用Python为直方图绘制拟合正态分布曲线的两种方法

2022-09-23 11:48:54

直方图是用于展示数据的分组分布状态的一种图形,用矩形的宽度和高度表示频数分布,通过直方图,用户可以很直观的看出数据分布的形状、中心位置以及数据的离散程度等。

在python中一般采用matplotlib库的hist来绘制直方图,至于如何给直方图添加拟合曲线(密度函数曲线),一般来说有以下两种方法。

方法一:采用matplotlib中的mlab模块

mlab模块是Python中强大的3D作图工具,立体感效果极佳。在这里使用mlab可以跳出直方图二维平面图形的限制,在此基础上再添加一条曲线。在这里,我们以鸢尾花iris中的数据为例,来举例说明。

import numpy as np 
import matplotlib.mlab as mlab 
import matplotlib.pyplot as plt 
import pandas 
# Load dataset 
url = "https://archive.ics.uci.edu/ml/machine-learning-databases/iris/iris.data" 
names = ['sepal-length', 'sepal-width','petal-length', 'petal-width', 'class'] 
dataset = pandas.read_csv(url, names=names) 
print(dataset.head(10)) 
# descriptions 
print(dataset.describe()) 
x = dataset.iloc[:,0] #提取第一列的sepal-length变量 
mu =np.mean(x) #计算均值 
sigma =np.std(x) 
mu,sigma
以上为通过python导入鸢尾花iris数据,然后提取第一列的sepal-length变量为研究对象,计算出其均值、标准差,接下来就绘制带拟合曲线的直方图。
num_bins = 30 #直方图柱子的数量 
n, bins, patches = plt.hist(x, num_bins,normed=1, facecolor='blue', alpha=0.5) 
#直方图函数,x为x轴的值,normed=1表示为概率密度,即和为一,绿色方块,色深参数0.5.返回n个概率,直方块左边线的x值,及各个方块对象 
y = mlab.normpdf(bins, mu, sigma)#拟合一条最佳正态分布曲线y 
plt.plot(bins, y, 'r--') #绘制y的曲线 
plt.xlabel('sepal-length') #绘制x轴 
plt.ylabel('Probability') #绘制y轴 
plt.title(r'Histogram : $\mu=5.8433$,$\sigma=0.8253$')#中文标题 u'xxx' 
plt.subplots_adjust(left=0.15)#左边距 
plt.show()
以上命令主要采用mlab.normpdf基于直方图的柱子数量、均值、方差来拟合曲线,然后再用plot画出来,这种方法的一个缺点就是画出的正态分布拟合曲线(红色虚线)并不一定能很好反映数据的分布情况,如上图所示。

方法二:采用seaborn库中的distplot绘制

Seaborn其实是在matplotlib的基础上进行了更高级的API封装,从而使得作图更加容易,在大多数情况下使用seaborn就能做出很具有吸引力的图,而使用matplotlib就能制作具有更多特色的图。应该把Seaborn视为matplotlib的补充,而不是替代物。

import seaborn as sns 
sns.set_palette("hls") #设置所有图的颜色,使用hls色彩空间
sns.distplot(x,color="r",bins=30,kde=True)
plt.show()
在这里主要使用sns.distplot(增强版dist),柱子数量bins也设置为30,kde=True表示是否显示拟合曲线,如果为False则只出现直方图。
在这里注意一下它与前边mlab.normpdf方法不同的是,拟合曲线不是正态的,而是更好地拟合了数据的分布情况,如上图,因此比mlab.normpdf更为准确。
进一步设置sns.distplot,可以采用kde_kws(拟合曲线的设置)、hist_kws(直方柱子的设置),可以得到:

import seaborn as sns 
import matplotlib as mpl 
sns.set_palette("hls") 
mpl.rc("figure", figsize=(6,4)) 
sns.distplot(x,bins=30,kde_kws={"color":"seagreen", "lw":3 }, hist_kws={ "color": "b" }) 
plt.show()
其中,lw为曲线粗细程度。

可使用plt.legend()添加图例

plot(X, C, color="blue", linewidth=2.5, linestyle="-", label="cosine")
plot(X, S, color="red",  linewidth=2.5, linestyle="-", label="sine")

legend(loc='upper left')

  • 作者:jiangjiane
  • 原文链接:https://blog.csdn.net/jiangjiang_jian/article/details/80664709
    更新时间:2022-09-23 11:48:54