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作业要求
一、绘制每个城市站点数量柱状图（降序排列）
1.1 每个城市站点数量统计
1.1.1 代码展示
1.1.2 统计结果展示
1.2 柱状图绘制
1.2.1 代码实现
1.2.2 绘制结果
二、绘制上海市地铁线路站点数饼状图
2.1 数据处理
2.2 代码实现
2.3 关于如何对支线进行统一的思考和处理
2.4 绘制结果
三、绘制各城市地铁线路数量分布地图
3.1 数据预处理
3.2 代码实现
3.3 绘制结果
四、绘制站点数量排在前5的5个城市地铁站名的词云图
4.1 代码实现
4.2 绘制结果
五、绘制上海等城市线路站点数最多的站点数量折线图
5.1 数据处理
5.2 代码实现
5.2.1 数据处理代码
5.2.2 折线图绘制代码
5.3 绘制结果
六、绘制各个城市的大学数量与站点数量的线性回归拟合图
6.1 数据处理与获取
6.2 代码实现
6.3 绘制结果
END～
答案在硬币第三面 ！
作业要求
编写程序实现从文件中读取数据，数据处理，可视化。
注意：在统计各城市站点总数时，线路间的换乘站不要重复计算。
含支线的合并为一条线路，比如上海10号线支线（XX-XX），合并统计为10号线（需要排除重复量、换乘站）
1.绘制每个城市站点数量柱状图（降序排列）
先统计每个城市的站点数量，再绘制柱状图。
2.绘制上海市地铁线路站点数饼状图（不需要去除换乘站）
先统计每条线路的站点数量，再绘制饼状图。
3.绘制各城市地铁线路数量分布地图（支线需要统一为一条，geo/map）
先统计每个城市的线路数量，再绘制地图。
4.绘制站点数量排在前5的5个城市地铁站名的词云图（5个城市合在一起绘制1个词云图）（在第一问的基础上）
5.绘制上海、南昌、杭州、广州、深圳、成都、长沙、郑州线路站点数最多的站点数量折线图（横轴城市名-线路名，纵轴站点数量）
统计以上城市站点数量最多的线路的线路名和站点数，绘制折线图。
6.各个城市的大学数量与站点数量的线性回归拟合图（seaborn绘制，需要使用两个表格的重复部分）
7.统计各个城市的大学数量和站点数量，绘制线性回归拟合图
一、绘制每个城市站点数量柱状图（降序排列）
1.1 每个城市站点数量统计
1.1.1 代码展示
在站点数量进行统计前，对数据表格进行处理，给每一列加上列名
更方便对数据进行处理。
import pandas as pd# 读取数据
data = pd.read_excel('subway.xlsx')# 创建一个集合用于存储已经统计过的站点
counted_stations = set()# 创建一个字典用于存储每个城市的站点数量
city_station_count = {}# 遍历数据，计算每个城市的站点总数
for index, row in data.iterrows():city = row['城市']station = row['地铁站名']# 城市 地铁线路 地铁站名# 北京 S1线 苹果园# 北京 S1线 金安桥# 北京 S1线 四道桥# 北京 S1线 桥户营# 北京 S1线 上岸# 北京 S1线 栗园庄# 北京 S1线 小园# 北京 S1线 石厂# 检查是否已经统计过该站点if station not in counted_stations:# 将站点加入已统计集合中counted_stations.add(station)# 检查该城市是否已经有站点数量记录if city in city_station_count:city_station_count[city] += 1else:city_station_count[city] = 1# 打印每个城市的站点总数
for city, count in city_station_count.items():print(f"{city}: {count}")1.1.2 统计结果展示
统计结果保存在city_sub.xlsx中
1.2 柱状图绘制
1.2.1 代码实现
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt# 设置中文字体
plt.rcParams['font.family'] = ['Arial Unicode Ms']
# 从 Excel 文件中读取数据
df = pd.read_excel("city_sub.xlsx")# 按站点数降序排列
df_sorted = df.sort_values(by="站点数", ascending=False)# 绘制柱状图
plt.figure(figsize=(12, 8)) # 设置大小
bars = plt.bar(df_sorted["城市"], df_sorted["站点数"], color='skyblue', width=0.8) # 调整每个柱体的宽度为0.6
plt.xlabel('城市')
plt.ylabel('站点数')
plt.title('每个城市站点数量柱状图（降序排列）--张志豪')# 在每个柱体上添加具体的数字标签，更加美观
for bar in bars:yval = bar.get_height()plt.text(bar.get_x() + bar.get_width()/2, yval, round(yval), va='bottom', fontsize=8)# x轴标签倾斜50度比较适合
plt.xticks(rotation=50)
plt.show()1.2.2 绘制结果
二、绘制上海市地铁线路站点数饼状图
2.1 数据处理
使用2.2中的代码对subway.xlsx中的数据进行处理，得到上海市地铁各线路站点数。统计结果如下：
然后根据此数据绘制饼状图。
2.2 代码实现
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt# 设置中文字体
plt.rcParams['font.family'] = ['Arial Unicode Ms']
# 从 Excel 文件中读取数据
df = pd.read_excel("subway.xlsx")# 筛选出上海市的数据
shanghai_df = df[df['城市'] == '上海']# 根据不同线路名称的格式来提取线路名称
def extract_line_name(line):if "号线" in line:return line.split("号线")[0] + "号线"elif "磁悬浮" in line:return "磁悬浮"elif "浦江线" in line:return "浦江线"else:return lineshanghai_df['地铁线路'] = shanghai_df['地铁线路'].apply(extract_line_name)# 按线路分组并统计每条线路的站点数量
line_station_count = shanghai_df.groupby('地铁线路')['地铁站名'].count()
# 绘制饼状图
plt.figure(figsize=(10, 8))
patches, texts, autotexts = plt.pie(line_station_count, labels=line_station_count.index, autopct='%1.1f%%', startangle=140)
plt.axis('equal') # 使饼状图比例相等
plt.title('上海市地铁线路站点数饼状图--张志豪' ,pad=20) # 调整标题位置# 在饼状图上添加站点数量注释
for i, (text, autotext) in enumerate(zip(texts, autotexts)):autotext.set_color('white') # 设置注释文本颜色为白色autotext.set_fontsize(10) # 设置注释文本字体大小autotext.set_text(f"{line_station_count[i]}站") # 设置注释文本内容为站点数量plt.show()2.3 关于如何对支线进行统一的思考和处理
通过设计函数extract_line_name(line)，对多种地铁线路不同的名称进行处理，包括支线、特殊线路如浦江线、磁悬浮等。后续第五题可以使用类似的思路进行处理。
2.4 绘制结果
三、绘制各城市地铁线路数量分布地图
3.1 数据预处理
首先根据subway.xlsx得到各个城市线路数量，将结果保存在了subway_data.csv中。统计结果如下展示：
3.2 代码实现
import pandas as pd
from pyecharts import options as opts
from pyecharts.charts import Geo
from pyecharts.globals import ChartType# 从 Excel 文件中读取数据
subway_data = pd.read_excel("subway.xlsx")# 提取城市名称和地铁线路数量
cities = subway_data["城市"].tolist()
line_counts = subway_data["地铁线路数量"].tolist()# 计算最大值和最小值
max_count = max(line_counts)
min_count = min(line_counts)# 绘制地图
geo = (Geo()# 选择中国地图.add_schema(maptype="china").add("",[list(z) for z in zip(cities, line_counts)],type_=ChartType.EFFECT_SCATTER,).set_series_opts(label_opts=opts.LabelOpts(is_show=False)).set_global_opts(# 对左下角的颜色条范围进行设置visualmap_opts=opts.VisualMapOpts(min_=float(min_count), # 将最小值转换为浮点数max_=float(max_count), # 将最大值转换为浮点数range_color=["#FFFFFF", "#FF0000"] # 设置颜色范围),title_opts=opts.TitleOpts(title="各城市地铁线路数量分布 --张志豪"),)
)# 生成html文件
geo.render("subway_map.html")3.3 绘制结果
注：对于下图，我在左下角设置了颜色条显示，并对其范围进行了框定。在地图中可以很明显地看出北上广深、武汉、成都等地域，地铁线路数占据全国前列；也可以看出乌鲁木齐等城市地铁线路较少，为1条左右。由于最终地图以html文件的形式呈现，因此使用鼠标放置在具体城市点位上可查看具体线路数。
如下所示（查看武汉市的地铁线路数）：
完整地图如下：
四、绘制站点数量排在前5的5个城市地铁站名的词云图
4.1 代码实现
代码设计思路与实验课的词云图设计思路类似，首先将排名前五的城市的地铁站名全部筛选出来并存入列表；然后保存为txt文件，txt文件部分内容如下；最后根据该文件绘制词云图。
import pandas as pd
from pyecharts import options as opts
from pyecharts.charts import WordCloud
import matplotlib.pyplot as plt# 读取Excel文件
df = pd.read_excel('subway.xlsx')# 筛选出北京、上海、广州、深圳和武汉的地铁站名
beijing_stations = df[df['城市'] == '北京']['地铁站名'].drop_duplicates().tolist()
shanghai_stations = df[df['城市'] == '上海']['地铁站名'].drop_duplicates().tolist()
guangzhou_stations = df[df['城市'] == '广州']['地铁站名'].drop_duplicates().tolist()
shenzhen_stations = df[df['城市'] == '深圳']['地铁站名'].drop_duplicates().tolist()
wuhan_stations = df[df['城市'] == '武汉']['地铁站名'].drop_duplicates().tolist()# 将五个城市的地铁站名合并到一个列表中
all_stations = beijing_stations + shanghai_stations + guangzhou_stations + shenzhen_stations + wuhan_stations# 创建文本文件
with open('地铁站名.txt', 'w', encoding='utf-8') as file:for name in all_stations:file.write(name + '\n')# 读取文本文件并创建词云图
with open("地铁站名.txt", "r", encoding="utf-8") as file:text = file.read()# 绘制词云图
wordcloud = (WordCloud().add("", [(word, text.count(word)) for word in set(text.split())], word_size_range=[20, 100]).set_global_opts(title_opts=opts.TitleOpts(title="地铁站名词云图 --张志豪"))
)
# 保存词云图
wordcloud.render("wordcloud.html")4.2 绘制结果
五、绘制上海等城市线路站点数最多的站点数量折线图
（注：上海、南昌、杭州、广州、深圳、成都、长沙、郑州）
5.1 数据处理
在对本题代码进行编写的过程中发现，最后得到的线路站点数有些超过50甚至60，在对数据集进行整体查看后发现，数据在后半部分出现了重复，因此对数据集进行去重处理，得到了新表格：subway_without_duplicates.xlsx。然后在新表格的基础上进行统计和绘图。
统计结果展示：
5.2 代码实现
5.2.1 数据处理代码
import pandas as pd# 读取Excel文件
df = pd.read_excel('subway.xlsx')
# 去重处理
df.drop_duplicates(inplace=True)# 将去重后的数据保存到新的Excel文件中
df.to_excel('subway_without_duplicates.xlsx', index=False)5.2.2 折线图绘制代码
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns# 设置中文字体
plt.rcParams['font.family'] = ['Arial Unicode Ms']
# 从 Excel 文件中读取数据
df = pd.read_excel("subway.xlsx")# 合并支线
def merge_branch(line):if "(" in line:return line.split("(")[0]else:return linedf['地铁线路'] = df['地铁线路'].apply(merge_branch)# 按城市分组并去重
def remove_duplicates(city_df):city_df = city_df.drop_duplicates(subset=['地铁线路', '地铁站名'])return city_dfcities = ['上海', '南昌', '杭州', '广州', '深圳', '成都', '长沙', '郑州']# 提取每个城市最大站点数量对应的地铁线路和站点数量
max_lines = []
max_station_counts = []
for city in cities:city_df = df[df['城市'] == city]city_df = remove_duplicates(city_df)line_station_count = city_df.groupby('地铁线路')['地铁站名'].count()max_line = line_station_count.idxmax()max_station_count = line_station_count.max()max_lines.append(city + '-' + max_line)max_station_counts.append(max_station_count)
print(max_lines, max_station_counts)
# 使用Seaborn绘制折线图
plt.figure(figsize=(10, 6))
sns.lineplot(x=max_lines, y=max_station_counts, marker='o')
plt.title('各城市站点数量最多的线路')
plt.xlabel('城市-线路名')
plt.ylabel('站点数量')
plt.xticks(rotation=0)
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.show()5.3 绘制结果
注：最开始绘制的折线图中上海11号线的站点数超过了60，后面查看数据集后发现11号线的两条支线的很多站点都重复列出了（如下图所示），因此需要先合并支线再进行去重。
经过去重操作后，站点数量恢复正常。而站点数最多的成都六号线则是实际的站点数。
六、绘制各个城市的大学数量与站点数量的线性回归拟合图
6.1 数据处理与获取
·各个城市的大学数量从university.csv中获取
·各个城市的站点数量从city_sub.xlsx中获取，该表格是在第一题的基础上对subway.xlsx进行处理筛选后得到的表格，使用该数据集更有利于此图形的绘制
（表格分为两列：城市、站点数）
·本题采用seaborn进行绘制，因此需要使用两个表格的重复部分。
6.2 代码实现
本题代码的一个很简单的设计思路，即先将两个表格进行合并，找出重复的城市名称；然后创建一个新的DataFrame来存储重复城市的大学数量和站点数量。最后进行遍历和线性回归拟合图的绘制（使用seaborn）。
import pandas as pd
import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np# 读取两个表格的数据
university_data = pd.read_excel('university.xlsx')
city_sub_data = pd.read_excel('city_sub.xlsx')# 设置中文字体
plt.rcParams['font.family'] = ['Arial Unicode Ms']# 找出两个表格中重复的城市名称
common_cities = set(university_data['城市']).intersection(set(city_sub_data['城市']))# 创建一个新的DataFrame来存储重复城市的大学数量和站点数量
merged_data = pd.DataFrame(columns=['城市', '大学数量', '站点数量'])# 遍历重复的城市，并将数据添加到merged_data DataFrame中
for city in common_cities:university_count = university_data.loc[university_data['城市'] == city, '大学数量'].values[0]station_count = city_sub_data.loc[city_sub_data['城市'] == city, '站点数'].values[0]merged_data = pd.concat([merged_data, pd.DataFrame({'城市': [city], '大学数量': [university_count], '站点数量': [station_count]})], ignore_index=True)# 确保数据类型为数值类型
merged_data['大学数量'] = pd.to_numeric(merged_data['大学数量'], errors='coerce')
merged_data['站点数量'] = pd.to_numeric(merged_data['站点数量'], errors='coerce')# 检查是否有 NaN 或无穷大的值
if merged_data.isnull().values.any():merged_data = merged_data.dropna()# 从DataFrame中提取大学数量和站点数量
university_counts = merged_data['大学数量'].values
station_counts = merged_data['站点数量'].values# 计算线性回归拟合线的参数
slope, intercept = np.polyfit(university_counts, station_counts, 1)# 绘制散点图
sns.scatterplot(x='大学数量', y='站点数量', data=merged_data, color='blue', s=50)# 绘制线性回归拟合线
sns.regplot(x='大学数量', y='站点数量', data=merged_data, color='red', line_kws={'label': '拟合线'})
# 设置图表标题和坐标轴标签
plt.title('城市大学数量与站点数量的线性回归拟合图 --张志豪')
plt.xlabel('大学数量')
plt.ylabel('站点数量')
plt.legend()# 显示图表
plt.show()6.3 绘制结果
END～
