Seaborn 3-й урок (практическая работа)

import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt
import pandas as pd

# Устанавливаем дефолтный стиль графиков (красиво "из коробки")
sns.set_theme(style="darkgrid")

Попробуйте переключить тему и посмотреть, как изменится восприятие:

# Вариант с белой сеткой (отлично для презентаций)
sns.set_theme(style="whitegrid")

# Простой график для теста
plt.figure(figsize=(6, 4))
sns.histplot(data=df, x="body_mass_g")
plt.show()

(Обратите внимание: Seaborn автоматически сделал графики полупрозрачными в местах наложения, чтобы данные не перекрывали друг друга).

KDE Plot: Только гладкие линии

Если столбцы гистограммы создают слишком много визуального шума, можно использовать sns.kdeplot(). Это отличный способ сравнить распределения, создавая эффект "горного хребта".

Параметр fill=True (в старых версиях shade) закрашивает область под графиком, делая его более читаемым.

plt.figure(figsize=(10, 6))
sns.kdeplot(data=df, x="flipper_length_mm", hue="species", fill=True, alpha=0.6, palette="crest")
plt.title("Плотность распределения длины плавников")
plt.show()

4. Отношения переменных (Scatterplot)

Когда нужно найти зависимость между двумя числовыми переменными (корреляцию), мы используем — Scatterplot (точечная диаграмма).

В Matplotlib создание такого графика — дело нехитрое (plt.scatter), но сложности начинаются, когда вы хотите добавить в этот график контекст. Например, покрасить точки в зависимости от категории или изменить их размер в зависимости от веса. В Seaborn это делается передачей названий колонок в соответствующие аргументы.

Многомерность на плоскости

Давайте посмотрим зависимость длины клюва (bill_length_mm) от его глубины (bill_depth_mm). Но чтобы выжать из графика максимум, мы добавим еще два измерения:

1. Цвет (hue): Будет отвечать за вид пингвина.

2. Размер (size): Будет показывать массу тела (body_mass_g).

Таким образом, мы получим 4D-график на плоском экране.

plt.figure(figsize=(11, 7))

sns.scatterplot(
    data=df,
    x="bill_length_mm", 
    y="bill_depth_mm", 
    hue="species",       # 3-е измерение: цвет по виду
    size="body_mass_g",  # 4-е измерение: размер точки по весу
    sizes=(20, 200),     # Задаем диапазон размеров точек (мин, макс)
    alpha=0.7,           # Немного прозрачности для наложений
    palette="viridis"    # Красивая цветовая гамма
)

plt.title("Характеристики клюва пингвинов")
# Легенду можно подвинуть, если она мешает (bbox_to_anchor)
plt.legend(bbox_to_anchor=(1.05, 1), loc='upper left', borderaxespad=0)
plt.show()

Что мы видим?

Если бы мы построили этот график без hue="species", мы бы увидели просто облако точек и могли бы ошибочно решить, что корреляции нет или она слабая.

Однако разбиение по цветам сразу выявляет скрытую структуру (так называемый парадокс Симпсона):

• У каждого вида пингвинов есть четкая зависимость: чем длиннее клюв, тем он глубже (или наоборот, в зависимости от вида).

• Виды идеально кластеризуются: Gentoo (обычно самые крупные точки) живут в своей области графика.

Полезные параметры:

• style: Можно менять не только цвет, но и форму маркера (крестик, кружок, квадрат) в зависимости от категории.

• sizes: Обязательно используйте этот кортеж (min, max), если используете параметр size. Иначе разница между маленькими и большими точками может быть едва заметной.

5. Категориальные данные (Barplot и Boxplot)

Часто перед аналитиком стоит задача сравнить показатели между группами. Кто тяжелее: самцы или самки? На каком острове пингвины имеют самый длинный клюв? Для этого мы используем графики, где одна ось — это категория (текст), а вторая — число.

Столбчатая диаграмма (Barplot)

В Matplotlib, чтобы построить график среднего значения по группам, вам сначала нужно сделать groupby(), посчитать .mean(), и только потом рисовать.

sns.barplot() делает это за вас. По умолчанию он считает среднее значение для каждой категории.

Обратите внимание на черные полоски сверху каждого столбца. Это не «антенны», это доверительный интервал (по умолчанию 95%). Seaborn автоматически рассчитывает его методом бутстрапа. Если полоска короткая — значит, данных много и разброс небольшой (мы уверены в среднем значении). Если длинная — данных мало или они очень шумные.

plt.figure(figsize=(8, 5))

# Считаем среднюю массу тела для каждого вида
sns.barplot(data=df, x="species", y="body_mass_g", palette="magma")

plt.title("Средняя масса тела по видам (с 95% доверительным интервалом)")
plt.show()

Совет: Если вам нужно не среднее, а, например, медиана или сумма, передайте соответствующую функцию в параметр estimator (например, estimator=sum).

Ящик с усами (Boxplot)

Barplot хорош, но он скрывает детали. Он показывает среднее, но прячет разброс и выбросы. Тут на помощь приходит Boxplot («Ящик с усами»).

Это стандарт де-факто для поиска аномалий.

• Коробка: показывает интерквартильный размах (от 25% до 75% данных). Полоса внутри — медиана.

• Усы: основная масса данных.

• Точки за усами: выбросы (outliers). Именно на них стоит обратить внимание при чистке данных.

Давайте усложним задачу: посмотрим распределение массы не только по видам, но и по полу.

plt.figure(figsize=(10, 6))

sns.boxplot(data=df, x="species", y="body_mass_g", hue="sex", palette="coolwarm")

plt.title("Распределение массы: Вид vs Пол")
plt.show()

Здесь мы сразу видим выбросы (ромбики) у вида Chinstrap, которых не было видно на обычном барплоте.

Скрипичная диаграмма (Violinplot)

Если boxplot кажется вам слишком грубым (или скучным), попробуйте violinplot. Это гибрид ящика с усами и KDE (графика плотности). Чем «толще» скрипка, тем больше там значений.

Киллер-фича здесь — параметр split=True. Он позволяет нарисовать две половины скрипки для разных категорий (например, Male/Female), экономя место на экране.

plt.figure(figsize=(10, 6))

sns.violinplot(
    data=df, 
    x="species", 
    y="flipper_length_mm", 
    hue="sex", 
    split=True,       # Разделяем скрипку на две половинки
    inner="quart",    # Рисуем квартили внутри
    palette="muted"
)

plt.title("Сравнение длины плавников (Violinplot)")
plt.show()

Это выглядит намного современнее и сразу показывает форму распределения данных внутри каждой группы.

6. Линейные графики и временные ряды

Если ваши данные имеют временную привязку (продажи по дням, курс валют, трафик на сайте), то ваш выбор — sns.lineplot().

Для этого примера нам придется попрощаться с пингвинами (они не меняются во времени) и загрузить датасет flights, который показывает количество авиапассажиров по месяцам с 1949 по 1960 год.

flights = sns.load_dataset("flights")
print(flights.head())

Результат:

   year month  passengers
0  1949   Jan         112
1  1949   Feb         118
...

Автоматическая агрегация и «тень»

В Matplotlib, если у вас есть несколько точек данных для одного значения X (например, 12 месяцев для 1949 года), и вы построите линейный график, вы получите кашу из вертикальных линий.

Seaborn умнее. Если вы передадите ему «сырые» данные, он автоматически:

1. Посчитает среднее значение для каждой точки X (года).

2. Нарисует полупрозрачную тень вокруг линии — это доверительный интервал (confidence interval).

Эта тень показывает разброс данных. Если она узкая — значения в этом году были стабильны. Если широкая — была сильная волатильность (сезонность).

plt.figure(figsize=(10, 6))

# Строим график общего тренда
sns.lineplot(data=flights, x="year", y="passengers")

plt.title("Рост пассажиропотока (среднее по годам)")
plt.show()

Вы сразу видите глобальный тренд: количество пассажиров растет. Тень говорит нам о том, что с годами увеличивается не только среднее количество, но и разброс между «тихими» и «популярными» месяцами (тень расширяется к концу графика).

Детализация (Hue)

Если мы хотим видеть не среднюю температуру по больнице, а каждый месяц отдельно, используем уже знакомый параметр hue.

plt.figure(figsize=(10, 6))

sns.lineplot(data=flights, x="year", y="passengers", hue="month", palette="viridis")

plt.title("Пассажиропоток по месяцам")
plt.legend(bbox_to_anchor=(1.02, 1), loc='upper left', borderaxespad=0) # Выносим легенду наружу
plt.show()

Теперь мы видим четкую сезонность: летом (светлые и зеленые линии) летают гораздо больше, чем зимой (фиолетовые линии), и этот разрыв увеличивается с каждым годом.

Полезно знать:

• Если тень вам мешает или график перегружен, её можно отключить параметром errorbar=None (в старых версиях ci=None).

• Если нужно добавить маркеры на линию (точки), используйте marker='o'.

7. Тепловая карта (Heatmap) — любимец публики

Если Scatterplot показывает отношение двух переменных, то Heatmap позволяет взглянуть на все отношения сразу. Это самый эффектный способ визуализировать таблицы, где значения кодируются цветом.

Кейс 1: Матрица корреляций

Самая частая задача в Data Science: «Что с чем связано?». Зависит ли масса тела пингвина от длины его клюва?

Чтобы это узнать, сначала строим матрицу корреляций с помощью Pandas (.corr()), а затем скармливаем её в sns.heatmap().

# Рассчитываем корреляцию (только для числовых колонок)
# numeric_only=True обязателен в новых версиях Pandas, чтобы игнорировать текстовые поля
corr_matrix = df.corr(numeric_only=True)

plt.figure(figsize=(8, 6))

sns.heatmap(
    corr_matrix, 
    annot=True,     # Пишем значения внутри ячеек
    cmap='coolwarm', # Цветовая гамма (синий-белый-красный)
    fmt=".2f",      # Формат чисел (2 знака после запятой)
    vmin=-1, vmax=1 # Фиксируем границы цветов (от -1 до 1)
)

plt.title("Матрица корреляций параметров пингвинов")
plt.show()

На что смотреть:

• Красный (близко к 1): Сильная прямая связь. Например, flipper_length_mm и body_mass_g (0.87) — чем длиннее ласты, тем тяжелее пингвин. Логично.

• Синий (близко к -1): Обратная связь.

• Белый (около 0): Связи нет.

Лайфхак: используйте палитру coolwarm или RdBu для корреляций, чтобы ноль всегда был нейтрального (белого) цвета.

Кейс 2: Временная сетка

Вернемся к датасету flights. Линейный график показал нам тренд, но Heatmap может показать структуру сезона еще нагляднее.

Для этого нам нужно превратить длинную таблицу в широкую (сводную), где строки — это месяцы, а столбцы — годы.

# Трансформируем данные в матрицу
flights_matrix = flights.pivot(index="month", columns="year", values="passengers")

plt.figure(figsize=(10, 7))

sns.heatmap(
    flights_matrix, 
    cmap="YlGnBu",   # Желто-зелено-синяя палитра (хороша для количеств)
    linewidths=0.5,  # Делаем сетку между ячейками
    annot=True, 
    fmt="d"          # Формат "d" (integer) для целых чисел
)

plt.title("Тепловая карта пассажиропотока")
plt.show()

Теперь мы видим данные как «плитку».

1. По вертикали: Видно, что июль и август (самые темные ячейки) — самые загруженные месяцы в любом году.

2. По горизонтали: Видно, как с годами цвет становится все темнее (общий рост потока).

Это идеальный график для поиска сезонных паттернов и аномалий в продажах, трафике или активности пользователей.

8. Быстрый обзор всего датасета (Pairplot)

Представьте, что вы только что получили новый датасет. Вы еще не знаете, какие параметры важны, а какие — мусор. Вам нужно провести EDA (Exploratory Data Analysis) и быстро взглянуть на все возможные связи.

Строить 10 разных scatterplot вручную — долго.
sns.pairplot() делает это одной командой.

Эта функция берет все числовые переменные вашего датасета и строит сетку графиков «каждый с каждым».

# Строим сетку графиков
# corner=True убирает дублирующиеся графики сверху (зеркальные), делая картинку чище
sns.pairplot(df, hue="species", palette="husl", corner=True)

plt.show()

Как читать этот график?

Вы получите треугольную сетку (благодаря corner=True), где:

1. По диагонали: Расположены графики распределения (KDE или гистограммы) для каждой конкретной переменной. Здесь мы видим, как разделяются виды пингвинов по каждому отдельному параметру.

2. Остальные ячейки: Это scatterplot для пары переменных (пересечение строки и столбца).

Это мощнейший инструмент для поиска инсайтов:

• Вы сразу видите, какие пары переменных линейно зависимы (выстраиваются в линию).

• Вы видите, какие признаки лучше всего разделяют классы (например, если на диагонали горбы разных цветов далеко друг от друга — это отличный признак для модели машинного обучения).

⚠️ Осторожно: Производительность

pairplot — очень жадная функция. Если у вас в датасете 50 колонок, Seaborn попытается построить 2500 графиков (50x50). Это гарантированно «повесит» ваш ноутбук.

Совет: Если датасет большой, выбирайте только интересные колонки явно:

# Выбираем только конкретные колонки для анализа
cols_to_plot = ["bill_length_mm", "bill_depth_mm", "body_mass_g"]

sns.pairplot(df, vars=cols_to_plot, hue="species")
plt.show()

Используйте pairplot как инструмент первой разведки, чтобы понять, куда копать дальше.

9. Финальные штрихи (Кастомизация)

Вы построили график, нашли инсайт, и теперь картинку нужно вставить в отчет или презентацию. Но вот беда: подписи осей на английском (названия колонок), заголовок отсутствует, а размер картинки слишком мал.

Так как Seaborn стоит на плечах Matplotlib, мы можем использовать все команды из matplotlib.pyplot для настройки внешнего вида.

Вот универсальный рецепт «причесывания» графика перед публикацией:

1. Размер: Задаем plt.figure() до команды построения графика.

2. Подписи: Используем plt.title, plt.xlabel, plt.ylabel после построения.

3. Сохранение: Используем plt.savefig вместо plt.show.

Пример полного цикла:

# 1. Задаем размер полотна в дюймах (Ширина, Высота)
plt.figure(figsize=(12, 6))

# 2. Рисуем график
# Добавим параметр s=100, чтобы точки были крупнее
sns.scatterplot(data=df, x="bill_length_mm", y="bill_depth_mm", hue="species", s=100)

# 3. Настраиваем подписи (можно использовать русский язык)
plt.title("Зависимость размеров клюва пингвинов", fontsize=18, pad=20)
plt.xlabel("Длина клюва (мм)", fontsize=14)
plt.ylabel("Глубина клюва (мм)", fontsize=14)

# 4. Настраиваем легенду
# loc='best' — matplotlib сам найдет свободное место
plt.legend(title="Вид пингвина", title_fontsize='13', loc='upper right')

# 5. Сохраняем результат
# dpi=300 — высокое разрешение для печати
# bbox_inches='tight' — убирает лишние белые поля и гарантирует, что подписи не обрежутся
plt.savefig("penguins_final.png", dpi=300, bbox_inches='tight')

# Показываем (если вы в ноутбуке)
plt.show()

Чек-лист важных параметров:

• figsize=(12, 6): Если график кажется сплюснутым, играйте с этими числами. Для презентаций часто подходит соотношение 16:9.

• plt.xticks(rotation=45): Если подписи на оси X длинные и наезжают друг на друга (часто бывает с датами), эта команда повернет их на 45 градусов.

• bbox_inches='tight': Это "золотая" настройка при сохранении. Без неё Matplotlib часто обрезает длинные подписи осей или легенду, которая вылезла за край графика.

• dpi: Для экрана хватит 100-150, для печати или качественной презентации ставьте 300.

Теперь ваш график выглядит профессионально и готов к публикации.

Заключение

Мы прошли путь от установки библиотеки до сохранения готового к публикации графика. Как видите, Seaborn — это не просто «еще одна библиотека», это настоящий усилитель продуктивности. В то время как Matplotlib дает вам полный контроль над каждым пикселем (что иногда необходимо), Seaborn позволяет пропустить этап борьбы с настройками и сразу сосредоточиться на смысле данных.

Что мы вынесли:

1. Эстетика важна: sns.set_theme() делает графики профессиональными по умолчанию.

2. Меньше кода — меньше багов: Сложные визуализации вроде pairplot или heatmap строятся одной командой.

3. Pandas-friendly: Библиотека нативно понимает DataFrames, что избавляет от лишних циклов и преобразований массивов.

Конечно, в одну статью невозможно уместить всё. За кадром остались мощные инструменты вроде FacetGrid (для построения сетки графиков по условиям), JointPlot (комбинация scatterplot и гистограмм) и тонкая настройка палитр.