饼图怎么画才能直观展示数据占比？

小象实战讲义 · Python 编程从入门到实践

这一节，我们学习使用 Matplotlib 库中的 pie() 函数来绘制饼图。饼图是一种直观展示数据各部分占总和百分比的图表。学完本节，你将能绘制一个基础的饼图，并能通过参数调整其样式，如突出某一部分、添加标签和阴影等。本节是第5章《数据可视化》的第5节，你需要先了解如何用 Matplotlib 绘制曲线、设置坐标轴和图例，后续我们将学习更多图表类型。

💡 核心导读

• 饼图的作用：直观展示一个数据集合中，各个分量所占的百分比。
• 核心函数：plt.pie()，其关键参数包括 sizes（各部分大小）、labels（标签）、explode（突出显示）和 autopct（百分比格式）。
• 绘制方向：饼图各部分默认按逆时针方向绘制，起始角度由 startangle 参数控制。
• 图形形状：默认绘制为椭圆，使用 plt.axis('equal') 可确保绘制为正圆。
• 常见调整：通过 shadow 参数添加阴影，通过修改 sizes 列表自动重算百分比。

绘制一个最简单的饼图

饼图通过 matplotlib.pyplot.pie() 函数绘制。最核心的参数是 sizes，它是一个列表，定义了饼图每一部分的大小。

import matplotlib
matplotlib.use("Agg")  # 使用非交互式后端，确保代码在无图形界面环境下也能运行
import matplotlib.pyplot as plt

# 定义各部分的大小
sizes = [15, 30, 45, 10]

# 绘制饼图
plt.pie(sizes)
plt.axis('equal')  # 确保绘制的是正圆
plt.close()  # 关闭图形，释放资源
print("已绘制一个包含4部分的饼图，各部分大小分别为：", sizes)

已绘制一个包含4部分的饼图，各部分大小分别为： [15, 30, 45, 10]

plt.pie(sizes) 会根据 sizes 列表中每个数值占总和的比例，自动计算出该部分在饼图中应占的扇形角度。列表内数值的总和不一定非得是100，Matplotlib 会自动进行比例换算。

为饼图添加标签与样式

一个完整的饼图通常需要标签、百分比显示以及一些视觉增强效果。

• labels: 一个元组或列表，用于定义每一部分对应的文本标签。
• explode: 一个长度与 sizes 相同的元组或列表，用于指定某一部分“突出”显示的距离。数值为0表示不突出，大于0（如0.1）则表示将该部分从圆心向外拉出一段距离。
• autopct: 一个格式化字符串，用于控制饼图内部显示的百分比数值的格式。例如 '%1.1f%%' 表示保留一位小数的百分比。
• shadow: 布尔值（True 或 False），决定是否为饼图添加阴影效果。

import matplotlib
matplotlib.use("Agg")
import matplotlib.pyplot as plt

# 定义数据
labels = ('Frogs', 'Hogs', 'Dogs', 'Logs')  # 各部分标签
sizes = [15, 30, 45, 10]                    # 各部分大小
explode = (0, 0.1, 0, 0)                    # 突出显示第二个部分（'Hogs'）

# 绘制带样式和标签的饼图
plt.pie(sizes,
        explode=explode,
        labels=labels,
        autopct='%1.1f%%',  # 显示百分比，保留一位小数
        shadow=True)        # 添加阴影
plt.axis('equal')
plt.close()
print("饼图已绘制，包含标签：{}。其中 '{}' 部分被突出显示。".format(labels, labels[1]))

饼图已绘制，包含标签：('Frogs', 'Hogs', 'Dogs', 'Logs')。其中 'Hogs' 部分被突出显示。

控制起始角度与图形比例

饼图的绘制还有一些细节可以调整，以满足不同的展示需求。

• startangle: 定义绘制第一个部分（对应 sizes[0] 和 labels[0]）的起始角度。0度指向图形右侧（3点钟方向），90度指向正上方（12点钟方向）。绘制方向为逆时针。
• plt.axis('equal'): 这个语句不属于 plt.pie() 的参数，而是需要在绘图后单独调用。它确保x轴和y轴的单位长度相等，从而将默认的椭圆饼图变为正圆。如果省略，图形可能会被拉伸。

import matplotlib
matplotlib.use("Agg")
import matplotlib.pyplot as plt

labels = ('Frogs', 'Hogs', 'Dogs', 'Logs')
sizes = [15, 30, 45, 10]
explode = (0, 0.1, 0, 0)

# 从90度（正上方）开始绘制，并确保是正圆
plt.pie(sizes, explode=explode, labels=labels, autopct='%1.1f%%',
        shadow=True, startangle=90)
plt.axis('equal')  # 关键：确保绘制的是正圆，而不是椭圆
plt.close()
print("饼图已从90度（正上方）开始逆时针绘制，并确保为正圆形。")

饼图已从90度（正上方）开始逆时针绘制，并确保为正圆形。

如果不加 plt.axis('equal')，图形可能会呈现椭圆形，这在某些情况下可能不符合展示要求。

📝 动手练一练

假设一次班级投票中，四种水果的得票数分别为：苹果20票、香蕉15票、橙子10票、草莓5票。请绘制一个饼图来展示投票结果，要求：

1. 为每个部分添加正确的水果名称标签。
2. 突出显示得票最少的“草莓”部分。
3. 百分比显示保留一位小数。
4. 确保饼图是正圆。

import matplotlib
matplotlib.use("Agg")
import matplotlib.pyplot as plt

# 1. 定义数据
fruits = ['苹果', '香蕉', '橙子', '草莓']
votes = [20, 15, 10, 5]
# 2. 突出显示最后一个部分（草莓）
highlight = (0, 0, 0, 0.1)

plt.pie(votes, labels=fruits, explode=highlight, autopct='%1.1f%%', startangle=0)
plt.axis('equal')
plt.close()
print("班级水果喜好投票饼图已绘制。总票数：{}。{}被突出显示。".format(sum(votes), fruits[-1]))

班级水果喜好投票饼图已绘制。总票数：50。草莓被突出显示。

常见错误

小结

1. 使用 plt.pie(sizes) 可以绘制最基本的饼图，sizes 列表定义了各部分的大小。
2. labels 参数为各部分添加文本标签，autopct 参数控制饼图内部百分比的显示格式。
3. explode 参数可以突出显示饼图的特定部分，通过给对应位置一个大于0的值实现。
4. shadow=True 可以为饼图添加阴影效果，增强立体感。
5. startangle 参数决定了饼图第一个部分绘制的起始角度（0度为右侧，逆时针绘制）。
6. 务必在绘图后调用 plt.axis('equal')，以确保饼图显示为正圆形，而非默认的椭圆形。

📋 行动清单

• 运行一遍示例代码，观察 explode 参数不同取值对图形的影响。
• 修改 sizes 列表中的数值，使其总和不为100，观察饼图百分比的变化。
• 尝试将 startangle 分别设置为 0、90、180，理解起始角度与绘制方向的关系。

—— 小象教研组