《Python數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用案例教程》（李兆延）教案 第15課 繪圖基礎(chǔ)

課題第15課繪圖基礎(chǔ)課時(shí)2課時(shí)（90min）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)技能目標(biāo)：（1）了解圖形的基本要素（2）掌握繪圖的基本步驟和設(shè)置圖形樣式的方法（3）能根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)選擇合適的可視化圖形對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和展示素質(zhì)目標(biāo)：（1）理解國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，構(gòu)建大數(shù)據(jù)思維和時(shí)代意識(shí)教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：繪圖的基本步驟和設(shè)置圖形樣式的方法教學(xué)難點(diǎn)：根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)選擇合適的可視化圖形對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和展示教學(xué)方法案例分析法、問(wèn)答法、討論法、講授法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材、文旌課堂APP教學(xué)設(shè)計(jì)第1節(jié)課：→→傳授新知（28min）→課堂討論（10min）第2節(jié)課：→傳授新知（20min）→課堂討論（12min）→課堂小結(jié)（3min）→作業(yè)布置（2min）教學(xué)過(guò)程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟設(shè)計(jì)意圖第一節(jié)課考勤

（2min）【教師】使用文旌課堂APP進(jìn)行簽到【學(xué)生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學(xué)生的組織紀(jì)律性，掌握學(xué)生的出勤情況問(wèn)題導(dǎo)入（5min）【教師】提出問(wèn)題我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了Pandas數(shù)據(jù)分析，那么想將數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析應(yīng)該用什么軟件呢？【學(xué)生】思考、舉手回答通過(guò)提問(wèn)的方法，了解學(xué)生對(duì)新知識(shí)的了解程度，進(jìn)而引出新知傳授新知

（28min）【教師】總結(jié)學(xué)生的回答，并引入新知，講解Matplotlib繪圖基礎(chǔ)的相關(guān)知識(shí)?【教師】請(qǐng)同學(xué)們掃描二維碼學(xué)習(xí)繪圖基礎(chǔ)，并回答以下問(wèn)題：Matplotlib軟件的圖表一般由哪些部分組成？?【學(xué)生】掃描二維碼、思考、回答問(wèn)題?【教師】總結(jié)學(xué)生的回答，并講解新知使用Matplotlib實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化的圖表有很多種，但每一種圖表一般都是由畫布、繪圖區(qū)、圖表標(biāo)題、坐標(biāo)軸、坐標(biāo)軸標(biāo)題、圖例、文本標(biāo)簽、網(wǎng)格線等組成。5.1.1圖形的基本要素?【教師】多媒體出示圖表的基本組成圖片（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解各部分的內(nèi)容（1）畫布：繪圖窗口中的白色區(qū)域，作為其他組成部分的容器。（2）繪圖區(qū)：顯示圖形的矩形區(qū)域，一張畫布中可以包含多個(gè)繪圖區(qū)。（3）圖表標(biāo)題：說(shuō)明圖表的內(nèi)容，如“學(xué)生各學(xué)期成績(jī)分析”。（4）坐標(biāo)軸及坐標(biāo)軸標(biāo)題：坐標(biāo)軸是標(biāo)識(shí)分類或數(shù)值大小的水平和垂直線，即x軸和y軸，具有標(biāo)定數(shù)據(jù)值的刻度，如x軸的“高一第一學(xué)期期中”、y軸的102等；坐標(biāo)軸標(biāo)題用于說(shuō)明坐標(biāo)軸數(shù)據(jù)的含義，如x軸的標(biāo)題“學(xué)期”、y軸的標(biāo)題“成績(jī)”。（5）圖例：說(shuō)明圖表的線條、顏色或標(biāo)記。（6）文本標(biāo)簽：為數(shù)據(jù)添加說(shuō)明文字。（7）網(wǎng)格線：貫穿繪圖區(qū)的線條，衡量數(shù)據(jù)的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)。5.1.2繪圖的基本步驟1．導(dǎo)入繪圖庫(kù)?【教師】多媒體出示pyplot模塊的一般格式（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解各部分的內(nèi)容使用Matplotlib庫(kù)（使用之前須安裝）繪制圖表時(shí)，最常使用的是其中的pyplot模塊。因此，繪制圖形前，須導(dǎo)入pyplot模塊，其一般格式如下。importmatplotlib.pyplotasplt2．創(chuàng)建畫布?【教師】多媒體出示figure()函數(shù)的一般格式（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解各部分的內(nèi)容pyplot模塊提供了figure()函數(shù)用于創(chuàng)建一張新的空白畫布，其一般格式如下。figure(num=None,figsize=None,facecolor=None)其中，num表示畫布的編號(hào)或名稱，取整數(shù)表示編號(hào)，取字符串表示名稱，默認(rèn)為編號(hào)，從1開(kāi)始，如果創(chuàng)建多張畫布，則編號(hào)會(huì)依次增加；figsize表示畫布的大小，為一個(gè)元組，分別表示寬度和高度，單位為英寸，默認(rèn)為(6.4,4.8)；facecolor表示畫布的背景顏色，默認(rèn)為白色。該函數(shù)返回一個(gè)Figure對(duì)象。【提示】教師講解Figure對(duì)象的相關(guān)知識(shí)?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考3．繪制和顯示圖形?【教師】多媒體出示plot()函數(shù)的一般格式（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解各部分的內(nèi)容pyplot模塊提供了多種函數(shù)用于繪制圖形，最主要的是plot()函數(shù)，其一般格式如下。plot([x],y,[fmt])其中，[]表示可選參數(shù)；x表示x軸數(shù)據(jù)；y表示y軸數(shù)據(jù)；fmt表示線條的樣式，具體內(nèi)容詳見(jiàn)5.1.3節(jié)。圖形繪制完成后，還需要使用pyplot模塊的show()函數(shù)顯示圖形。?【教師】按照教材步驟進(jìn)行問(wèn)題分析并進(jìn)行演示例5-1（詳見(jiàn)教材）的程序編寫步驟：首先導(dǎo)入“學(xué)生各學(xué)期成績(jī)表.xlsx”文件中的數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖5-2）；然后使用默認(rèn)的Figure對(duì)象，繪制語(yǔ)文成績(jī)圖形；最后使用figure()函數(shù)創(chuàng)建新畫布，并設(shè)置名稱為“學(xué)生成績(jī)”、大小為(5,4)、背景顏色為“yellow”（黃色），再次繪制語(yǔ)文成績(jī)圖形。importmatplotlib.pyplotaspltimportpandasaspddf=pd.read_excel('學(xué)生各學(xué)期成績(jī)表.xlsx')x=df['序號(hào)']y=df['語(yǔ)文']plt.plot(x,y)plt.figure('學(xué)生成績(jī)',(5,4),facecolor='yellow')plt.plot(x,y)plt.show()（詳見(jiàn)教材）?【學(xué)生】觀察、記錄、理解?【學(xué)生】教師演示完成后，學(xué)生按照教材提示和教師演示進(jìn)行實(shí)際操作，并對(duì)比程序運(yùn)行結(jié)果（詳見(jiàn)教材）?【教師】巡視課堂記錄，對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)?【提示】教師講解savefig(fname)函數(shù)的相關(guān)知識(shí)?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考如果想要保存繪制的圖形，可以使用pyplot模塊的，且須在show()函數(shù)前執(zhí)行。其中，fname表示保存的文件名，可以包含路徑。例如，將圖形保存在D盤根目錄下，并命名為“語(yǔ)文成績(jī).png”，可以使用下面代碼實(shí)現(xiàn)。plt.savefig('D:\語(yǔ)文成績(jī).png')4．創(chuàng)建子圖?【教師】多媒體出示subplot()函數(shù)的一般格式（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解各部分的內(nèi)容一張畫布中可以包含一個(gè)或多個(gè)子圖（即繪圖區(qū)），即一個(gè)Figure對(duì)象中可以包含一個(gè)或多個(gè)Axes對(duì)象。pyplot模塊提供了subplot()函數(shù)用于創(chuàng)建多個(gè)子圖，其一般格式如下。subplot(nrows,ncols,index)其中，nrows和ncols表示將畫布劃分為nrows行ncols列，默認(rèn)都為1；index表示子圖的編號(hào)，取值范圍為1～nrows×ncols，在畫布中從左往右計(jì)算，默認(rèn)為1。例如，subplot()表示繪制一個(gè)子圖；subplot(2,3,5)表示將畫布劃分為2行3列，且子圖的編號(hào)為5，即第2行第2列的繪圖區(qū)。?【教師】按照教材步驟進(jìn)行問(wèn)題分析并進(jìn)行演示例5-2（詳見(jiàn)教材）的程序編寫步驟：importmatplotlib.pyplotaspltimportpandasaspddf=pd.read_excel('學(xué)生各學(xué)期成績(jī)表.xlsx')plt.figure(figsize=(12,8))x=df['序號(hào)']plt.subplot(2,2,1)plt.plot(x,df['語(yǔ)文'])plt.subplot(2,2,2)plt.plot(x,df['數(shù)學(xué)'])plt.subplot(2,2,3)plt.plot(x,df['英語(yǔ)'])plt.subplot(2,2,4)plt.plot(x,df['綜合'])plt.show()（詳見(jiàn)教材）?【學(xué)生】觀察、記錄、理解?【學(xué)生】教師演示完成后，學(xué)生按照教材提示和教師演示進(jìn)行實(shí)際操作，并對(duì)比程序運(yùn)行結(jié)果（詳見(jiàn)教材）?【教師】巡視課堂記錄，對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)?【教師】提出學(xué)習(xí)任務(wù)：對(duì)比程序結(jié)果，進(jìn)行結(jié)果分析。?【學(xué)生】觀察、記錄、理解、分析、回答問(wèn)題?【教師】總結(jié)學(xué)生的回答，并對(duì)程序進(jìn)行分析為避免x軸和y軸的刻度標(biāo)簽顯示小數(shù)，須使用figure()函數(shù)設(shè)置畫布的大小。此外，pyplot模塊還提供了subplots()函數(shù)用于創(chuàng)建多個(gè)子圖，其一般格式如下。subplots(nrows,ncols,figsize)該函數(shù)返回一個(gè)元組，元組的第一個(gè)元素為Figure對(duì)象，第二個(gè)元素為Axes對(duì)象（一個(gè)子圖）或Axes對(duì)象數(shù)組（多個(gè)子圖）。?【教師】按照教材步驟進(jìn)行問(wèn)題分析并進(jìn)行演示例5-3（詳見(jiàn)教材）的程序編寫步驟：importmatplotlib.pyplotaspltimportpandasaspddf=pd.read_excel('學(xué)生各學(xué)期成績(jī)表.xlsx')fig,axes=plt.subplots(2,2,figsize=(12,8))ax1=axes[0,0]ax2=axes[0,1]ax3=axes[1,0]ax4=axes[1,1]x=df['序號(hào)']ax1.plot(x,df['語(yǔ)文'])ax2.plot(x,df['數(shù)學(xué)'])ax3.plot(x,df['英語(yǔ)'])ax4.plot(x,df['綜合'])plt.show()（詳見(jiàn)教材）?【學(xué)生】觀察、記錄、理解?【學(xué)生】教師演示完成后，學(xué)生按照教材提示和教師演示進(jìn)行實(shí)際操作，并對(duì)比程序運(yùn)行結(jié)果（詳見(jiàn)教材）?【教師】巡視課堂記錄，對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)5．設(shè)置圖表和坐標(biāo)軸標(biāo)題?【教師】多媒體出示title()函數(shù)的一般格式（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解各部分的內(nèi)容及函數(shù)作用pyplot模塊提供了title()函數(shù)用于設(shè)置圖表的標(biāo)題，其一般格式如下。title(label)其中，label表示標(biāo)題字符串。?【教師】多媒體出示xlabel()函數(shù)和ylabel()函數(shù)的一般格式（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解各部分的內(nèi)容及函數(shù)作用pyplot模塊還提供了xlabel()函數(shù)和ylabel()函數(shù)用于分別設(shè)置x軸和y軸的標(biāo)題，其一般格式如下。xlabel(xlabel)ylabel(ylabel)6．設(shè)置文本標(biāo)簽?【教師】多媒體出示text()函數(shù)的一般格式（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解各部分的內(nèi)容及函數(shù)作用pyplot模塊提供了text()函數(shù)用于設(shè)置文本標(biāo)簽，其一般格式如下。text(x,y,s,**kwargs)其中，x和y表示需要設(shè)置標(biāo)簽的數(shù)據(jù)的x軸和y軸坐標(biāo)；s表示標(biāo)簽的文本，為字符串；**kwargs表示標(biāo)簽的參數(shù)，如fontsize=12表示字體大小為12、ha='center'表示垂直對(duì)齊方式為居中、va='left'表示水平對(duì)齊方式為左對(duì)齊。7．設(shè)置圖例?【教師】多媒體出示legend()函數(shù)的一般格式及圖例位置參數(shù)取值表（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解各部分的內(nèi)容及圖例位置參數(shù)取值pyplot模塊提供了legend()函數(shù)用于設(shè)置圖例，其一般格式如下。legend(labels,loc)其中，labels表示圖例的文本，為字符串或字符串列表；loc表示圖例顯示的位置，默認(rèn)為“best”，具體的位置參數(shù)取值如表所示。取值說(shuō)明取值說(shuō)明取值說(shuō)明best自適應(yīng)lowerright右下方centerleft左側(cè)居中upperright右上方lowerleft左下方right右側(cè)upperleft左上方lowercenter下方居中center正中uppercenter上方居中centerright右側(cè)居中此處，需要特別注意的是，由于圖例中會(huì)使用圖形的樣式，因此設(shè)置圖例須在圖形繪制完成后進(jìn)行。?【提示】教師講解圖例設(shè)置的相關(guān)知識(shí)?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考8．設(shè)置網(wǎng)格線?【教師】多媒體出示grid()函數(shù)的一般格式（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解各部分的內(nèi)容及函數(shù)作用pyplot模塊提供了grid()函數(shù)用于設(shè)置網(wǎng)格線，其一般格式如下。grid(axis='both')其中，axis表示網(wǎng)格線的方向，取“x”表示顯示x軸網(wǎng)格線，取“y”表示顯示y軸網(wǎng)格線，取“both”表示顯示x軸和y軸網(wǎng)格線，默認(rèn)為“both”。9．設(shè)置坐標(biāo)軸刻度?【教師】多媒體出示grid()函數(shù)的一般格式（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解各部分的內(nèi)容及函數(shù)作用pyplot模塊提供了xticks()函數(shù)和yticks()函數(shù)用于分別設(shè)置x軸和y軸的刻度，其一般格式如下。xticks(locs,[labels],rotation)yticks(locs,[labels],rotation)其中，locs表示坐標(biāo)軸上的刻度，為數(shù)值型數(shù)組；labels表示刻度的標(biāo)簽，也為數(shù)組，為可選參數(shù)；rotation表示坐標(biāo)軸刻度及其標(biāo)簽?zāi)鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度。當(dāng)locs和labels同時(shí)設(shè)置時(shí)，只顯示labels的值。?【教師】按照教材步驟進(jìn)行問(wèn)題分析并進(jìn)行演示例5-4（詳見(jiàn)教材）的程序編寫步驟：importmatplotlib.pyplotaspltimportpandasaspddf=pd.read_excel('學(xué)生各學(xué)期成績(jī)表.xlsx')plt.figure(figsize=(10,8))x=df['序號(hào)']y=df['語(yǔ)文']plt.rcParams['font.sans-serif']='SimHei'plt.title('學(xué)生各學(xué)期成績(jī)分析')plt.xlabel('學(xué)期')plt.ylabel('成績(jī)')fora,binzip(df['序號(hào)'],df['語(yǔ)文']):plt.text(a,b,'%.1f'%b,ha='center')plt.grid(axis='y')plt.xticks(range(11),df['學(xué)期'],rotation=15)plt.plot(x,y)plt.legend(('語(yǔ)文',))plt.show()（詳見(jiàn)教材）?【學(xué)生】觀察、記錄、理解?【學(xué)生】教師演示完成后，學(xué)生按照教材提示和教師演示進(jìn)行實(shí)際操作，并對(duì)比程序運(yùn)行結(jié)果（詳見(jiàn)教材）?【教師】巡視課堂記錄，對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)?【教師】提出學(xué)習(xí)任務(wù)：對(duì)比程序結(jié)果，進(jìn)行結(jié)果分析。?【學(xué)生】觀察、記錄、理解、分析、回答問(wèn)題?【教師】總結(jié)學(xué)生的回答，并對(duì)程序進(jìn)行分析設(shè)置文本標(biāo)簽時(shí)，由于要設(shè)置每個(gè)數(shù)據(jù)的標(biāo)簽，故可使用for循環(huán)獲取序號(hào)列和語(yǔ)文列對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)分別作為標(biāo)簽的x和y坐標(biāo)，并將語(yǔ)文列數(shù)據(jù)的值格式化為字符串作為標(biāo)簽的文本。由于x軸的刻度標(biāo)簽較長(zhǎng)，為避免重疊，須使用figure()函數(shù)設(shè)置畫布的大小，并在xticks()函數(shù)中設(shè)置刻度標(biāo)簽?zāi)鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)15度。【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、理解、記憶通過(guò)教師講解、課堂討論、多媒體演示等方式，使學(xué)生了解Matplotlib繪圖基礎(chǔ)的相關(guān)內(nèi)容，包括圖形的基本要素，繪圖的基本步驟等課堂實(shí)踐

（10min）【教師】講述“明鏡高懸“中的案例，提出以下問(wèn)題讓學(xué)生進(jìn)行練習(xí)收集本班學(xué)生最近的一次考試成績(jī)，繪制學(xué)生成績(jī)分析圖，并設(shè)置畫布大小、圖表和坐標(biāo)軸標(biāo)題、文本標(biāo)簽、圖例、網(wǎng)格線（隱藏y軸網(wǎng)格線）和x軸刻度標(biāo)簽?！緦W(xué)生】聆聽(tīng)、思考、編寫程序、結(jié)果分析【教師】檢查學(xué)生程序編寫、幫助學(xué)生進(jìn)行練習(xí)通過(guò)課堂實(shí)踐，加深學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)可視化分析的理解第二節(jié)課問(wèn)題導(dǎo)入（8min）【教師】提出問(wèn)題我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了Matplotlib的數(shù)據(jù)可視化的圖表的相關(guān)知識(shí)，那么圖形的樣式如何設(shè)置？【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、回答問(wèn)題通過(guò)提問(wèn)的方法，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知（20min）【教師】總結(jié)學(xué)生的回答，并引入新知，講解圖形樣式設(shè)置的相關(guān)知識(shí)5.1.3圖形樣式設(shè)置pyplot模塊可以使用rcParams參數(shù)修改圖形的各種默認(rèn)屬性，包括畫布大小，線條寬度、類型和標(biāo)記及其大小，中文字體及其大小，坐標(biāo)軸刻度顯示方向，顏色循環(huán)等。?【教師】多媒體出示常用的rcParams參數(shù)表格（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解各個(gè)參數(shù)的說(shuō)明參數(shù)說(shuō)明figure.figsize表示畫布大小lines.linewidth表示線條寬度lines.linestyle表示線條類型，可取“-”（實(shí)線）、“--”（雙畫線）、“-.”（點(diǎn)畫線）、“:”（虛線），默認(rèn)為“-”（詳見(jiàn)教材）?【教師】多媒體出示常用的常用的線條標(biāo)記取值（詳見(jiàn)教材），并詳細(xì)講解各個(gè)取值的說(shuō)明取值說(shuō)明取值說(shuō)明取值說(shuō)明.點(diǎn)1下花三角h豎六邊形，像素2上花三角H橫六邊形o實(shí)心圓3左花三角+加號(hào)v倒三角4右花三角×叉號(hào)^上三角s實(shí)心正方形D大菱形>右三角p實(shí)心五角形d小菱形<左三角*星形|垂直線?【教師】提出問(wèn)題繪制圖形時(shí)顏色取值有哪些方法？?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、主動(dòng)回答問(wèn)題?【教師】總結(jié)學(xué)生的回答，并講解新知通過(guò)rcParams參數(shù)可以統(tǒng)一設(shè)置所有圖形的樣式，還可以通過(guò)繪制圖形的函數(shù)分別設(shè)置每個(gè)圖形的樣式，包括顏色、類型和標(biāo)記，如plot()。其中，顏色取值可以有下面3種。（1）指定的Tk標(biāo)準(zhǔn)顏色字符串，如“Red”（紅色）、“Yellow”（黃色）、“#ff0000”（紅色）等。（2）使用r、g、b元組表示的RGB顏色，r、g、b取值范圍為0～1，如(1.0,0,0)（紅色）。（3）顏色的縮寫，但只限于8種顏色，包括“b”（藍(lán)色）、“g”（綠色）、“r”（紅色）、“c”（藍(lán)綠色）、“m”（洋紅色）、“y”（黃色）、“k”（黑色）、“w”（白色）。當(dāng)使用顏色的縮寫時(shí)，可以與類型、標(biāo)記組合設(shè)置線條樣式，如“r:o”表示紅色的實(shí)心圓虛線。?【提示】教師講解線條樣式的設(shè)置方法等相關(guān)知識(shí)?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考?【教師】按照教材步驟進(jìn)行問(wèn)題分析并進(jìn)行演示例5-5（詳見(jiàn)教材）的程序編寫步驟：importmatplotlib.pyplotaspltimportpandasaspddf=pd.read_excel('學(xué)生各學(xué)期成績(jī)表.xlsx')plt.rcParams['f