Python: Построение графиков по данным из файла

Когда я был ВУЗ(овцем) нам на первом курсе на лабораторных работах по Физике часто приходилось строить графики. Причем рисовать их приходилось от руки на миллиметровой бумаге. Выглядело это кустарно. С первого раза начертить график не получалось. Приходилось стирать ластиком. Миллиметровая шкала стиралась. На графике появлялись белые облака.

Тогда в 200x просто не хватало навыков программирования чтобы отрисовать эти графики на PC. Сейчас же построить график можно с легкостью на LapTop(е). Причем существует целая куча разных способов построить график на PC. Это можно делать в Google Spreadsheets, MatLab, MathCAD, GNU Octave, GNU Plot, MS Excel, GraphViz, Asymptote.

Попробуем еще построить график на Python при помощи программного компонента matplotlib.

Постановка задачи:

Есть файл LiLog.csv. Вот несколько его строчек:

  14,   1.833,  22.25, 22:43:09, 9/7/2023, 1517544445
  15,   0.833,  22.25, 22:43:29, 9/7/2023, 1517544465
  16,   0.000,  22.25, 22:43:49, 9/7/2023, 1517544485
  17,   0.833,  22.25, 22:44:09, 9/7/2023, 1517544505

Надо построить 2D график, где по оси Х n-ный столбец, а по оси Y - k-тый столбец из текстового файла.

Что надо из софтвера?

№	Программа	Назначение
1	Python.exe	Интерпретатор язык программирования Python
2	matplotlib	Модуль для визуализации
3	csv	Модуль синтаксического разбора *.CSV файлов
4	NotePad++.exe	Текстовый редактор для написания Python скрипта и редактирования файла с исходными данными для графика

Решение

Вот этот скрипт берет *.csv файл и строит график по 4му и 2му столбцу.

import matplotlib.pyplot as plt
import csv

X = []
Y = []

with open('LiLog.csv', 'r') as datafile:
    plotting = csv.reader(datafile, delimiter=';')
    
    for ROWS in plotting:
        X.append(float(ROWS[5]))
        Y.append(float(ROWS[1]))

plt.plot(X, Y)
plt.title('Line Graph using CSV')
plt.xlabel('X')
plt.ylabel('Y')
plt.show()

Что происходит в этом скрипте. Программа создает 2 списка: X Y. В список X помещает числа из 4го столбца в список Y помещает данные из второго столбца. Затем программа отрисовывает график по этим значениям на канве в отдельном окне.

Получился вот такой график

График естественного освещения от времени

Также в график можно добавить еще один график, пояснения (легенду).

import matplotlib.pyplot as plt
import csv

X = []
Y = []

with open('LiLog.csv', 'r') as datafile:
    plotting = csv.reader(datafile, delimiter=';')
    
    for ROWS in plotting:
        X.append(float(ROWS[5]))
        #X.append('{} {}'.format(ROWS[3], ROWS[4]))
        Y.append(float(ROWS[1]))

print ('X {} Nums'.format(len(X)))
print ('Y {} Nums'.format(len(Y)))

threshold=63.0
T=[threshold]*len(Y)

print ('Type X {} '.format(type(X)))
print ('Type Y {} '.format(type(Y)))
print ('Type T {} '.format(type(T)))

plt.plot(X, Y)
plt.plot(X, T)
plt.title('Illumination change')
plt.xlabel('Time,[s]')
plt.ylabel('Light level, [Lx]')
plt.grid()
plt.xticks(rotation=-90)
plt.legend(['illumination', 'threshold {} Lx'.format(threshold)])
plt.show()

Чтобы это код исполнился надо предварительно в консоли прописать

pip install matplotlib

Вот, например, для наглядности добавлена прямая порогового значения для данного измерения на уровне 63 Люкс.

График естественного освещения от времени

График в matplotlib не просто статический. Его можно увеличивать в интересующем месте и подставить поля графика в меню, которое расположено в нижнем левом углу окна.

время рассвета 1:24:41

Достоинства построения графиков на Python

1. Это бесплатно. В отличие от MatLab, MathCAD в Python вы можете строить графики абсолютно бесплатно.

2. Есть аналитика. Можно увеличивать график, сохранять график в формате *.png файла, задавать масштаб, подстраивать ширину полей, разворачивать шкалу, накладывать сетку.

3. По Python скрипту можно сгенерировать *.exe файл на случай, если захочется скрыть алгоритм построения графика.

4. Нет артефактов и временных файлов. Никаких *.o *.ld не нужно, как если бы вы решили писать графопостроитель на С++. Есть только *.py файл с исходником и больше ничего не нужно.

5. Всё делается чисто кодом. Вам даже мышка не нужна чтобы построить график. Не будет болеть запястье.

6. Благодаря Python можно исполнять скрипты в любой операционной системе: Windows, Linux и проч. Главное чтобы был интерпретатор Python и графическая оболочка.

Недостатки построения графиков в Python

1. Не совсем ясно как отображать отсчеты графика в реальном времени. Например когда числа поступают с улицы из последовательного COM пота или TCP сокета.

Вывод

Интерпретатор Python в связке с Matplotlib это отличный вариант для визуализации экспериментальных данных из текстового *.csv файла.

Акроним	Расшифровка
CSV	Comma-Separated Values
PC	personal computer

Links

https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.769a89e5-64b314a2-b8a40da2-74722d776562/https/www.geeksforgeeks.org/how-to-plot-data-from-a-text-file-using-matplotlib/