『Plotly实战指南』--Plotly与Pandas的深度融合

在数据分析的世界中，数据处理与可视化是密不可分的两个环节。
Pandas作为Python数据处理的核心工具，以其强大的数据清洗、转换和分析能力，成为数据科学家和分析师的必备利器；
而Plotly则是交互式可视化的佼佼者，能够将复杂的数据以直观、动态的方式呈现出来。
当我们将Pandas与Plotly深度融适时，就能无缝衔接数据清洗、分析与可视化的全流程，大幅提升数据分析的服从和效果。
1. 从Pandas数据结构到Plotly图表

1.1. Series 与 DataFrame 数据创建图表

Plotly提供了强大的plotly.express模块，能够直接读取Pandas的数据结构，如Series和DataFrame，并快速生成各种交互式图表。
比方，使用px.line(df)可以将一个时间序列的DataFrame转换为折线图，而px.bar(series)则可以将一个Series转换为条形图。

1. import pandas as pd
2. import numpy as np
3. import plotly.express as px
5. # 创建一个示例 DataFrame
6. data = {
7.     "date": pd.date_range(start="2024-01-01", periods=100),
8.     "sales": np.random.randint(100, 500, size=100),
9. }
10. df = pd.DataFrame(data)
12. # 使用 Plotly Express 创建折线图
13. fig = px.line(df, x="date", y="sales", title="时间序列销售数据")
14. fig.show()

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在这个例子中，x='date'和y='sales'将DataFrame的列名映射到了图表的坐标轴上。
将数据中的某个列（Series）取出来，可以直接绘制条形图。

1. series = df["sales"]
2. fig = px.bar(series)
3. fig.show()

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1.2. 索引与绘图的关联

Pandas的索引（如时间戳、分类标签）在绘图中也扮演着重要角色。
我们可以直接将Pandas索引作为图表的坐标轴，从而简化数据处理过程。
比如，如果一个DataFrame的索引是时间戳，那么它默认就成为X轴。

1. data = {
2.     "date": pd.date_range(start="2024-01-01", periods=100),
3.     "sales": np.random.randint(100, 500, size=100),
4. }
5. df = pd.DataFrame(data)
7. # 将日期设置为索引
8. df.set_index('date', inplace=True)
10. # 绘制图表，不需要指定X轴
11. fig = px.line(df, y='sales', title='以索引为时间轴的销售数据')
12. fig.show()

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对于多级索引（MultiIndex）数据，Plotly也提供了强大的支持。
我们可以利用多级索引来生成分面图（Facet Plot）或动态筛选图表。

1. # 创建多级索引
2. df = df.reset_index()
3. df["region"] = ["North", "South"] * 50
4. df.set_index(["region", "date"], inplace=True)
6. # 绘制分面图
7. fig = px.line(
8.     df.reset_index(),
9.     x="date",
10.     y="sales",
11.     facet_col="region",
12.     title="按地区分面的销售数据",
13. )
14. fig.show()

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在处理多级索引时，需要注意索引重置与列名转换的题目。
上面的示例中，我们先将date索引转换为平凡列，然后把平凡列region和date一起转换为多级索引。
2. 数据预处理与可视化的交响曲

2.1. 数据清洗与验证可视化

在实际的数据分析中，数据每每存在缺失值和异常值。
Pandas提供了丰富的数据清洗工具，而Plotly可以将清洗前后的数据可视化出来，让我们更好的把握数据的变化。
首先，生成包罗客户年事（含缺失值和异常值）、销售额（对数正态分布）和区域的模仿数据集。

1. import pandas as pd
2. import numpy as np
3. import plotly.express as px
5. # 模拟含噪声数据
6. np.random.seed(42)
7. dates = pd.date_range('2023-01-01', periods=100)
9. # Customer_Age 年龄包含异常值（生成平均40，标准差30的数据）
10. df = pd.DataFrame({
11.     'Date': dates,
12.     'Customer_Age': np.random.normal(40, 30, 100),  
13. })
15. # 人为添加缺失值
16. df.loc[np.random.choice(100, 15), 'Customer_Age'] = np.nan

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故意添加15%的年事缺失值，并设置年事范围异常（生成年事的部分中有异常的年事）。
然后，绘制原始数据的分布图：

1. # 原始数据分布
2. raw_hist = px.histogram(
3.     df,
4.     x='Customer_Age',
5.     title='原始数据分布（含缺失值与异常值）',
6.     labels={'Customer_Age': '客户年龄'},
7.     nbins=20
8. )
9. raw_hist.show()

复制代码

接下来，开始清洗数据：

• dropna()：删除年事缺失的行
  
• query()：过滤年事异常值（保留18-65岁）
  

[code]# 清洗数据clean_df = (    df    .dropna(subset=['Customer_Age'])  # 删除缺失值    .query('18