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관계 시각화: 꿀의 모든 것 🍯

관계 시각화 - 제작자 : @nitya

계속해서 우리 연구의 본질에 초점을 맞춰 미국 농무부에서 도출된 데이터 셋에 따라 다양한 꿀 유형 간의 관계를 보여주는 흥미로운 시각화를 발견해 보겠습니다.

약 600개 항목으로 구성된 이 데이터셋은 미국의 여러 주에서의 꿀 생산량을 보여줍니다. 예를 들어, 1998년부터 2012년까지 각 주에 대해 연간 한 행씩 군집의 수, 군집 당 수확량, 총 생산량, 재고, 파운드당 가격 및 특정 주에서 생산된 꿀의 가치를 볼 수 있습니다.

예를 들어 해당 주의 연간 생산량과 해당 주의 꿀 가격 간의 관계를 시각화하는 것은 흥미로울 것입니다. 또는 각 주의 군집 당 꿀 생산량 간의 관계를 시각화할 수 있습니다. 올해에는 2006년(http://npic.orst.edu/envir/ccd.html)에 처음 발견된 파괴적인 'CCD' 또는 '봉군붕괴증후군'을 다루는데, 이것은 연구하기에 가슴 아픈 데이터 셋입니다. 🐝

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이 강의에서는 변수 간의 관계를 시각화하는 좋은 라이브러리로, 전에 사용했던 Seaborn을 사용할 수 있습니다. 특히 흥미로운 점은 산점도와 선 플롯이 '통계적 관계'를 빠르게 시각화할 수 있도록 해주는 Seaborn의 'relplot' 기능입니다. 'replot'은 데이터 과학자가 변수들이 서로 어떻게 관련되어 있는지 더 잘 이해할 수 있도록 합니다.

산점도

산점도를 사용하여 해마다 주별로 꿀 가격이 어떻게 변해왔는지 확인할 수 있습니다. Seaborn은 'replot'을 사용하여 상태 데이터를 편리하게 그룹화하고 범주형 데이터와 수치형 데이터 모두에 대한 데이터를 점으로 표시합니다.

먼저 데이터와 Seaborn을 가져오는 것으로 시작하겠습니다:

import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns
honey = pd.read_csv('../../data/honey.csv')
honey.head()

꿀 데이터에는 연도 및 파운드 당 가격을 포함하여 몇가지 흥미로운 열들이 있습니다. 미국 주별로 분류된 이 데이터를 살펴보겠습니다:

state	numcol	yieldpercol	totalprod	stocks	priceperlb	prodvalue	year
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

꿀 1파운드 당 가격과 미국 원산지 간의 관계를 보여주는 기본 산점도를 생성합니다. 'y'축을 모든 상태를 표시할 수 있을 만큼 높게 만듭니다:

sns.relplot(x="priceperlb", y="state", data=honey, height=15, aspect=.5);

이제 동일한 데이터를 꿀 색상 구성표로 표시하여 몇 년 동안 가격이 어떻게 변하는지 보여줍니다. 매년 변경 사항을 표시하기 위해 'hue' 매개 변수를 추가하여 이를 수행할 수 있습니다:

✅ Seaborn에서 사용할 수 있는 색상 팔레트 에 대해 자세히 알아보기 - 아름다운 무지개 색 구성표를 시도하세요!

sns.relplot(x="priceperlb", y="state", hue="year", palette="YlOrBr", data=honey, height=15, aspect=.5);

이 색상 구성표 변경을 통해, 여러분은 파운드당 꿀의 가격 측면에서 몇 년 동안 분명히 강력한 발전이 있음을 알 수 있습니다. 실제로 검증할 데이터의 표본 셋(예: 아리조나 주를 선택)을 보면 몇 가지 예외를 제외하고 매년 가격이 상승하는 패턴을 볼 수 있습니다:

state	numcol	yieldpercol	totalprod	stocks	priceperlb	prodvalue	year
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

이 진행 상황을 시각화하는 또 다른 방법은 색상이 아닌 크기를 사용하는 것입니다. 색맹 사용자의 경우 이것이 더 나은 옵션일 수 있습니다. 점 둘레의 증가에 따른 가격 인상을 표시하도록 시각화를 편집합니다:

sns.relplot(x="priceperlb", y="state", size="year", data=honey, height=15, aspect=.5);

점들의 크기가 점점 커지는 것을 볼 수 있습니다.

이것은 단순한 수요와 공급의 경우인가요? 기후 변화 및 봉군 붕괴와 같은 요인으로 인해, 매년 구매할 수 있는 꿀이 줄어들어 가격이 상승하나요?

이 데이터 셋의 일부 변수 간의 상관 관계를 발견하기 위해 몇 가지 꺾은선 그래프를 살펴보겠습니다.

꺾은선 그래프

질문: 매년 파운드 당 꿀값이 상승하고 있습니까? 여러분은 단일 꺾은선 그래프를 만들어 가장 쉽게 확인할 수 있습니다:

sns.relplot(x="year", y="priceperlb", kind="line", data=honey);

답변: 네, 2003년 경의 일부 예외를 제외하고 그렇습니다:

✅ Seaborn은 한 선으로 데이터를 집계하기 때문에 "평균을 중심으로 95% 신뢰 구간과 평균을 표시하여 각 x 값에 대한 다중 측정"을 표시합니다. 출처. 이 시간 소모적인 동작은 ci=None을 추가하여 비활성화할 수 있습니다.

질문: 2003년에도 꿀 공급이 급증하는 것을 볼 수 있습니까? 연간 총 생산량을 보면 어떨까요?

sns.relplot(x="year", y="totalprod", kind="line", data=honey);

답변: 그렇지 않습니다. 총 생산량을 보면 그 해에 실제로 증가한 것으로 보이지만 일반적으로 이 기간 동안 생산되는 꿀의 양은 감소하고 있습니다.

질문: 그렇다면 2003년경 꿀 가격이 급등하게 된 원인은 무엇이었습니까?

이를 발견하기 위해 facet grid를 탐색할 수 있습니다.

Facet grids

Facet grid는 데이터셋의 한 면을 차지합니다(우리의 경우 너무 많은 면을 생산하지 않도록 '연도'를 선택할 수 있습니다). 그런 다음 Seaborn은 보다 쉬운 시각적 비교를 위해 선택한 x 좌표와 y 좌표의 각 면에 대한 플롯을 만들 수 있습니다. 2003년은 이런 유형의 비교에서 두드러집니까?

Seaborn의 문서에서 권장하는 대로 'relplot'을 계속 사용하여 facet grid를 만듭니다.

sns.relplot(
    data=honey, 
    x="yieldpercol", y="numcol",
    col="year", 
    col_wrap=3,
    kind="line"

이 시각화에서는 군집 당 수확량과 연간 군집 수를 3개로 감싸진 열로 나란히 비교할 수 있습니다:

이 데이터셋의 경우, 매년 주별로 군집 수와 수확량과 관련하여 특별히 눈에 띄는 것은 없습니다. 이 두 변수 사이의 상관 관계를 찾는 다른 방법이 있습니까?

이중 꺾은선 그래프

Seaborn의 'despine'을 사용하여 상단 및 오른쪽 가시를 제거하고, ax.twinx Matplotlib에서 파생된을 사용하여 두 개의 꺾은 선 그래프를 서로 겹쳐서 여러 개의 꺾은 선 그래프를 시도합니다. Twinx를 사용하면 차트가 x축을 공유하고 두 개의 y축을 표시할 수 있습니다. 따라서 군집 당 수확량과 군집 수를 겹쳐서 표시합니다:

fig, ax = plt.subplots(figsize=(12,6))
lineplot = sns.lineplot(x=honey['year'], y=honey['numcol'], data=honey, 
                        label = 'Number of bee colonies', legend=False)
sns.despine()
plt.ylabel('# colonies')
plt.title('Honey Production Year over Year');

ax2 = ax.twinx()
lineplot2 = sns.lineplot(x=honey['year'], y=honey['yieldpercol'], ax=ax2, color="r", 
                         label ='Yield per colony', legend=False) 
sns.despine(right=False)
plt.ylabel('colony yield')
ax.figure.legend();

2003년경에 눈에 띄는 것은 아무것도 없지만, 이것은 우리에게 이 강의을 조금 더 행복하게 마무리 할 수 있게 합니다. 전반적으로 군집의 수는 감소하는 반면, 군집당 수확량은 감소하고 있다고 해도 군집의 수는 안정되고 있습니다.

벌들아, 고고!

🐝❤️

🚀 도전

이번 강의에서는 facet grid를 비롯한 산점도 및 꺾은선 그래프의 다른 용도에 대해 조금 더 알아봤습니다. 다른 데이터 셋(이 교육 전에 사용했을 수도 있습니다.)을 사용하여 facet grid를 만드는 데 도전해보세요. 이러한 기술을 사용하여 그리드를 만드는 데 걸리는 시간과 그리드를 몇 개 그려야 하는지 주의할 필요가 있습니다.

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복습 & 자기 주도 학습

꺾은선 그래프는 단순하거나 매우 복잡할 수 있습니다. Seaborn 문서에서 빌드할 수 있는 다양한 방법을 읽어 보세요. 문서에 나열된 다른 방법을 사용하여 이 강의에서 만든 꺾은선그래프를 향상시키세요.

과제

벌집 속으로 뛰어들어라