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視覺化關係：蜂蜜的故事 🍯


視覺化關係 - Sketchnote by @nitya

延續我們研究的自然主題，讓我們探索一些有趣的視覺化方式，來展示不同種類蜂蜜之間的關係。這些數據集來自美國農業部。

這個包含約600項的數據集展示了美國各州的蜂蜜生產情況。例如，您可以查看每個州在1998年至2012年間的蜂群數量、每群產量、總產量、庫存、每磅價格以及蜂蜜的生產價值，每年每州一行數據。

我們可以視覺化某州每年的生產量與該州蜂蜜價格之間的關係。或者，您可以視覺化各州每群蜂蜜產量之間的關係。這段時間涵蓋了2006年首次出現的毀滅性“蜂群崩潰症”（CCD，Colony Collapse Disorder）（http://npic.orst.edu/envir/ccd.html），因此這是一個值得研究的數據集。🐝

課前測驗

在本課中，您可以使用 ggplot2，這是一個您之前使用過的優秀庫，用於視覺化變量之間的關係。特別有趣的是使用 ggplot2 的 geom_point 和 qplot 函數，這些函數可以快速生成散點圖和折線圖，幫助數據科學家更好地理解變量之間的關係。統計關係的視覺化是非常有價值的。

散點圖

使用散點圖展示蜂蜜價格如何隨年份在各州演變。ggplot2 的 ggplot 和 geom_point 可以方便地將州數據分組，並顯示分類和數值數據的數據點。

讓我們先導入數據和 Seaborn：

honey=read.csv('../../data/honey.csv')
head(honey)

您會注意到蜂蜜數據中有幾個有趣的列，包括年份和每磅價格。讓我們按美國各州分組來探索這些數據：

州	蜂群數量	每群產量	總產量	庫存	每磅價格	生產價值	年份
AL	16000	71	1136000	159000	0.72	818000	1998
AZ	55000	60	3300000	1485000	0.64	2112000	1998
AR	53000	65	3445000	1688000	0.59	2033000	1998
CA	450000	83	37350000	12326000	0.62	23157000	1998
CO	27000	72	1944000	1594000	0.7	1361000	1998
FL	230000	98	22540000	4508000	0.64	14426000	1998

創建一個基本散點圖，展示蜂蜜每磅價格與其來源州之間的關係。讓 y 軸足夠高以顯示所有州：

library(ggplot2)
ggplot(honey, aes(x = priceperlb, y = state)) +
  geom_point(colour = "blue")

現在，使用蜂蜜色彩方案展示價格如何隨年份演變。您可以通過添加 'scale_color_gradientn' 參數來展示年份的變化：

✅ 了解更多關於 scale_color_gradientn 的信息 - 試試美麗的彩虹色方案！

ggplot(honey, aes(x = priceperlb, y = state, color=year)) +
  geom_point()+scale_color_gradientn(colours = colorspace::heat_hcl(7))

通過這種色彩方案的改變，您可以明顯看到蜂蜜每磅價格在多年來的強烈增長趨勢。事實上，如果您查看數據中的樣本集（例如選擇亞利桑那州），您可以看到價格逐年上漲的模式，僅有少數例外：

州	蜂群數量	每群產量	總產量	庫存	每磅價格	生產價值	年份
AZ	55000	60	3300000	1485000	0.64	2112000	1998
AZ	52000	62	3224000	1548000	0.62	1999000	1999
AZ	40000	59	2360000	1322000	0.73	1723000	2000
AZ	43000	59	2537000	1142000	0.72	1827000	2001
AZ	38000	63	2394000	1197000	1.08	2586000	2002
AZ	35000	72	2520000	983000	1.34	3377000	2003
AZ	32000	55	1760000	774000	1.11	1954000	2004
AZ	36000	50	1800000	720000	1.04	1872000	2005
AZ	30000	65	1950000	839000	0.91	1775000	2006
AZ	30000	64	1920000	902000	1.26	2419000	2007
AZ	25000	64	1600000	336000	1.26	2016000	2008
AZ	20000	52	1040000	562000	1.45	1508000	2009
AZ	24000	77	1848000	665000	1.52	2809000	2010
AZ	23000	53	1219000	427000	1.55	1889000	2011
AZ	22000	46	1012000	253000	1.79	1811000	2012

另一種視覺化這種進展的方法是使用大小而非顏色。對於色盲用戶，這可能是一個更好的選擇。編輯您的視覺化，通過點的圓周大小來展示價格的增長：

ggplot(honey, aes(x = priceperlb, y = state)) +
  geom_point(aes(size = year),colour = "blue") +
  scale_size_continuous(range = c(0.25, 3))

您可以看到點的大小逐漸增大。

這是否是一個簡單的供需問題？由於氣候變化和蜂群崩潰等因素，是否每年可供購買的蜂蜜減少，導致價格上漲？

為了探索數據集中某些變量之間的相關性，讓我們來看看一些折線圖。

折線圖

問題：蜂蜜每磅價格是否隨年份逐年明顯上升？您可以通過創建一個單一折線圖來最容易地發現這一點：

qplot(honey$year,honey$priceperlb, geom='smooth', span =0.5, xlab = "year",ylab = "priceperlb")

答案：是的，但在2003年左右有一些例外：

問題：那麼在2003年，我們是否也能看到蜂蜜供應的激增？如果您查看總產量逐年變化呢？

qplot(honey$year,honey$totalprod, geom='smooth', span =0.5, xlab = "year",ylab = "totalprod")

答案：並不完全。如果您查看總產量，實際上在那一年似乎有所增加，儘管總體而言蜂蜜的生產量在這些年中呈下降趨勢。

問題：在這種情況下，2003年蜂蜜價格的激增可能是什麼原因？

為了探索這一點，您可以使用分面網格。

分面網格

分面網格可以選擇數據集的一個方面（在我們的例子中，您可以選擇“年份”，以避免生成過多的分面）。Seaborn 可以為您選擇的 x 和 y 坐標生成每個分面的圖表，方便比較。2003年是否在這種比較中顯得突出？

使用 facet_wrap 創建分面網格，這是 ggplot2 文檔推薦的方法。

ggplot(honey, aes(x=yieldpercol, y = numcol,group = 1)) + 
  geom_line() + facet_wrap(vars(year))

在此視覺化中，您可以比較每群產量和蜂群數量逐年變化，並將列數設置為3：

對於此數據集，逐年和逐州比較蜂群數量和每群產量，並未顯示出特別突出的情況。是否有其他方式來尋找這兩個變量之間的相關性？

雙折線圖

嘗試使用 R 的 par 和 plot 函數，通過疊加兩個折線圖來創建多折線圖。我們將在 x 軸上繪製年份，並顯示兩個 y 軸。展示每群產量和蜂群數量的變化：

par(mar = c(5, 4, 4, 4) + 0.3)              
plot(honey$year, honey$numcol, pch = 16, col = 2,type="l")              
par(new = TRUE)                             
plot(honey$year, honey$yieldpercol, pch = 17, col = 3,              
     axes = FALSE, xlab = "", ylab = "",type="l")
axis(side = 4, at = pretty(range(y2)))      
mtext("colony yield", side = 4, line = 3)

雖然在2003年並未有明顯的異常，但這讓我們可以以一個稍微樂觀的結論結束本課：儘管蜂群數量總體上在下降，但蜂群數量正在穩定，即使每群產量在減少。

加油，蜜蜂們！

🐝❤️

🚀 挑戰

在本課中，您學到了更多關於散點圖和折線網格的其他用途，包括分面網格。挑戰自己使用不同的數據集（可能是您之前使用過的數據集）來創建分面網格。注意創建所需的時間，以及如何謹慎選擇需要繪製的網格數量。

課後測驗

回顧與自學

折線圖可以是簡單的，也可以是非常複雜的。閱讀 ggplot2 文檔，了解構建折線圖的各種方法。嘗試使用文檔中列出的其他方法來增強您在本課中構建的折線圖。

作業

深入蜂巢

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