使用 matplotlib 向箱线图添加点散点图

Posted 2023-02-16

【中文标题】使用 matplotlib 向箱线图添加点散点图

【英文标题】：Adding a scatter of points to a boxplot using matplotlib

【发布时间】：2015-06-29 00:28:31

【问题描述】：

我在this article（图2）中看到了这个精彩的箱线图。

如您所见，这是一个箱线图，上面叠加了黑点的散点图：x 索引黑点（以随机顺序），y 是感兴趣的变量。我想使用 Matplotlib 做类似的事情，但我不知道从哪里开始。到目前为止，我在网上找到的箱线图不太酷，看起来像这样：

matplotlib 的文档： http://matplotlib.org/api/pyplot_api.html#matplotlib.pyplot.boxplot

为箱线图着色的方法： https://github.com/jbmouret/matplotlib_for_papers#colored-boxes

【问题讨论】：

可能相关：***.com/q/28521828/376454

请注意，解决此问题的最新解决方案可能是为此目的使用seaborn 。 python-graph-gallery.com/36-add-jitter-over-boxplot-seaborn

【参考方案1】：

您正在寻找一种将抖动添加到 x 轴的方法。

类似这样的内容来自here:

bp = titanic.boxplot(column='age', by='pclass', grid=False)
for i in [1,2,3]:
    y = titanic.age[titanic.pclass==i].dropna()
    # Add some random "jitter" to the x-axis
    x = np.random.normal(i, 0.04, size=len(y))
    plot(x, y, 'r.', alpha=0.2)

引用链接：

向箱线图添加附加信息的一种方法是覆盖 实际数据；这通常最适合小型或 中等规模的数据系列。当数据密集时，有几个技巧 上面使用的帮助可视化：

降低 Alpha 级别以使点部分透明 沿 x 轴添加随机“抖动”以避免过度打击

代码如下所示：

import pylab as P
import numpy as np

# Define data
# Define numBoxes

P.figure()

bp = P.boxplot(data)

for i in range(numBoxes):
    y = data[i]
    x = np.random.normal(1+i, 0.04, size=len(y))
    P.plot(x, y, 'r.', alpha=0.2)

P.show()

【参考方案2】：

扩展 Kyrubas 的解决方案并仅将 matplotlib 用于绘图部分（有时我很难使用 matplotlib 格式化熊猫图）。

from matplotlib import cm
import matplotlib.pyplot as plt
import pandas as pd
import numpy as np

# initialize dataframe
n = 200
ngroup = 3
df = pd.DataFrame('data': np.random.rand(n), 'group': map(np.floor, np.random.rand(n) * ngroup))

group = 'group'
column = 'data'
grouped = df.groupby(group)

names, vals, xs = [], [] ,[]

for i, (name, subdf) in enumerate(grouped):
    names.append(name)
    vals.append(subdf[column].tolist())
    xs.append(np.random.normal(i+1, 0.04, subdf.shape[0]))

plt.boxplot(vals, labels=names)
ngroup = len(vals)
clevels = np.linspace(0., 1., ngroup)

for x, val, clevel in zip(xs, vals, clevels):
    plt.scatter(x, val, c=cm.prism(clevel), alpha=0.4)

【讨论】：

对于 Python 3 用户，您需要将地图包装在一个列表中，如下所示：'group': list(map(np.floor, np.random.rand(n) * ngroup))

最好为此定义一个函数，可以以与经典箱线图相同的方式调用（并且可能添加一个选项以仅显示框外的点）。我认为所有的箱线图通常都应该用抖动的箱线图代替。

我已将此功能作为 python 函数添加到我的答案中：***.com/a/70311225/7735095。也可以选择只显示胡须之外的传单。

【参考方案3】：

作为一个更简单、可能更新的选项，您可以使用seaborn 的swarmplot 选项。

import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt

sns.set(style="whitegrid")
tips = sns.load_dataset("tips")

ax = sns.boxplot(x="day", y="total_bill", data=tips, showfliers = False)
ax = sns.swarmplot(x="day", y="total_bill", data=tips, color=".25")

plt.show()

---

再看原来的问题（自己也有更多经验），我觉得sns.swarmplot，sns.stripplot 会更准确。

【讨论】：

是的，即使在使用 swarmplot 处理数千个数据点时，计算机也会死机 4 次。

【参考方案4】：

通过Kyrubas 和hwang 扩展solutions，您还可以定义一个函数scattered_boxplot（并将其作为方法添加到plt.Axes），这样您就可以始终使用scattered_boxplot 而不是boxplot:

fig, ax = plt.subplots(figsize=(5, 6))
ax.scattered_boxplot(x=[np.array([1,2,3]*50),np.array([1.1,2.2,3.3])])

函数scattered_boxplot只能使用matplotlib定义如下：

import matplotlib.pyplot as plt

import numpy as np
from numbers import Number

def scattered_boxplot(ax, x, notch=None, sym=None, vert=None, whis=None, positions=None, widths=None, patch_artist=None, bootstrap=None, usermedians=None, conf_intervals=None, meanline=None, showmeans=None, showcaps=None, showbox=None,
                      showfliers="unif",
                      hide_points_within_whiskers=False,
                      boxprops=None, labels=None, flierprops=None, medianprops=None, meanprops=None, capprops=None, whiskerprops=None, manage_ticks=True, autorange=False, zorder=None, *, data=None):
    if showfliers=="classic":
        classic_fliers=True
    else:
        classic_fliers=False
    ax.boxplot(x, notch=notch, sym=sym, vert=vert, whis=whis, positions=positions, widths=widths, patch_artist=patch_artist, bootstrap=bootstrap, usermedians=usermedians, conf_intervals=conf_intervals, meanline=meanline, showmeans=showmeans, showcaps=showcaps, showbox=showbox,
               showfliers=classic_fliers,
               boxprops=boxprops, labels=labels, flierprops=flierprops, medianprops=medianprops, meanprops=meanprops, capprops=capprops, whiskerprops=whiskerprops, manage_ticks=manage_ticks, autorange=autorange, zorder=zorder,data=data)
    N=len(x)
    datashape_message = ("List of boxplot statistics and `0` "
                             "values must have same the length")
    # check position
    if positions is None:
        positions = list(range(1, N + 1))
    elif len(positions) != N:
        raise ValueError(datashape_message.format("positions"))

    positions = np.array(positions)
    if len(positions) > 0 and not isinstance(positions[0], Number):
        raise TypeError("positions should be an iterable of numbers")

    # width
    if widths is None:
        widths = [np.clip(0.15 * np.ptp(positions), 0.15, 0.5)] * N
    elif np.isscalar(widths):
        widths = [widths] * N
    elif len(widths) != N:
        raise ValueError(datashape_message.format("widths"))

    if hide_points_within_whiskers:
        import matplotlib.cbook as cbook
        from matplotlib import rcParams
        if whis is None:
            whis = rcParams['boxplot.whiskers']
        if bootstrap is None:
            bootstrap = rcParams['boxplot.bootstrap']
        bxpstats = cbook.boxplot_stats(x, whis=whis, bootstrap=bootstrap,
                                       labels=labels, autorange=autorange)
    for i in range(N):
        if hide_points_within_whiskers:
            xi=bxpstats[i]['fliers']
        else:
            xi=x[i]
        if showfliers=="unif":
            jitter=np.random.uniform(-widths[i]*0.5,widths[i]*0.5,size=np.size(xi))
        elif showfliers=="normal":
            jitter=np.random.normal(loc=0.0, scale=widths[i]*0.1,size=np.size(xi))
        elif showfliers==False or showfliers=="classic":
            return
        else:
            raise NotImplementedError("showfliers='"+str(showfliers)+"' is not implemented. You can choose from 'unif', 'normal', 'classic' and False")

        plt.scatter(positions[i]+jitter,xi,alpha=0.2,marker="o", facecolors='none', edgecolors="k")

并且可以作为方法添加到 plt.Axes by

setattr(plt.Axes, "scattered_boxplot", scattered_boxplot)

仍然可以使用箱线图的所有选项，另外可以选择用于水平抖动的覆盖分布（例如showfliers="unif"），并且可以选择是否也应显示晶须外的传单（例如@987654335 @)。

这个解决方案已经很好用了。另一种方法是直接更改matplotlib的源代码，主要是：https://github.com/matplotlib/matplotlib/blob/9765379ce6e7343070e815afc0988874041b98e2/lib/matplotlib/axes/_axes.py#L4006