您将如何在 Matplotlib 或 Mayavi 中表示以下 3D 数据？

Question

我有大量数据，我正试图以 3D 形式表示，希望能发现一种模式。我花了很多时间阅读、研究和编码，但后来我意识到我的主要问题不是编程，而是实际上选择一种可视化数据的方式。

Matplotlib 的 mplot3d 提供了很多选项（线框、轮廓、填充轮廓等），MayaVi 也是如此。但是有这么多的选择（每个都有自己的学习曲线），我几乎迷失了，不知道从哪里开始！所以我的问题本质上是如果你必须处理这些数据，你会使用哪种绘图方法？

我的数据是基于日期的。对于每个时间点，我绘制一个值（列表“实际”）。

但是对于每个时间点，我也有一个上限、一个下限和一个中间点。这些限制和中点基于不同平面中的种子。

我想在我的“实际”阅读中发生重大变化时或之前找出要点或识别模式。是不是所有飞机的上限都满足的时候？还是互相接近？是在实际值触及上限/中值/下限时吗？是不是一个位面的Uppers碰到另一个位面的Lowers？

在我粘贴的代码中，我已将数据集缩减为几个元素。我只是使用简单的散点图和线图，但由于数据集的大小（可能还有 mplot3d 的限制？），我无法使用它来发现我正在寻找的趋势。

dates = [20110101,20110104,20110105,20110106,20110107,20110108,20110111,20110112]

zAxis0= [       0,       0,       0,       0,       0,       0,       0,       0]
Actual= [    1132,    1184,    1177,     950,    1066,    1098,    1116,    1211]

zAxis1= [       1,       1,       1,       1,       1,       1,       1,       1]
Tops1 = [    1156,    1250,    1156,    1187,    1187,    1187,    1156,    1156]
Mids1 = [    1125,    1187,    1125,    1156,    1156,    1156,    1140,    1140]
Lows1 = [    1093,    1125,    1093,    1125,    1125,    1125,    1125,    1125]

zAxis2= [       2,       2,       2,       2,       2,       2,       2,       2]
Tops2 = [    1125,    1125,    1125,    1125,    1125,    1250,    1062,    1250]
Mids2 = [    1062,    1062,    1062,    1062,    1062,    1125,    1000,    1125]
Lows2 = [    1000,    1000,    1000,    1000,    1000,    1000,     937,    1000]

zAxis3= [       3,       3,       3,       3,       3,       3,       3,       3]
Tops3 = [    1250,    1250,    1250,    1250,    1250,    1250,    1250,    1250]
Mids3 = [    1187,    1187,    1187,    1187,    1187,    1187,    1187,    1187]
Lows3 = [    1125,    1125,    1000,    1125,    1125,    1093,    1093,    1000]

import matplotlib.pyplot
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

fig = matplotlib.pyplot.figure()
ax  = fig.add_subplot(111, projection = '3d')

#actual values
ax.scatter(dates, zAxis0, Actual, color = 'c', marker = 'o')

#Upper limits, Lower limts, and Mid-range for the FIRST plane
ax.plot(dates, zAxis1, Tops1, color = 'r')
ax.plot(dates, zAxis1, Mids1, color = 'y')
ax.plot(dates, zAxis1, Lows1, color = 'b')

#Upper limits, Lower limts, and Mid-range for the SECOND plane
ax.plot(dates, zAxis2, Tops2, color = 'r')
ax.plot(dates, zAxis2, Mids2, color = 'y')
ax.plot(dates, zAxis2, Lows2, color = 'b')

#Upper limits, Lower limts, and Mid-range for the THIRD plane
ax.plot(dates, zAxis3, Tops3, color = 'r')
ax.plot(dates, zAxis3, Mids3, color = 'y')
ax.plot(dates, zAxis3, Lows3, color = 'b')

#These two lines are just dummy data that plots transparent circles that
#occpuy the "wall" behind my actual plots, so that the last plane appears
#floating in 3D rather than being pasted to the plot's background
zAxis4= [       4,       4,       4,       4,       4,       4,       4,       4]
ax.scatter(dates, zAxis4, Actual, color = 'w', marker = 'o', alpha=0)

matplotlib.pyplot.show()

我得到了这个情节，但它并不能帮助我看到任何共同关系。

我不是数学家或科学家，所以我真正需要的是帮助选择可视化数据的格式。有没有一种有效的方法可以在 mplot3d 中显示这一点？还是您会使用 MayaVis？无论哪种情况，您会使用哪个库和类？

提前致谢。

Answer 1

为了评论您问题的可视化部分（而不是编程），我已经模拟了一些多面图示例，以建议您可能希望用来探索数据的替代方案。

library("lubridate")
library("ggplot2")
library("reshape2")

dates <- c("2011-01-01","2011-01-04","2011-01-05",
           "2011-01-06","2011-01-07","2011-01-08",
           "2011-01-11","2011-01-12")
dates <- ymd(dates)

Actual<- c(    1132,    1184,    1177,     950,    1066,    1098,    1116,    1211,
               1132,    1184,    1177,     950,    1066,    1098,    1116,    1211,
               1132,    1184,    1177,     950,    1066,    1098,    1116,    1211)
z     <- c(       1,       1,       1,       1,       1,       1,       1,       1,
                  2,       2,       2,       2,       2,       2,       2,       2,
                  3,       3,       3,       3,       3,       3,       3,       3)
Tops <- c(    1156,    1250,    1156,    1187,    1187,    1187,    1156,    1156,
              1125,    1125,    1125,    1125,    1125,    1250,    1062,    1250,
              1250,    1250,    1250,    1250,    1250,    1250,    1250,    1250)
Mids <- c(    1125,    1187,    1125,    1156,    1156,    1156,    1140,    1140,
              1062,    1062,    1062,    1062,    1062,    1125,    1000,    1125,
              1187,    1187,    1187,    1187,    1187,    1187,    1187,    1187)
Lows <- c(    1093,    1125,    1093,    1125,    1125,    1125,    1125,    1125,
              1000,    1000,    1000,    1000,    1000,    1000,     937,    1000,
              1125,    1125,    1000,    1125,    1125,    1093,    1093,    1000)

df <- data.frame( cbind(z, dates, Actual, Tops, Mids, Lows))

dfm <- melt(df, id.vars=c("z", "dates", "Actual"))

在第一个示例中，蓝色细线是叠加在每个 z 轴的所有三个级别上的实际值。

p <- ggplot(data = dfm,
            aes(x = dates,
                y = value,
                group = variable,
                colour = variable)
            ) + geom_line(size = 3) +
                facet_grid(variable ~ z) +
                geom_point(aes(x = dates,
                               y = Actual),
                           colour = "steelblue",
                           size = 3) +
                               geom_line(aes(x = dates,
                                             y = Actual),
                                         colour = "steelblue",
                                         size = 1) +
                                             theme_bw()
p

在第二组中，每个面板都有一个实际值相对于每个 z 轴中三个级别（上、中、下）的散点图。

p <- ggplot(data = dfm,
            aes(x = Actual,
                y = value,
                group = variable,
                colour = variable)
            ) + geom_point(size = 3) +
                geom_smooth() +
                facet_grid(variable ~ z) +
                theme_bw()
p

Answer 2

谢谢你，高登。 R 实际上是我研究的一部分，我已经安装了，但在教程中做得还不够。除非它违反 StackOverFlow 规则，否则我会很高兴看到你的 R 代码。

我已经尝试过 2D 表示，但在许多情况下，Tops1/Tops2/Tops3 的值（以及 Lows 的类似）将是相等的，因此这些线最终会相互重叠和模糊。这就是我尝试 3D 选项的原因。您对 3 个二维图形面板的想法是我没有探索过的一个很好的建议。

我会试一试，但我认为 3D 绘图会给我一个更清晰的画面，尤其是显示值收敛的线框/网格图，我会看到蓝点漂浮在 3D 空间中线框上的线条开始形成高峰或低谷的点。我就是无法让它工作。

我尝试过调整matplotlib's Wireframe example，但我得到的情节看起来根本不像线框。

这就是我从 下面的代码中得到的，只有两个数据元素（Tops1 和 Tops2）：

dates = [20110101,20110104,20110105,20110106,20110107,20110108,20110111,20110112]

zAxis0= [       0,       0,       0,       0,       0,       0,       0,       0]
Actual= [    1132,    1184,    1177,     950,    1066,    1098,    1116,    1211]

zAxis1= [       1,       1,       1,       1,       1,       1,       1,       1]
Tops1 = [    1156,    1250,    1156,    1187,    1187,    1187,    1156,    1156]
Mids1 = [    1125,    1187,    1125,    1156,    1156,    1156,    1140,    1140]
Lows1 = [    1093,    1125,    1093,    1125,    1125,    1125,    1125,    1125]

zAxis2= [       2,       2,       2,       2,       2,       2,       2,       2]
Tops2 = [    1125,    1125,    1125,    1125,    1125,    1250,    1062,    1250]
Mids2 = [    1062,    1062,    1062,    1062,    1062,    1125,    1000,    1125]
Lows2 = [    1000,    1000,    1000,    1000,    1000,    1000,     937,    1000]

zAxis3= [       3,       3,       3,       3,       3,       3,       3,       3]
Tops3 = [    1250,    1250,    1250,    1250,    1250,    1250,    1250,    1250]
Mids3 = [    1187,    1187,    1187,    1187,    1187,    1187,    1187,    1187]
Lows3 = [    1125,    1125,    1000,    1125,    1125,    1093,    1093,    1000]

import matplotlib.pyplot
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

fig = matplotlib.pyplot.figure()
ax  = fig.add_subplot(111, projection = '3d')

####example code from: http://matplotlib.sourceforge.net/mpl_toolkits/mplot3d/tutorial.html#wireframe-plots
#from mpl_toolkits.mplot3d import axes3d
#import matplotlib.pyplot as plt
#import numpy as np

#fig = plt.figure()
#ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
#X, Y, Z = axes3d.get_test_data(0.05)
#ax.plot_wireframe(X, Y, Z, rstride=10, cstride=10)

#plt.show()

X, Y, Z =  dates, Tops1, Tops2 
ax.plot_wireframe(X, Y, Z, rstride=1, cstride=1, color = 'g')

matplotlib.pyplot.show()