Ch12_라이브러리 활용(1)_Matplotlib

학습목표

 

• 라이브러리의 개념을 익히고 외부 라이브러리를 설치 할 수 있다.
• 다양한 외부 라이브러리를 익히고 프로그램에 사용 해 본다.

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1.라이브러리 개념

 

• 라이브러리(library)는 도서관이라는 말 뜻대로 다양한 함수가 모인 곳
• 즉 특정 작업을 수행하기 위해서 미리 작성된 코드의 집합
• 다양한 기능을 제공하며, 프로그래머가 새로운 코드를 처음부터 작성할 필요없이 효율적으로 프로그램을 개발할 수 있게 도와 줌

2.다양한 라이브러리 예

 

• NumPy: 과학 계산을 위한 기본적인 라이브러리, 강력한 N차원 배열 객체와 이를 처리하는 다양한 함수를 제공합니다. 선형대수, 푸리에 변환, 난수 생성 등의 기능을 포함합니다. 기본 패키지 중 하나입니다.
• Pandas: 데이터 처리와 분석을 위한 라이브러리, 특히 테이블 형태의 데이터를 다루는데 유용합니다. 데이터프레임(DataFrame)과 시리즈(Series) 같은 자료구조를 제공하며, 데이터 조작, 정리, 탐색에 강력한 도구를 제공합니다.
• Matplotlib: 데이터를 시각화하는 라이브러리, 그래프와 차트를 쉽게 만들 수 있습니다. 플롯(Plot), 히스토그램, 바 차트 등 다양한 형태의 시각화를 지원합니다.
• TensorFlow/PyTorch: 두 라이브러리 모두 딥러닝과 머신 러닝을 위한 라이브러리로, 신경망을 구축하고 훈련하는 데 사용됩니다. 둘 다 대규모 데이터셋에 대한 학습, 자동 미분, 다양한 최적화 알고리즘을 제공합니다.
• 필로우(Pillow): PIL(Python Imaging Library)와 호환성을 유지하면서 쉽게 사용할수 있는 영상 처리 라이브러리.

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3. 라이브러리 설치 – pip

PIP는
Pip Installs Packages의 약자로,
파이썬 패키지를 설치·관리하는 표준 도구이다.

• 외부에서 만든 다양한 기능(예: 이미지 처리, 데이터 분석 등)을 손쉽게 사용할 수 있음
• 복잡한 설정 없이 명령 한 줄로 설치 가능
• 파이썬에 기본 내장되어 있어 별도 설치 없이 사용 가능

pip install Pillow

🚨 설치가 되지 않을 경우?

주의사항:

• 파이썬 버전과 라이브러리 버전이 호환되지 않으면 오류 발생
• 이럴 땐:
  1. 설치하려는 라이브러리의 지원 버전을 확인
  2. python --version으로 현재 파이썬 버전 확인
  3. 필요시 가상환경(venv)을 사용해 버전을 맞춰서 설치
• 설치 확인 방법

pip show Pillow

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2.맷플롯립(Matplotlib)-그래프를 그려보자

• Python에서 가장 널리 사용되는 데이터 시각화 라이브러리
• 복잡한 자료를 숫자나 텍스트보다는 그래프나 차트로 데이터를 시각화하여 이해하고 분석하는 것이 효과적
• 데이터를 시각화하는데 편리한 라이브러리
• 선 그래프, 막대 그래프, 히스토그램, 산점도, 파이 차트 등 다양한 유형의 그래프를 지원
• 파일 저장: 생성한 그래프를 다양한 형식(예: PNG, PDF, SVG)으로 저장

https://matplotlib.org/stable/

Matplotlib documentation — Matplotlib 3.10.3 documentation

!pip install matplotlib

from matplotlib import pyplot as plt

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2.간단한 그래프📣

• 우리는 matplotlib의 하위 모듈인 pyplot을 사용한다. pyplot은 객체 지향적인 인터페이스를 제공한다.
• 각 그래프나 차트는 하나의 '객체'로 취급되며, 이는 각 그래프나 차트가 자신만의 속성(예: 색상, 레이블, 크기 등)과 메소드(예: 그리기, 색상 변경 등)를 가지고 있다는 의미.
• x값과 y값을 리스트 형태로 plot() 함수로 전달하면, plot() 함수는 이것으로 선 그래프를 그린다.

MyGrowHeight = [130, 140, 150, 165, 175, 176]
plt.plot(MyGrowHeight)
plt.show()

plt.plot(x, y)  # x와 y는 데이터 포인트의 리스트 또는 배열
plt.show()

plot 주요 매개변수📣

• x, y: 각각 x축과 y축에 대응하는 데이터 값입니다.
• color: 선의 색상을 지정합니다.
• linestyle: 선의 스타일을 지정합니다 (예: '-', '--', '-.', ':').
• linewidth: 선의 너비를 지정합니다.
• marker: 데이터 포인트에 표시할 마커의 스타일을 지정합니다 (예: 'o', '^', 's').
• label: 범례에 사용될 라벨을 지정합니다.

x = [1,2,3]
y = [1,2,3]

plt.plot(x, y, linewidth=2, linestyle=":", color="red", marker="*") #line두께, color
plt.title('myplot')
plt.xlabel("X")
plt.ylabel("Y")
plt.legend(['test'], loc ='lower right')
plt.grid() #그래프에 눈금선이 들어감

plt.show()

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3.하나의 그래프에 2개의 값을 겹쳐서 표시📣

X = [ "Mon", "Tue", "Wed", "Thur", "Fri", "Sat", "Sun" ]
Y1 = [15.6, 14.2, 16.3, 18.2, 17.1, 20.2, 22.4]
Y2 = [20.1, 23.1, 23.8, 25.9, 23.4, 25.1, 26.3]

plt.plot(X,Y1, X,Y2) #plot()에 2개의 리스트 쌍을 보낸다.
plt.xlabel('day')  #x라벨
plt.ylabel('temperature') #y라벨
plt.title('Temperatures of Cities', fontsize=20) #제목, fontsize 속성
plt.legend(['y1','y2'], loc='lower right') #숫자로 표시가능
plt.show()

2차함수 그리기

import matplotlib.pyplot as plt

x, y, z = [],[],[]

for i in range(100):
    x.append(i/50.0)

for i in x:
    y.append(i**2)

for i in x:
    z.append(i**3)

plt.plot(x,x, label="linear")
plt.plot(x,y, label="제곱")
plt.plot(x,z, label="cubic")

plt.xlabel('input')
plt.ylabel('ouput')
plt.legend(['liner','quadratic','cubic'], loc='upper left')
plt.title('function')
plt.show()

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막대그래프 : bar()

• 이산적(연속적이지 않은) 데이터를 시각화할 때 적합
• 카테고리 비교(Category Comparison) 할 때
• 변화 추적 : 시간이 지남에 따라 특정 카테고리의 변화를 추적할 때
• 구성 요소 비교(Comparison of Parts to a Whole): 전체에 대한 부분들의 비율을 비교할 때]

import matplotlib.pyplot as plt
x = ["Mon","Tue","Wed","Thur","Fri","Sat","Sun"]
y = [15.6, 14.2, 16.3, 18.2, 17.1, 20.2, 22.4]

plt.bar(x,y, width=0.5, color='green', hatch='/')
plt.savefig('bar.jpg')
plt.show()

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누적 막대 그래프

• bar에서 매개변수 bottom을 사용하여 이전 값을 더해 주는 형태로 만들어간다.

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

x= [1,2,3,4]
a = np.array([10,15,20,25])
b = np.array([50, 55, 60, 65])
c = np.array([100, 105, 110, 115])

plt.bar(x, a, color='pink')
plt.bar(x, b, color="green", bottom=a)
plt.bar(x, c, color='red', bottom=a+b) #배열간의 a + b를 사용하기 위해 numpy 사용

plt.show()

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분포도 : scatter()

• 분포도란 : 선이 아닌 점으로 그래프를 표시하는 방법
• (x,y) 좌표의 자료 필요

import matplotlib.pyplot as plt

numX = [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]
numY = range(10, 0, -1)

plt.scatter(numX, numY, s=50, c='red') #s는 크기, c는 color
plt.xlabel('X')
plt.ylabel('Y')
plt.show()

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원그래프 - pie()

• pie()를 호출하여 그린다
• 비율 비교:여러 항목이 전체에서 차지하는 비율을 비교할 때
• 구성 요소 분석:상대적인 크기를 시각적으로 쉽게 파악
• 원형 그래프는 비교적 적은 수의 카테고리로 구성된 단순한 데이터 세트에 적합
• 파이 챠트 중에서 하나의 파이가 눈에 띄기를 원한다면 explode 매개 변수(폭발처럼 떨어져 나가서 그려짐)를 이용한다.

import matplotlib.pyplot as plt

ratio = [40, 20, 10, 30]
labels =["Eating Out", "Shopping", "Groceries", "Housing"]
explode = [0.1, 0, 0, 0] #하나의 파이를 분리하여 표시
plt.pie(ratio, labels=labels, explode=explode)
plt.show()

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그래프 저장과 불러오기-저장하기 : savefig('파일명)

x = [1,2,3]
y = [1,2,3]

plt.plot(x, y, linewidth=2, color="red") #line두께, color
plt.title('myplot')
plt.xlabel("X")
plt.ylabel("Y")
plt.legend(['test'])

plt.savefig('bar3.jpg')
plt.show()

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그래프 이미지 불러오기

• PIL 필로우 라이브러리 이용

import matplotlib.pyplot as plt
from PIL import Image

img = Image.open('/content/bar2.jpg')
print(img.size)
plt.imshow(img)

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요약

코드	설명
import matplotlib.pyplot as plt	pyplot 모듈을 plt라는 이름으로 불러옴
x = [...], y = [...]	x축과 y축에 들어갈 데이터 설정
plt.plot(x, y)	x, y 데이터를 기반으로 선 그래프 그리기
plt.title(), xlabel(), ylabel()	제목과 축 이름 설정
plt.show()	그래프를 화면에 출력 (※ 꼭 있어야 화면에 보임!)