().add("sankey",nodes,links,linestyle_opt=opts.LineStyleOpts(opacity=0.2,?curve=0.5,?color="source"),label_opts=opts.LabelOpts(position="right"),).set_global_opts(title_opts=opts.TitleOpts(title="Sankey-基本示例"))#??.render("sankey_base.html")????生成HTML文件 )c.render_notebook()???#?jupyter?notebook中在線顯示

在上面的代碼中，nodes部分表示的是所有的節(jié)點(diǎn)名稱，不管是父節(jié)點(diǎn)還是最小的子節(jié)點(diǎn)都要列出來(lái)；links部分表示的是每條鏈路的數(shù)據(jù)，包含：父節(jié)點(diǎn)source + 子節(jié)點(diǎn)target + 數(shù)據(jù)值value。根據(jù)links的數(shù)據(jù)，我們可以發(fā)現(xiàn)：category1——-category2———category3———category4構(gòu)成了一條完整的鏈路，category5—category6構(gòu)成了另一條鏈路。

下面是最終的圖形：

demo_2

接下來(lái)我們看看官網(wǎng)的第二個(gè)demo：

import?jsonfrom?pyecharts?import?options?as?opts from?pyecharts.charts?import?Sankeywith?open("product.json",?"r",?encoding="utf-8")?as?f:???#?導(dǎo)入json數(shù)據(jù)j?=?json.load(f)????#?json數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成字典數(shù)據(jù) c?=?(Sankey().add("sankey",nodes=j["nodes"],???#?取出json數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)和鏈路數(shù)據(jù)links=j["links"],pos_top="10%",focus_node_adjacency=True,levels=[opts.SankeyLevelsOpts(depth=0,itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#fbb4ae"),linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source",?opacity=0.6),),opts.SankeyLevelsOpts(depth=1,itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#b3cde3"),linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source",?opacity=0.6),),opts.SankeyLevelsOpts(depth=2,itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#ccebc5"),linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source",?opacity=0.6),),opts.SankeyLevelsOpts(depth=3,itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#decbe4"),linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source",?opacity=0.6),),],linestyle_opt=opts.LineStyleOpts(curve=0.5),).set_global_opts(title_opts=opts.TitleOpts(title="Sankey-Level?Settings"),tooltip_opts=opts.TooltipOpts(trigger="item",?trigger_on="mousemove"),) #????.render("sankey_with_level_setting.html") )c.render_notebook()???#?在線顯示

• 讀取本地的json數(shù)據(jù)，通過(guò)josn.load()讀取轉(zhuǎn)成Python字典

• 取出json數(shù)據(jù)中的節(jié)點(diǎn)和鏈路數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖

桑基圖繪制實(shí)踐

原始數(shù)據(jù)整理

通過(guò)上面官網(wǎng)的例子我們明白了繪制桑基圖需要的兩個(gè)數(shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)+鏈路數(shù)據(jù)，下面????通過(guò)一個(gè)實(shí)際的案例來(lái)講解如何生成繪制桑基圖需要的數(shù)據(jù)

認(rèn)識(shí)原始數(shù)據(jù)

Peter同學(xué)一個(gè)人在深圳搬磚，辛辛苦苦地搬了一個(gè)月，產(chǎn)生很多的開銷????，這些開支主要分成5大塊：

• 住宿

• 餐飲

• 交通

• 服裝

• 紅包

每個(gè)部分又分別有不同的去向，所以這些數(shù)據(jù)就自然構(gòu)成了一條條的鏈路，比如：總費(fèi)用—住宿—房租（2000），總費(fèi)用—交通—滴滴（220）等，我們只考慮兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系

分層級(jí)整理數(shù)據(jù)

1、接下來(lái)我們分不同的層級(jí)來(lái)整理原始數(shù)據(jù)，首先是第一層：總費(fèi)用到5個(gè)子版塊。算出每個(gè)子版塊的總和

2、整理5個(gè)子版塊的數(shù)據(jù)

3、我們將上面兩個(gè)步驟得到的數(shù)據(jù)放入一個(gè)sheet中，命名為開支：

桑基圖數(shù)據(jù)生成

讀取數(shù)據(jù)

首先我們將上面制作好的開支這份數(shù)據(jù)讀到pandas中：

import?pandas?as?pd import?numpy?as?np import?json#?等價(jià)于：data = pd.read_excel("life.xlsx",sheet_name=1)? 1表示sheet_name的索引位置，索引從0開始 df?=?pd.read_excel("life.xlsx",sheet_name="開支")??#?直接寫名字 df.head()

注意兩點(diǎn)：

當(dāng)一個(gè)表格中存在多個(gè)sheet的時(shí)候，我們需要指定sheet_name的名字

指定sheet_name的名字有兩種方式：

直接指定名字

指定該sheet_name的位置索引

確定全部節(jié)點(diǎn)nodes

1、先找出全部的節(jié)點(diǎn)

所有的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)就是上面的父類和子類中去重后的元素，我們使用集合set進(jìn)行去重，再轉(zhuǎn)成列表

#?父類+子類中的數(shù)據(jù)，需要去重df['父類'].tolist() df['子類'].tolist()

將上面的數(shù)據(jù)相加并且去重：

#?將兩個(gè)列表相加，在轉(zhuǎn)成集合set進(jìn)行元素去重，再轉(zhuǎn)成列表nodes?=?list(set(df['父類'].tolist()?+?df['子類'].tolist()))? nodes

2、生成節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)

#?節(jié)點(diǎn)列表數(shù)據(jù):?nodes_listnodes_list?=?[] for?i?in?nodes:dic?=?{}dic["name"]?=?inodes_list.append(dic) nodes_list

生成鏈路數(shù)據(jù)

我們將導(dǎo)入的數(shù)據(jù)生成鏈路數(shù)據(jù)：每一行記錄都是一個(gè)鏈路數(shù)據(jù)：

links_list?=?[]for?i?in?range(len(df)):dic?=?{}dic['source']?=?df.iloc[i,0]??#?父類dic['target']?=?df.iloc[i,1]??#?子類dic['value']?=?int(df.iloc[i,2])???#?數(shù)據(jù)值?:?使用int函數(shù)直接強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，防止json.dump()報(bào)錯(cuò)links_list.append(dic)

Attention??：導(dǎo)入的數(shù)據(jù)部分需要強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成int類型，防止后面的數(shù)據(jù)處理報(bào)錯(cuò)。

到此為止，我們已經(jīng)完成了桑葚圖中節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和鏈路數(shù)據(jù)的生成，下面開始繪圖。

繪制桑基圖

我們通過(guò)官網(wǎng)的2種不同方式來(lái)繪制桑基圖

方式1

這種方式比較簡(jiǎn)單：直接將上面得到的nodes_list和links_list整體放入繪圖的代碼中：

#?需要事先導(dǎo)入，否則jupyter?notebook中可能不會(huì)出圖 from?pyecharts.globals?import?CurrentConfig,?OnlineHostType from?pyecharts?import?options?as?opts??#?圖形設(shè)置 from?pyecharts.charts?import?Sankey????#?導(dǎo)入桑基圖型的類nodes_list?=?[{'name':?'圍巾'},{'name':?'長(zhǎng)輩'},{'name':?'網(wǎng)絡(luò)費(fèi)'},{'name':?'服裝'},{'name':?'公交'},{'name':?'同學(xué)'},{'name':?'襪子'},{'name':?'總費(fèi)用'},{'name':?'衣服'},{'name':?'紅包'},{'name':?'交通'},{'name':?'聚餐'},{'name':?'滴滴'},{'name':?'餐飲'},{'name':?'管理費(fèi)'},{'name':?'水電'},{'name':?'共享單車'},{'name':?'外賣'},{'name':?'房租'},{'name':?'住宿'},{'name':?'飲料'},{'name':?'鞋子'},{'name':?'地鐵'} ]links_list?=?[{'source':?'總費(fèi)用',?'target':?'住宿',?'value':?2580},{'source':?'總費(fèi)用',?'target':?'餐飲',?'value':?1300},{'source':?'總費(fèi)用',?'target':?'交通',?'value':?500},{'source':?'總費(fèi)用',?'target':?'服裝',?'value':?900},{'source':?'總費(fèi)用',?'target':?'紅包',?'value':?1300},{'source':?'住宿',?'target':?'房租',?'value':?2000},{'source':?'住宿',?'target':?'水電',?'value':?400},{'source':?'住宿',?'target':?'管理費(fèi)',?'value':?100},{'source':?'住宿',?'target':?'網(wǎng)絡(luò)費(fèi)',?'value':?80},{'source':?'餐飲',?'target':?'外賣',?'value':?800},{'source':?'餐飲',?'target':?'聚餐',?'value':?300},{'source':?'餐飲',?'target':?'飲料',?'value':?200},{'source':?'交通',?'target':?'滴滴',?'value':?220},{'source':?'交通',?'target':?'地鐵',?'value':?150},{'source':?'交通',?'target':?'公交',?'value':?80},{'source':?'交通',?'target':?'共享單車',?'value':?50},{'source':?'服裝',?'target':?'衣服',?'value':?400},{'source':?'服裝',?'target':?'鞋子',?'value':?300},{'source':?'服裝',?'target':?'圍巾',?'value':?150},{'source':?'服裝',?'target':?'襪子',?'value':?50},{'source':?'紅包',?'target':?'同學(xué)',?'value':?800},{'source':?'紅包',?'target':?'長(zhǎng)輩',?'value':?500} ]c?=?(Sankey().add("月度開支",nodes_list,links_list,linestyle_opt=opts.LineStyleOpts(opacity=0.5,?curve=0.5,?color="source"),label_opts=opts.LabelOpts(position="right"),).set_global_opts(title_opts=opts.TitleOpts(title="月度開支桑葚圖")) )c.render_notebook()

得到的桑基圖在notebook中是動(dòng)態(tài)的圖形：

動(dòng)態(tài)視頻效果如下：

方式2

如果數(shù)據(jù)比較少，將nodes_list和links_list放入繪圖的代碼中不會(huì)占據(jù)過(guò)多的空間；但是如果數(shù)據(jù)量大，不同鏈路種類多，全部放在整個(gè)繪圖代碼中，就會(huì)顯得整個(gè)代碼很臃腫。

于是產(chǎn)生了方式2：先將上面得到的nodes_list和links_list生成一個(gè)json文件，再將json文件通過(guò)with方法讀進(jìn)來(lái)進(jìn)行繪圖。下面講解如何通過(guò)得到的nodes_list和links_list數(shù)據(jù)生成我們繪圖需要的json數(shù)據(jù)。

json格式的數(shù)據(jù)，在python中以字符串的形式呈現(xiàn)，一定要用雙引號(hào)括起來(lái)。json模塊中提供的4個(gè)功能：

• dumps：python字典數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)成json數(shù)據(jù)類型的字符串

• dump：字典數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成字符串并且存儲(chǔ)在文件中

• loads：把json字符串轉(zhuǎn)成字典數(shù)據(jù)類型

• load：把文件打開，并且從字符串轉(zhuǎn)換成字典數(shù)據(jù)類型

1、先生成字典數(shù)據(jù)

data_dic?=?{}data_dic["nodes"]?=?nodes_list data_dic["links"]?=?links_list

得到的字典data_dic數(shù)據(jù)分為節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和鏈路數(shù)據(jù)，具體如下：

{'nodes':?[{'name':?'圍巾'},???#?節(jié)點(diǎn)部分?jǐn)?shù)據(jù){'name':?'長(zhǎng)輩'},{'name':?'網(wǎng)絡(luò)費(fèi)'},{'name':?'服裝'},{'name':?'公交'},{'name':?'同學(xué)'},{'name':?'襪子'},{'name':?'總費(fèi)用'},{'name':?'衣服'},{'name':?'紅包'},{'name':?'交通'},{'name':?'聚餐'},{'name':?'滴滴'},{'name':?'餐飲'},{'name':?'管理費(fèi)'},{'name':?'水電'},{'name':?'共享單車'},{'name':?'外賣'},{'name':?'房租'},{'name':?'住宿'},{'name':?'飲料'},{'name':?'鞋子'},{'name':?'地鐵'}],'links':?[{'source':?'總費(fèi)用',?'target':?'住宿',?'value':?2580},??#?鏈路部分?jǐn)?shù)據(jù){'source':?'總費(fèi)用',?'target':?'餐飲',?'value':?1300},{'source':?'總費(fèi)用',?'target':?'交通',?'value':?500},{'source':?'總費(fèi)用',?'target':?'服裝',?'value':?900},{'source':?'總費(fèi)用',?'target':?'紅包',?'value':?1300},{'source':?'住宿',?'target':?'房租',?'value':?2000},{'source':?'住宿',?'target':?'水電',?'value':?400},{'source':?'住宿',?'target':?'管理費(fèi)',?'value':?100},{'source':?'住宿',?'target':?'網(wǎng)絡(luò)費(fèi)',?'value':?80},{'source':?'餐飲',?'target':?'外賣',?'value':?800},{'source':?'餐飲',?'target':?'聚餐',?'value':?300},{'source':?'餐飲',?'target':?'飲料',?'value':?200},{'source':?'交通',?'target':?'滴滴',?'value':?220},{'source':?'交通',?'target':?'地鐵',?'value':?150},{'source':?'交通',?'target':?'公交',?'value':?80},{'source':?'交通',?'target':?'共享單車',?'value':?50},{'source':?'服裝',?'target':?'衣服',?'value':?400},{'source':?'服裝',?'target':?'鞋子',?'value':?300},{'source':?'服裝',?'target':?'圍巾',?'value':?150},{'source':?'服裝',?'target':?'襪子',?'value':?50},{'source':?'紅包',?'target':?'同學(xué)',?'value':?800},{'source':?'紅包',?'target':?'長(zhǎng)輩',?'value':?500}]}

2、將生成的字典數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成json數(shù)據(jù)，并保存到本地

通過(guò)json.dump方法將上面生成的字典類型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成json數(shù)據(jù)，并保存到本地：

with?open("sankey.json","w",encoding="utf-8")?as?f:???#?數(shù)據(jù)保存到了本地#?json.dump(data_dic,?f)???寫入一行數(shù)據(jù)json.dump(data_dic,?f,?indent=2,?sort_keys=True,?ensure_ascii=False)??#?寫入多行數(shù)據(jù)

3、讀取json數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖

import?jsonfrom?pyecharts?import?options?as?opts from?pyecharts.charts?import?Sankeywith?open("sankey.json",?"r",?encoding="utf-8")?as?f:???#?1、打開保存的文件j?=?json.load(f)???#?2、json字符串轉(zhuǎn)成字典類型數(shù)據(jù) c?=?(Sankey().add("月度開支",nodes=j["nodes"],???#?3、通過(guò)鍵值對(duì)的映射關(guān)系來(lái)讀取數(shù)據(jù)links=j["links"],pos_top="20%",focus_node_adjacency=True,levels=[opts.SankeyLevelsOpts(depth=0, #?????????????????itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#fbb4ae"),??4、屬性的設(shè)置部分linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source",?opacity=0.6),),opts.SankeyLevelsOpts(depth=1, #?????????????????itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#b3cde3"),linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source",?opacity=0.6),),opts.SankeyLevelsOpts(depth=2, #?????????????????itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#ccebc5"),linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source",?opacity=0.6),),],linestyle_opt=opts.LineStyleOpts(curve=0.5,color="source",opacity=0.6,type_="dotted"),label_opts=opts.LabelOpts(position="right")).set_global_opts(title_opts=opts.TitleOpts(title="月度開支桑葚圖"),tooltip_opts=opts.TooltipOpts(trigger="item",?trigger_on="mousemove|click",is_show=True),) )c.render_notebook()

看看實(shí)際的動(dòng)態(tài)化效果：

參考資料

[1]

桑基的介紹: https://zhuanlan.zhihu.com/p/127360262

作者簡(jiǎn)介

Peter，碩士畢業(yè)僧一枚，從電子專業(yè)自學(xué)Python入門數(shù)據(jù)行業(yè)，擅長(zhǎng)數(shù)據(jù)分析及可視化。喜歡數(shù)據(jù)，堅(jiān)持跑步，熱愛(ài)閱讀，樂(lè)觀生活。個(gè)人格言：不浮于世，不負(fù)于己

個(gè)人站點(diǎn)：www.renpeter.cn，歡迎常來(lái)小屋逛逛

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的炫酷！用Python制作漂亮的流动桑基图的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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