Pythonで3D散布図を作成する方法を現役エンジニアが解説【初心者向け】

初心者向けにPythonで3D散布図を作成する方法について現役エンジニアが解説しています。散布図とは2つの要素(縦軸と横軸)に対するデータの分布を表現したグラフにです。今回は、matplotlibを使ってグラフを描画し3D散布図を作ります。

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Pythonで3D散布図を作成する方法について、TechAcademyのメンター(現役エンジニア)が実際のコードを使用して、初心者向けに解説します。

 

Pythonについてそもそもよく分からないという方は、Pythonとは何なのか解説した記事を読むとさらに理解が深まるでしょう。

 

なお本記事は、TechAcademyのオンラインブートキャンプPython講座の内容をもとに紹介しています。

 

田島悠介

今回は、Pythonに関する内容だね!

大石ゆかり

どういう内容でしょうか?

田島悠介

Pythonで3D散布図を作成する方法について詳しく説明していくね!

大石ゆかり

お願いします!

今回は、Pythonで3D散布図を作成する方法について紹介していきます。

 

3D散布図とは

3D散布図は、2つの要素(縦軸と横軸)に対する3Dデータの分布を表現するときに使用する図です。

例えば、横軸を摂取カロリー、縦軸を満腹度などとしてデータを散布させ、視覚的にもわかりやすい図面となります。

 

3D散布図を作成するために利用するライブラリ

Pythonで3D散布図を作成するためにmatplotlibライブラリを使用しましょう。

また、3D散布図の適当なデータを生成する為にNampyライブラリを使用します。

どちらもpipでインストールが可能であるため、まだインストールしていない方は下記pipコマンドでインストールを行なってください。

 

[matplotlib]

matplotlibとは、Pythonでデータをグラフにプロットするためのライブラリです。

主にNumpyやscipyと組み合わせて、計算結果をグラフ出力する際などに使われることが多いライブラリです。

matplotlibは、下記pipコマンドでのインストールが可能です。

pip install matplotlib

 

[NumPy]

NumpyとはPythonで配列(リスト)計算を高速にするためのPythonのライブラリです。

複雑な計算式を少ないコードで実行でき、処理速度も早いことからデータ分析などの分野において主流になっているライブラリです。

今回は、3D散布図でプロットするデータを生成する為に使用しましょう。

Numpyは、下記pipコマンドでのインストールが可能です。

pip install numpy

 

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実際に書いてみよう

サンプルコードを用いて、Pythonで3D散布図を作成するコードを書いてみましょう。

サンプルコード

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

# 3D散布図でプロットするデータを生成する為にnumpyを使用
X = np.array([i for i in range(1,100)]) # 自然数の配列
Y = np.sin(X) # 特に意味のない正弦
Z = np.sin(Y) # 特に意味のない正弦

# グラフの枠を作成
fig = plt.figure()
ax = Axes3D(fig)

# X,Y,Z軸にラベルを設定
ax.set_xlabel("X")
ax.set_ylabel("Y")
ax.set_zlabel("Z")

# .plotで描画
ax.plot(X,Y,Z,marker="o",linestyle='None')

# 最後に.show()を書いてグラフ表示
plt.show()

 

実行結果

PythonでNumPyとmatplotlibを使って3D散布図を作成するサンプルプログラムの実行結果

PythonでNumPyとmatplotlibを使って3D散布図を作成するサンプルプログラムの実行結果。マウスドラッグで表示角度を変更したもの。

PythonでNumPyとmatplotlibを使って3D散布図を作成するサンプルプログラムの実行結果。マウスドラッグで表示角度を変更したもの。

表示された3D散布図は、マウスでドラッグすることで表示角度を自由に変更することが可能です。

また、グラフウィンドウ左下にあるボタンの中の保存ボタンから作成した3D散布図を画像で保存することができるでしょう。

解説

コード6-8行目ではnumpyを使用して3D散布図でプロットする為のx軸/y軸/z軸それぞれのデータを100個生成しています。

コード11-12行目ではグラフの枠を設定しており、コード15-17行目ではグラフに表示するx軸/y軸/z軸それぞれのラベルを設定しています。

コード20行目では用意したデータを作成したグラフに描画しており、コード23行目では作成したグラフを画面上に表示している状態です。

サンプルコードを実行すると、実行結果のような3D散布図が表示される事が確認できるでしょう。

 

まとめ

今回は、Pythonで3D散布図を作成する方法について紹介しました。

紹介したサンプルコードを流用して、3つの要素から生成される様々な3D散布図を作成する事が可能です。

これからPythonを使ってデータ分析等を学習したい方は是非参考にしてください。

また、今回は紹介したライブラリmatplotlibには3D散布図以外にも様々なグラフ描画機能が用意されてるので、興味のある方は是非学習してみましょう。

 

執筆してくれたメンター

菅繕久(すがよしひこ)

現在はフリーランスのエンジニアをしていてプログラミング歴は8年目になります。

普段は Python、FileMaker等を使って様々な業務で活用できるIoTプロダクトRPAツールを作成しています。

開発実績としては、業務自動化ツール(在庫管理・発注・ファイル操作 etc)、電子カルテシステム、ロボット用プログラムなどがあります。

TechAcademyではPythonコースを担当しております。

 

大石ゆかり

Pythonで3D散布図を作成する方法がよくわかったので良かったです!

田島悠介

ゆかりちゃん、これからも分からないことがあったら質問してね!

大石ゆかり

分かりました。ありがとうございます!

 

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