時系列ベクトル図の作成方法について（python）

Question

前提・実現したいこと

pythonに限らずプログラミング自体が初心者です。
至らぬ点が多々ありますが何卒よろしくお願い致します。

海流や風速の時系列データから以下のようなグラフをpythonで作成したいのですが、
やり方がわからずに苦しんでいます。
初心者用の本は読んだりしているのですが、参考になる記述が少ない状況です。

![

以下のような、流速(cm/s)と流れる方向(360°表記：北0度～東90度～南180度～西270度～)を
10分毎に計測したデータのcsvファイルをpandasを用いて読み込みます。

日時 流速 流向
2018/5/29 13:20 22.3 18.9
2018/5/29 13:30 22.3 28.4
2018/5/29 13:40 24.2 36.4
2018/5/29 13:50 24.9 38.6
2018/5/29 14:00 25.7 39.7
2018/5/29 14:10 24.5 41.3
・・・・・・・・・・・・・・・
2018/10/18 11:00 23.3 355.9

それをnumpyでベクトルを成分に分けます。

import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

#
df = pd.read_csv('ocean_current.csv',encoding='ANSI')
dt = df['日時']
a = df['流速']
b = df['流向']

#
x = np.sin(b)
y = np.cos(b)

u = a*x
v = a*y

#
fig,ax = plt.subplots(1, 1, figsize=(16,6))

ここから先どのようにしたら良いのかがわかりません。
ベクトルを扱うax.quiverやax.quiverkeyに軽く触れられているページは多くありましたが、
細かく解説してある本やページが無くて苦しんでいます。
特に日時の扱いに苦慮しております。

漠然としたご質問で大変申し訳ありませんが、
どなたかご教授頂けませんでしょうか？

Answer 1

ご提示の図を一発で描画できる関数は matplotlib に用意されていないので、複数の機能を組み合わせて描画する必要があります。
以下、概念実証用のサンプルコードです。
提示された図に近づけるには、

• X 軸のラベルを日付ごとに表示する。set_xticklabels(), set_xticks() で調整
• 矢印の太さ quiver() のパラメータで調整
• 図のアスペクト比 figsize で調整
• N, S, <2002/1021/ ~ ...> というラベル ax.text() で配置

など調整してみてはどうでしょうか。

DateTime,Speed,Orient
2018/5/29 13:20,22.3,18.9
2018/5/29 13:30,22.3,28.4
2018/5/29 13:40,24.2,36.4
2018/5/29 13:50,24.9,38.6
2018/5/29 14:00,25.7,39.7
2018/5/29 14:10,24.5,1.3
2018/5/29 14:20,24.5,1.3
2018/5/29 14:30,24.5,1.3
2018/5/29 14:40,24.5,1.3
2018/5/29 14:50,24.5,1.3

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import pandas as pd
from datetime import datetime

df = pd.read_csv('data.txt', parse_dates=[0])

# ベクトル
u = df['Speed'] * np.sin(df['Orient'])
v = df['Speed'] * np.cos(df['Orient'])

# ベクトルの起点
time_len = len(df['DateTime'])
x = np.arange(time_len)
y = np.zeros(len(x))

# x 軸のラベル
dt_labels = [dt.strftime('%H:%M') for dt in df['DateTime']]

fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 4))
ax.quiver(x, y, u, v, angles='xy', scale_units='xy', width=0.004)
# x 軸のラベル
ax.set_xticklabels(dt_labels, rotation=30, fontsize='small')
# y = 0 に直線を引く。
ax.axhline(color='black', linewidth=1)
# x, y 軸のラベル
ax.set_xlabel('Speed')
ax.set_ylabel('Datetime')

ベクトルを扱うax.quiverやax.quiverkeyに軽く触れられているページは多くありましたが、
細かく解説してある本やページが無くて苦しんでいます。
特に日時の扱いに苦慮しております。

matplotlib は非常にカスタマイズ製が高いので、作ろうと思えば、どんな図でも基本的に作れます。
書籍や Web サイトでは基本的な使い方しか載っていないので、公式ドキュメントを参考にするのがよいでしょう。

Comments

[wtxa111]

ご回答頂き、ありがとうございました。
何をどうしてよいか全くわからない中、少し前進できたと思います。
しかし、まだまだ道は遠く描くことができません。
概念実証用のコードを試させて頂きましたが、サンプルとして表示されている物も描けませんでした。

#ベクトルの起点までは理解できましたが、
次の#X軸のラベルで以下のエラーがでました。
AttributeError: 'str' object has no attribute 'strftime'
どうしてstr型のデータなのにstrftimeに対応していないのでしょうか？

それから公式ドキュメントとは、https://docs.python.jp/3/index.html
ここを指しているのでしょうか？

質問ばかりで申し訳ありません。
数冊の本でpythonを勉強しましたが、できるようになる将来が全く想像できないでおり、
ここに至ったというわけです。
諦めずなんとか少しずつでも解決に向かいたいと思いますので、
どうぞよろしくお願い致します。

[tiitoi]

pandas でCSVを読み込む際にデフォルトでは、日時のカラムも str として読み込まれてしまうので、以下のように 0 列目は日時として解釈するよう明示的に指定してあげることで datetime 型として読み込れます。

```
df = pd.read_csv('data.txt', parse_dates=[0])
```

それから公式ドキュメントとは、ここを指しているのでしょうか？

matplotlib のリファレンスです。
https://matplotlib.org/index.html

また、「matplotlib やりたいこと (英語)」で検索すると、Stack Overflow が大抵引っかかりますので、検索する際の参考にしてください。

[wtxa111]

ご回答頂きありがとうございます、おかげでまた一歩前進することができました。
ご教授頂きましたax.quiver(x, y, u, v, angles='xy', scale_units='xy', width=0.004)のうち、
angles='xy', scale_units='xy'の部分を削除したらそれらしい並びが出来上がりました。
何故そうなったのかは自分の頭ではまだ理解できていませんが…
まだ縦軸と横軸の目盛がおかしく、課題が多いのですが、コメントが下に膨らんでいくと
見にくいため、ここで一旦切らせて頂きたいと思います。

公式マニュアルは英語なんですね…英語力に乏しいので、またすぐ質問することになるでしょうが、
何卒よろしくお願い致します。この度はありがとうございました。