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[#]: collector: (lujun9972)
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[#]: translator: (MjSeven)
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[#]: reviewer: (wxy)
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[#]: publisher: (wxy)
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[#]: url: (https://linux.cn/article-12356-1.html)
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[#]: subject: (Simplify data visualization in Python with Plotly)
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[#]: via: (https://opensource.com/article/20/5/plotly-python)
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[#]: author: (Shaun Taylor-Morgan https://opensource.com/users/shaun-taylor-morgan)
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使用 Plotly 来简化 Python 中的数据可视化
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======
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> Plotly 是一个数据绘图库，具有整洁的接口，它旨在允许你构建自己的 API。
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Plotly 是一个绘图生态系统，可以让你在 [Python][2] 以及 JavaScript 和 R 中进行绘图。在本文中，我将重点介绍[使用 Python 库进行绘图][3]。
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Plotly 有三种不同的 Python API，你可以选择不同的方法来使用它：
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* 类似于 Matplotlib 的面向对象的 API
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* 数据驱动的 API，通过构造类似 JSON 的数据结构来定义绘图
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* 类似于 Seaborn 的高级绘图接口，称为 “Plotly Express” API
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我将通过使用每个 API 来绘制相同的图来探索它们：英国大选结果的分组柱状图。
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在我们进一步探讨之前，请注意，你可能需要调整你的 Python 环境来让这段代码运行，包括以下内容：
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- 运行最新版本的Python（[Linux][4]、[Mac][5] 和 [Windows][6] 的说明）
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- 确认你运行的 Python 版本能与这些库一起工作
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数据可在线获得，可以用 Pandas 导入。
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```
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import pandas as pd
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df = pd.read_csv('https://anvil.works/blog/img/plotting-in-python/uk-election-results.csv')
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```
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现在我们可以继续进行了。
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### 使用图对象来绘制图
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Plotly 面向对象的 API 被称为 `graph_objects`，它有点类似于 [Matplotlib 的面向对象 API][7]。
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要创建一个柱状图，你可以构造一个包含四个柱状图的对象：
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```
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# 导入 Plotly 和数据
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import plotly.graph_objects as go
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from votes import wide as df
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# 得到 x 列表
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years = df['year']
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x = list(range(len(years)))
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# 定义绘图
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bar_plots = [
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go.Bar(x=x, y=df['conservative'], name='Conservative', marker=go.bar.Marker(color='#0343df')),
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go.Bar(x=x, y=df['labour'], name='Labour', marker=go.bar.Marker(color='#e50000')),
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||
go.Bar(x=x, y=df['liberal'], name='Liberal', marker=go.bar.Marker(color='#ffff14')),
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go.Bar(x=x, y=df['others'], name='Others', marker=go.bar.Marker(color='#929591')),
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]
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# 指定样式
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layout = go.Layout(
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title=go.layout.Title(text="Election results", x=0.5),
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yaxis_title="Seats",
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xaxis_tickmode="array",
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xaxis_tickvals=list(range(27)),
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xaxis_ticktext=tuple(df['year'].values),
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)
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# 绘制柱状图
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fig = go.Figure(data=bar_plots, layout=layout)
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# 告诉 Plotly 去渲染
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fig.show()
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```
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与 Matplotlib 不同的是，你无需手动计算柱状图的 `x` 轴位置，Plotly 会帮你适配。
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最终结果图：
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![A multi-bar plot made using Graph Objects][8]
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*A multi-bar plot made using Graph Objects (© 2019 [Anvil][9])*
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### 使用 Python 数据结构来绘图
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你还可以使用 Python 基本数据结构来定义绘图，它与面对对象 API 具有相同的结构。这直接对应于 Plotly 的 JavaScript 实现的 JSON API。
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```
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# 定义绘图数据
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fig = {
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'data': [
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{'type': 'bar', 'x': x, 'y': df['conservative'], 'name': 'Conservative', 'marker': {'color': '#0343df'}},
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||
{'type': 'bar', 'x': x, 'y': df['labour'], 'name': 'Labour', 'marker': {'color': '#e50000'}},
|
||
{'type': 'bar', 'x': x, 'y': df['liberal'], 'name': 'Liberal', 'marker': {'color': '#ffff14'}},
|
||
{'type': 'bar', 'x': x, 'y': df['others'], 'name': 'Others', 'marker': {'color': '#929591'}},
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],
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'layout': {
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'title': {'text': 'Election results', 'x': 0.5},
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'yaxis': {'title': 'Seats'},
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'xaxis': {
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'tickmode': 'array',
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'tickvals': list(range(27)),
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'ticktext': tuple(df['year'].values),
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}
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}
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}
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# 告诉 Plotly 去渲染它
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pio.show(fig)
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```
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最终结果与上次完全相同：
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![A multi-bar plot made using JSON-like data structures][10]
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*A multi-bar plot made using JSON-like data structures (© 2019 [Anvil][9])*
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#### 使用 Plotly Express 进行绘图
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[Plotly Express][11] 是对图对象进行封装的高级 API。
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你可以使用一行代码来绘制柱状图：
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```
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# 导入 Plotly 和数据
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import plotly.express as px
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from votes import long as df
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# 定义颜色字典获得自定义栏颜色
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cmap = {
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'Conservative': '#0343df',
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'Labour': '#e50000',
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'Liberal': '#ffff14',
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'Others': '#929591',
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}
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# 生成图
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fig = px.bar(df, x="year", y="seats", color="party", barmode="group", color_discrete_map=cmap)
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```
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这里使用了<ruby>[长表][12]<rt>Long Form</rt></ruby> 数据，也称为“整洁数据”。这些列代表年份、政党和席位，而不是按政党划分。这与在 [Seaborn][13] 中制作柱状图非常相似。
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```
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>> print(long)
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year party seats
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0 1922 Conservative 344
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1 1923 Conservative 258
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2 1924 Conservative 412
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3 1929 Conservative 260
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4 1931 Conservative 470
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.. ... ... ...
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103 2005 Others 30
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104 2010 Others 29
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105 2015 Others 80
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106 2017 Others 59
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107 2019 Others 72
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[108 rows x 3 columns]
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```
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你可以访问底层的图对象 API 进行详细调整。如添加标题和 `y` 轴标签：
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```
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# 使用图对象 API 来调整绘图
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import plotly.graph_objects as go
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fig.layout = go.Layout(
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title=go.layout.Title(text="Election results", x=0.5),
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yaxis_title="Seats",
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)
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```
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最后，让 Plotly 渲染：
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```
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fig.show()
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```
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这将在未使用的端口上运行一个临时 Web 服务器，并打开默认的 Web 浏览器来查看图像（Web 服务器将会马上被关闭）。
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不幸的是，结果并不完美。`x` 轴被视为整数，因此两组之间的距离很远且很小，这使得我们很难看到趋势。
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![使用 Plotly Express 制作的柱状图][14]
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*A multi-bar plot made using Plotly Express (© 2019 [Anvil][9])*
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你可能会尝试通过将 `x` 值转换为字符串来使 Plotly Express 将其视为字符串，这样它就会以均匀的间隔和词法顺序来绘制。不幸的是，它们的间隔还是很大，像在 `graph_objects`中那样设置 `xaxis_tickvals` 也不行。
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与 [Seaborn][13] 中的类似示例不同，在这种情况下，抽象似乎没有提供足够的[应急方案][15]来提供你想要的东西，但是也许你可以编写*自己*的 API？
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### 构建自己的 Plotly API
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对 Plotly 的操作方式不满意？那就构建自己的 Plotly API！
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Plotly 的核心是一个 JavaScript 库，它使用 [D3][16] 和 [stack.gl][17] 进行绘图。JavaScript 库的接口使用指定的 JSON 结构来绘图。因此，你只需要输出 JavaScript 库喜欢使用的 JSON 结构就好了。
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Anvil 这样做是为了创建一个完全在浏览器中工作的 Python Plotly API。
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![Ployly 使用 JavaScript 库创建图形，由其它语言库通过 JSON 使用][18]
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*Plotly uses a JavaScript library to create plots, driven by libraries in other languages via JSON (© 2019 [Anvil][9])*
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在 Anvil 版本中，你可以同时使用图对象 API 和上面介绍的 Python 数据结构方法。运行完全相同的命令，将数据和布局分配给 Anvil 应用程序中的 [Plot 组件][19]。
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这是用 Anvil 的客户端 Python API 绘制的多列柱状图：
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```
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# 导入 Anvil 库
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from ._anvil_designer import EntrypointTemplate
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from anvil import *
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import anvil.server
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# 导入客户端 Plotly
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import plotly.graph_objs as go
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# 这是一个 Anvil 表单
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class Entrypoint(EntrypointTemplate):
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def __init__(self, **properties):
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# Set Form properties and Data Bindings.
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self.init_components(**properties)
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# 从服务器获取数据
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data = anvil.server.call('get_election_data')
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# 获取一个方便的 x 值列表
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years = data['year']
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x = list(range(len(years)))
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# 定义绘图
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bar_plots = [
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go.Bar(x=x, y=data['conservative'], name='Conservative', marker=go.Marker(color='#0343df')),
|
||
go.Bar(x=x, y=data['labour'], name='Labour', marker=go.Marker(color='#e50000')),
|
||
go.Bar(x=x, y=data['liberal'], name='Liberal', marker=go.Marker(color='#ffff14')),
|
||
go.Bar(x=x, y=data['others'], name='Others', marker=go.Marker(color='#929591')),
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]
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# 规定布局
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layout = {
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'title': 'Election results',
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'yaxis': {'title': 'Seats'},
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'xaxis': {
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'tickmode': 'array',
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'tickvals': list(range(27)),
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'ticktext': data['year'],
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},
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}
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# 生成多列柱状图
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self.plot_1.data = bar_plots
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self.plot_1.layout = layout
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```
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绘图逻辑与上面相同，但是它完全在 Web 浏览器中运行，绘图是由用户计算机上的 Plotly JavaScript 库完成的！与本系列的所有其它 [Python 绘图库][3]相比，这是一个很大的优势。因为其它 Python 库都需要在服务器上运行。
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这是在 Anvil 应用中运行的交互式 Plotly 图：
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![The election plot on the web using Anvil's client-side-Python Plotly library][20]
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*The election plot on the web using Anvil's [client-side-Python][21] Plotly library (© 2019 [Anvil][9])*
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你可以[复制此示例][22]作为一个 Anvil 应用程序（注意：Anvil 需要注册才能使用）。
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在前端运行 Plotly 还有另一个优势：它为自定义交互行为提供了更多选项。
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### 在 Plotly 中自定义交互
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Plotly 绘图不仅是动态的，你可以自定义它们的互动行为。例如，你可以在每个柱状图中使用 `hovertemplate` 自定义工具提示的格式：
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```
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go.Bar(
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x=x,
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y=df['others'],
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name='others',
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marker=go.bar.Marker(color='#929591'),
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hovertemplate='Seats: <b>%{y}</b>',
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),
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```
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当你把这个应用到每个柱状图时，你会看到以下结果：
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![A multi-bar plot with custom tool-tips][23]
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*A multi-bar plot with custom tool-tips (© 2019 [Anvil][9])*
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这很有用，当你想要在某些事件发生时执行任何你想要的代码就更好了（例如，当用户将鼠标悬停在栏上，你想要显示一个相关选举的信息框）。在 Anvil 的 Plotly 库中，你可以将事件处理程序绑定到诸如悬停之类的事件，这使得复杂的交互成为可能。
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![A multi-bar plot with a hover event handler][24]
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*A multi-bar plot with a hover event handler (© 2019 [Anvil][9])*
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你可以通过将方法绑定到绘图的悬停事件来实现：
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```
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def plot_1_hover(self, points, **event_args):
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"""This method is called when a data point is hovered."""
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i = points[0]['point_number']
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self.label_year.text = self.data['year'][i]
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self.label_con.text = self.data['conservative'][i]
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self.label_lab.text = self.data['labour'][i]
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self.label_lib.text = self.data['liberal'][i]
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self.label_oth.text = self.data['others'][i]
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url = f"https://en.wikipedia.org/wiki/{self.data['year'][i]}_United_Kingdom_general_election"
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self.link_more_info.text = url
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self.link_more_info.url = url
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```
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这是一种相当极端的交互性，从开发人员的角度来看，也是一种极端的可定制性。这都要归功于 Plotly 的架构 —— 它有一个简洁的接口，明确的设计是为了让你建立自己的API。如果到处都能看到这种伟大的设计，那将会很有帮助！
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### 使用 Bokeh 进行自定义交互
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现在你已经了解了 Plotly 如何使用 JavaScript 来创建动态图，并且可以使用 Anvil 的客户端编写 Python 代码在浏览器中实时编辑它们。
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Bokeh 是另一个 Python 绘图库，它可以输出可嵌入 Web 应用程序的 HTML 文档，并获得与 Plotly 提供的功能类似的动态功能（如果你想知道如何发音，那就是 “BOE-kay”）。
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via: https://opensource.com/article/20/5/plotly-python
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作者：[Shaun Taylor-Morgan][a]
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选题：[lujun9972][b]
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译者：[MjSeven](https://github.com/MjSeven)
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校对：[wxy](https://github.com/wxy)
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本文由 [LCTT](https://github.com/LCTT/TranslateProject) 原创编译，[Linux中国](https://linux.cn/) 荣誉推出
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[a]: https://opensource.com/users/shaun-taylor-morgan
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||
[b]: https://github.com/lujun9972
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[1]: https://opensource.com/sites/default/files/styles/image-full-size/public/lead-images/colorful_sound_wave.png?itok=jlUJG0bM (Colorful sound wave graph)
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||
[2]: https://opensource.com/resources/python
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||
[3]: https://linux.cn/article-12327-1.html
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||
[4]: https://opensource.com/article/20/4/install-python-linux
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||
[5]: thttps://opensource.com/article/19/5/python-3-default-mac
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||
[6]: https://opensource.com/article/19/8/how-install-python-windows
|
||
[7]: https://opensource.com/article/20/5/matplotlib-python
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||
[8]: https://opensource.com/sites/default/files/uploads/plotly.png (A multi-bar plot made using Graph Objects)
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||
[9]: https://anvil.works/blog/plotting-in-plotly
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||
[10]: https://opensource.com/sites/default/files/uploads/plotly-pio.png (A multi-bar plot made using JSON-like data structures)
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||
[11]: https://plot.ly/python/plotly-express/
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||
[12]: https://anvil.works/blog/tidy-data
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||
[13]: https://opensource.com/article/20/5/seaborn-visualization-python
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||
[14]: https://opensource.com/sites/default/files/uploads/plotly-express.png (A multi-bar plot made using Plotly Express)
|
||
[15]: https://anvil.works/blog/escape-hatches-and-ejector-seats
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||
[16]: https://d3js.org/
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||
[17]: http://stack.gl/
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||
[18]: https://opensource.com/sites/default/files/uploads/plotly-arch.png (Plotly uses a JavaScript library to create plots, driven by libraries in other languages via JSON)
|
||
[19]: https://anvil.works/docs/client/components/plots
|
||
[20]: https://opensource.com/sites/default/files/uploads/plotting-in-anvil.gif (The election plot on the web using Anvil's client-side-Python Plotly library)
|
||
[21]: https://anvil.works/docs/client/python
|
||
[22]: https://anvil.works/login?app-name=Plotting%20in%20Plotly&app-author=shaun%40anvil.works
|
||
[23]: https://opensource.com/sites/default/files/uploads/plotly-tooltips.png (A multi-bar plot with custom tool-tips)
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||
[24]: https://opensource.com/sites/default/files/uploads/plotly-event-handling.gif (A multi-bar plot with a hover event handler)
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