大数据可视化 教案 1-4Matplotlib绘制特殊图形

《大数据可视化》教案（学年第学期）课程名称： 大数据可视化所属专业： 大数据技术所属系部： 计算机与软件技术授课班级：课程总学时： 任课教师：PAGEPAGE1序号：1一、教学分析课题名称Matplotlib图表绘制（特殊图形）课程大数据可视化系部计算机与软件技术系任课教师教材《大数据可视化技术》课题类型理论+实践课课时2课时地点实训机房班级内容提要与时间分配：1、学习目标素质目标小组协作能力问题处理能力知识目标了解发散型文本图了解连续变量的直方图了解类型变量的直方图了解饼状条形图了解空心饼图了解带标记的饼图和空心饼图了解季节图了解3D条形图绘制词云图技能目标掌握发散型文本图的绘制掌握连续变量的直方图的绘制掌握类型变量的直方图的绘制掌握饼状条形图的绘制掌握空心饼图的绘制掌握带标记的饼图和空心饼图的绘制掌握季节图掌握3D条形图绘制词云图2、教学内容内容布置：发散型文本图的绘制连续变量的直方图的绘制类型变量的直方图的绘制饼状条形图的绘制空心饼图的绘制带标记的饼图和空心饼图的绘制季节图的绘制3D条形图的绘制词云图的绘制内容引入：是对于上一堂课的图表的补充知识讲解：发散型文本图、连续变量直方图、类型变量直方图、饼状条形图、空心饼图、带标记的饼图和空心饼图图、季节图、3D条形图的绘制与代码举例。内容总结：总结本节课程中遇到的问题，并对涉及到的知识点进行梳理。3、本次课程内容特点：4、教学重点与难点重点：连续变量直方图、类型变量直方图、饼状条形图、空心饼图表的绘制难点：发散型文本图、季节图表的绘制5、学情分析1、学生在学习本课程之前已掌握了Matplotlib大部分图标的绘制，对于Matplotlib绘图原理相对熟悉。6、教学设计基本原则：1、将教学内容与信息资源进行有机整合，利用实训平台创造一个同时具备项目式体验功能、教学实施功能、学习效果评测功能和实时互动交流功能的多功能信息化教学环境。2、充分利用教材、学习通教学平台、多媒体课件和实训室等信息化教学手段，调动学生积极性和主动性，促进学生自主学习和主动学习。7、教学方法、手段：1、案例教学法：本情境教学开始引入可视化案例，引出课程目标及重点和难点。2、过程互动教学法：教学过程中使学生积极回答问题，小组内展开讨论，并组间进行分享。3、“任务驱动”法，下发随堂任务，由学生独立完成，教师当堂进行考核和讲评，解决学生遇到的问题，并就共性问题进行点评。8、内容提要与时间分配环节一：课程回顾（5分钟）环节二：发散型文本图（10分钟）环节三：连续变量的直方图（10分钟）环节四：类型变量的直方图（10分钟）环节五：饼状条形图（10分钟）环节六：空心饼图（10分钟）环节七：带标记的饼图和空心饼图（10分钟）环节八：季节图（10分钟）环节九：3D条形图（5分钟）环节十：词云图的绘制（5分钟）环节十：任务总结（5分钟）9、教学材料教材《大数据可视化技术》二、教学组织方式（专业课程知识点击思政微课任务驱动方式、结合专业教师引导，完善理实一体的教学环境及方法。三、学习资源使用多媒体教学平台完成课前复习、教学资源分发、作业评分。微课教学平台完成在线课自学、教师操作视频演示、及课程思政微课的展示。教学反馈平台完成学情调查、教学实施效果调查，了解学生学情和课堂教学反馈。四、教学实施环节一：课程回顾（思维导图）（5分钟）课程回顾：通过思维导图，对前一章节课程知识点进行回顾。思维导图如下图所示：环节二：发散型文本图（10分钟）结合知识准备对本任务图表进行了解，结合业务操作1进行讲解和实践绘制发散型文本图。发散型文本图对发散型条形图做了进一步的文本补充，2021年中国各省GDP发散型文本图所示，可以更清晰地通过数据比对中国各省GDP的情况，发散型文本图以一种漂亮和可呈现的方式显示图表中每个项目的价值。学生参考教师示例，根据任务书提供的数据源，将绘制发散型文本图表，学生实施过程中（根据教材给出的示例代码），遇到问题可随时向教师咨询，任课教师负责整体进度把控，及问题解决，发散文本图和比文本图绘制方法复杂，可以让学生对照学习。环节三：连续变量的直方图（10分钟）结合业务操作进行讲解和实践绘制连续变量的直方图。连续变量的直方图是基于数据的出现频率进行分组展示。示例中选取美国环境保护署对38种汽车的观察数据集，针对汽车类型和对应的发动起排放量进行数据分析展示。学生参考教师示例，根据任务书提供的数据源，将绘制连续变量的直方图，学生实施过程中（根据教材给出的示例代码），遇到问题可随时向教师咨询，任课教师负责整体进度把控，及问题解决，绘制图形如下所示。环节四：类型变量的直方图（10分钟）结合业务操作进行讲解和实践绘制类型变量的直方图。类型变量的直方图可以清晰获得每家供应商的汽车类型分布情况，通过对条形图进行着色，可以将分布与表示颜色的另一个分类变量相关联。学生参考教师示例，根据任务书提供的数据源，将绘制类型变量的直方图，学生实施过程中（根据教材给出的示例代码），遇到问题可随时向教师咨询，任课教师负责整体进度把控，及问题解决，可以让学生对照学习类型变量的直方图和连续变量的直方图。环节五：饼状条形图（10分钟）结合业务操作4进行讲解和实践绘制饼状条形图。饼状条形图，即将饼状图映射到极坐标空间中进行绘制。使用票房排名前20的电影票房数据绘制饼状条形图。将条形图绘制方法matplotlib.axes.Axes.bar()的projection属性设置为’polar’，x-坐标轴数据设置为(0,2π)的均匀划分，y-坐标轴设置为票房数据，tick_label标注每个条形数据的标签。学生参考教师示例，根据任务书提供的数据源，将绘制饼状条形图，学生实施过程中（根据教材给出的示例代码），遇到问题可随时向教师咨询，任课教师负责整体进度把控，及问题解决。绘制结果如下所示。环节六：空心饼图（10分钟）结合业务操作5进行讲解和实践绘制空心饼图。使用票房排名前20的电影票房数据绘制空心饼图。相比较饼图，绘制空心饼图需要额外设置空心区域宽度，即设置饼图绘制方法matplotlib.axes.Axes.pie()中wedgeprops参数的width属性。设置autopct属性可在每一楔形顶部以字符串格式显示百分比数值，向其传入set_labels()自建函数可根据需要设置显示数据格式。pctdistance属性可调节百分比数值与圆心的距离。学生参考教师示例，根据任务书提供的数据源，将绘制空心饼图，学生实施过程中（根据教材给出的示例代码），遇到问题可随时向教师咨询，任课教师负责整体进度把控，及问题解决。环节七：带标记的饼图和空心饼图（10分钟）结合业务操作7进行讲解和实践绘制带标记的饼图和空心饼图。教师讲授Axes.annotate函数及其参数的使用格式和设置方法。使用票房排名前20的电影票房数据。通过遍历绘制饼图函数matplotlib.axes.Axes.pie()的楔形返回值wedges，计算每个楔形弧度的中点，设为文本标注位置(x,y)，以及设定箭头属性arrowprops和连接方式connectionstyle。最终在标注函数中通过线性偏移设置文本位置，完成绘制带标记的饼图及空心饼图。本操作难度较大，程序复杂，教师对教材中的主要代码进行详细讲解，学生参考教师示例，根据任务书提供的数据源，将绘制饼图以及空心饼图，学生实施过程中（根据教材给出的示例代码），遇到问题可随时向教师咨询，任课教师负责整体进度把控，及问题解决。环节八：季节图（10分钟）结合业务操作进行讲解和实践绘制季节图。使用1967-2014年失业中位数与个人储蓄率的统计数据集，用pd.pivot_table()函数抽取原数据集中2010-2014年个人储蓄率，以month为行索引值(index)，year为列索引值(column)，value值为个人储蓄率，构建新数据表economics_table。用matplotlib.axes.Axes.plot()函数在同一图像内分别用不同颜色绘制五年的个人储蓄率折线图，可直观地纵向比较同一季节数据变化特征。学生参考教师示例，根据任务书提供的数据源，绘制季节图，学生实施过程中（根据教材给出的示例代码），遇到问题可随时向教师咨询，任课教师负责整体进度把控，及问题解决。环节九：3D条形图（5分钟）结合业务操作进行讲解和实践绘制季节图。教师介绍3D图形的相关函数以及参数设置。介绍iris数据集。介绍3D条形图的宽度、深度、高度和颜色都可以通过参数进行设置的方法。教师编写程序，并讲解相关函数，演示运行结果，学生同步实践。运行结果如下图：环节十：3D条形图（5分钟）们使用matplotlib库来绘制简单的词云图，首先使用WordCloud类来创建词云对象。将文本数据text传递给WordCloud对象来生成词云。最后，我们使用imshow()函数来显示词云图，并使用axis()函数来隐藏坐标轴。WorldCloud()里的一些常用参数：width表示词云图片宽度，设置为400像素；height表示词云图片高度，设置为400像素；background_color='white'表示图片背景为白色。环节十：任务总结（10分钟）归纳总结，本节主要学习利用Matplotlib绘制特殊图形，如：发散性文本图、连续变量的直方图和离散变量的直方图、饼图以及空心饼图、季节图和3D条形图。本节难度较大，注意放慢进度，注重培养学生团队的些能力和合作精神。【思政作业】按燃料类型划分的汽车污染物排放量（1）汽油车污染物排放情况2021年全国汽油车CO、HC、NOx排放量分别为567.3万吨、138.8万吨、28.6万吨，占汽车排放总量的81.8%、76.2%、5.0%。（2）柴油车污染物排放情况2021年全国柴油车CO、HC、NOx、PM排放量分别为118.7万吨、18.3万吨、502.1万吨、6.4万吨，占汽车排放总量的17.1%、10.1%、88.3%、99%以上。（3）燃气车污染物排放情况2021年全国燃气车CO、HC、NOx排放量分别为7.5万吨、24.9万吨、37.8万吨，占汽车排放总量的1.1%、13.7%、6.7%。根据以上数据，请编写程序画出以下所示的结果图。并根据可视化结果，结合我国国情，写出降低柴油车污染物排放的意见和建议。五、教学效果与课后反思1.教学效果通过多媒体教学平台，完成课前复习、任务分发、指导书下载、作业评分，方便学生实时学习。微课教学平台，完成在线课自学、教师操作视频演示、及课程思政微课的展示，培养并提高学生自主学习能力。教学反馈平台，完成学情调查、教学实施效果调查，了解学生学情和课堂教学反馈。运用兴趣导向教学方法，将知识点实例化，逐步构建学生创新思维，突出教学重点，解决教学难点，提