Google Colab上でPythonにて3D散布図のアニメーションをつくる

 

Pythonで重回帰分析を行った時に、3次元の散布図を作ります。Google Colab上で表示させると手動で回転させることができないので、いろいろな角度でグラフを見たい場合、少しずつ設定を変えないといけません。

それが、面倒くさいので今回はグラフをアニメーションにしてみました。

○アニメーションにするメリット

グラフをアニメーション化すると以下のようなメリットがあります。

データの変化を視覚的に理解しやすい:

アニメーションは時間経過に沿ってデータがどのように変化するかを直感的に示すことができます。静止した図よりも、動いているアニメーションはデータのトレンドやパターンを理解しやすくします。

 

相互作用性の向上:

アニメーションを使用すると、ユーザーは視点の変更やアニメーションの一時停止などの操作を行うことができます。これにより、より深い分析や比較が可能になります。

 

説明やプレゼンテーションの効果的な支援:

データのアニメーションは、説明やプレゼンテーションで使用すると、観客にデータの重要な側面やパターンを明確に伝えることができます。特に複雑なデータセットや多次元のデータを扱う場合に有効です。

 

洞察の発見:

アニメーションによって、データの時間的な変化や相関関係、変数間の動的な関係を発見することができる場合があります。特に、データの時間的なトレンドや周期性がある場合に役立ちます。

 

インタラクティブ性の向上:

アニメーションを使用することで、ユーザーはグラフの表示や操作を行いながらデータを理解することができます。これにより、データの深い探索が可能になります。

○3次元散布図を書くPythonコード

import pandas as pd

import matplotlib.pyplot as plt

data = pd.read_excel("/content/aaa.xls")

x = data["b"]

y = data["d"]

z = data["c"]

 fig = plt.figure()

aa = plt.subplot(projection="3d")

bb = aa.scatter(x,y,z,color = "red")

このコードで、コラボ上にアップロードしたaaaというExcelファイルからパンダスでデータを抽出して、3次元のグラフを書くことができます。

 ○アニメーションにするPythonコード

from matplotlib.animation import FuncAnimation

from IPython.display import HTML

def upload(frame):

  aa.view_init(elev=10,azim=frame)

  return bb,

ani = FuncAnimation(fig,upload,frames=range(0,300,5),blit=True)

HTML(ani.to_jshtml())

このコードを付け加えるとグラフをアニメーション化してくるくると動かすことができるようになります。

 ○コードの説明

このコードは、PandasとMatplotlibを使用して3次元散布図をアニメーション化し、Googleコラボ上で表示するものです。以下にコードの詳細な説明を示します。

 

ライブラリのインポート:

import pandas as pd

import matplotlib.pyplot as plt

from matplotlib.animation import FuncAnimation

from IPython.display import HTML

pandas: データを操作するためのライブラリ。

matplotlib.pyplot: グラフを描画するためのライブラリ。

FuncAnimation： Matplotlibでアニメーションを作成するためのクラス。

HTML：アニメーションを表示するためのクラス。

データの読み込み:

data = pd.read_excel("/content/aaa.xls")

Excelファイル(/content/aaa.xls)からデータを読み込み、dataという名前のPandasのDataFrameに格納しています。

データの準備:

x = data["b"]

y = data["d"]

z = data["c"]

DataFrame data から列 "b", "d", "c" を抽出し、それぞれx, y, zに代入しています。これらは3次元散布図の座標として使用されます。

図の設定:

fig = plt.figure()

aa = plt.subplot(projection="3d")

bb = aa.scatter(x, y, z, color="red")

plt.figure() で新しい図を作成し、aa という名前の3次元サブプロットを作成します。

aa.scatter() で散布図を描画し、座標(x, y, z)を使い、全ての点を赤色で表示しています。

アニメーション関数の定義:

def upload(frame):

    aa.view_init(elev=10, azim=frame)

    return bb,

upload 関数は FuncAnimation によってフレームごとに呼び出される関数です。frame はアニメーションのフレーム番号を表します。

aa.view_init(elev=10, azim=frame) で視点の角度を設定しています。elev は上下方向の角度、azim は左右方向の角度です。

アニメーションの作成:

ani = FuncAnimation(fig, upload, frames=range(0, 300, 5), blit=True)

FuncAnimation を使用してアニメーションを作成します。

frames=range(0, 300, 5) で0から299までの数値を5刻みでフレームとして使用します。

blit=True はアニメーションの高速化のためのオプションです。

アニメーションの表示:

HTML(ani.to_jshtml())

ani.to_jshtml() でアニメーションをHTMLの形式に変換し、HTML() を使ってGoogleコラボ上で表示可能な形式に変換します。

このコードは、Excelファイルからデータを読み込んで3次元散布図を描画し、視点をアニメーション化しています。Googleコラボで実行することで、インタラクティブな形式でアニメーションを確認することができます。

○まとめ

Pythonで重回帰分析などを行った時に作る3次元散布図をアニメーション化する方法を説明しました。普通のグラフをアニメーション化すると動きのある資料で説明ができるようになり、説得力を増すことができます。

Pythonは少ないコードでいろいろできて楽しいですね。