【Seaborn】catplotによる変数間の関係の可視化

公開日 2023-08-27

Seabornのcatplot関数は、カテゴリ変数を可視化する機能を持っています。この記事では、catplot関数の使用方法とオプションについて解説します。

catplot関数のオプション¶

catplot関数の主なオプションを以下に示します。

オプション	型	説明
x/y	str	x, y軸の変数
kind	str	グラフの種類。表の下を参照
hue	str	色分けをするカテゴリ変数名
hue_order	list of str	hueの順番
palette	dict/str	hueの色を指定。カラーマップも指定可能
row	str	複数グラフに分割するときに、縦方向のキーとなる変数名
col	str	複数グラフに分割するときに、横方向のキーとなる変数名
row_order	list of str	rowオプションの順序を指定
col_order	list of str	colオプションの順序を指定
col_wrap	int	rowを指定したときの1行あたりのグラフの数
height	float	各グラフの高さ
aspect	float	`aspect*height`がグラフの横幅になる

kindオプションで指定可能なグラフの種類を以下に示します。

カテゴリ毎の散布図
- "strip": ストリッププロット（デフォルト）
- "swarm": スワームプロット
カテゴリ毎の分布図
- "box": 箱ひげ図
- "boxen": 拡張箱ひげ図 (enhanced box plot)
- "violin": ヴァイオリンプロット
カテゴリ毎の分布推定図
- "bar": 信頼区間付き棒グラフ
- "count": データ数の棒グラフ
- "point": ポイントプロット

ストリッププロット¶

catplot関数のデフォルト設定では、ストリッププロットと呼ばれるグラフが出力されます。グラフをプロットするため、tipsと呼ばれるデータセットを読み込みます。

import seaborn as sns

df = sns.load_dataset("tips")
df

tipsデータセットは以下の7変数を持ち、データ数は244個です。

total_bill: 食事の代金（USドル）
tip: チップの額（USドル）
sex: 性別
smoker: 喫煙者か否か
day: 曜日（木曜～日曜のいずれか）
time: 食事の時間（昼食または夕食）
size: 人数

catplot関数のdata引数にDataFrameを与え、x, yにそれぞれx, y軸に表示したい変数を与えます。x, yの片方はカテゴリ変数とします。

以下の例では、xをカテゴリ変数の"smoker"（喫煙者か否か）, yを連続変数の"tip"（チップの額）としています。

sns.catplot(data=df, x="smoker", y="tip")

<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x237935d7b60>

このように「喫煙者か否か」と「チップの額」がプロットされます。見た目は散布図に似ていますが、"tip"が同じ値の場合、点が重ならないように横にずらしてプロットされます。

データの色分け¶

hueオプションに変数名を指定することにより、データの点を色で分けることが可能です。他のグラフの種類の場合も同じです。hueオプションに"time"（食事の時間）を与えた例を以下に示します。

sns.catplot(data=df, x="smoker", y="tip", hue="time")

<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x23793aabc50>

横向き表示¶

グラフを横向きに表示するには、xを連続変数、yをカテゴリ変数とします。他のグラフの種類の場合も同じです。

sns.catplot(data=df, x="tip", y="smoker")

<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x237935b7250>

ばらつき幅の変更¶

ストリッププロットの点の横方向のばらつき（ジッタ）を変更する場合、jitterオプションで幅の大きさを指定します。jitter=0とすると、点が一直線上に並びます。

sns.catplot(data=df, x="smoker", y="tip", jitter=0.03)

<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x23793aab890>

スワームプロット¶

kindオプションを"swarm"とすると、スワームプロットになります。スワームプロットはストリッププロットと似ていますが、点が重ならないように描画するため、データの密度が分かりやすくなります。

sns.catplot(data=df, x="smoker", y="tip", kind="swarm")

<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x23794c5fb10>

箱ひげ図¶

kindオプションを"box"とすると、箱ひげ図になります。

sns.catplot(data=df, x="smoker", y="tip", kind="box")

<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x23794d15310>

箱の中央の横線は中央値を示します。また、箱の上下の横線は、第1, 第3四分位点となります。すなわち、箱の範囲にはデータ点の半数が含まれます。この箱の縦方向の長さをIQR (Interquartile range) と呼びます。さらに、ひげの長さは、IQR×whisとデータが存在する区間の短い方で表示されます。ひげよりも外側に表示される点（上のグラフの菱形マーク）は、外れ値として表示されます。whisのデフォルト値は1.5であり、catplot関数のwhisオプションで変更可能です。

sns.catplot(data=df, x="smoker", y="tip", kind="box", whis=1)

<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x23794ece990>

hueオプションに変数名を与えた場合、箱ひげ図が横に並んで表示されます。

sns.catplot(data=df, x="smoker", y="tip", kind="box", hue="time")

<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x23794fbc2d0>

拡張箱ひげ図¶

kindオプションを"boxen"とすると、拡張箱ひげ図（letter value plotとも呼ばれます）になります。箱ひげ図と比較して、分位点をより細かく描画しています。箱の横幅はデータ点数の多さを示しています。

sns.catplot(data=df, x="smoker", y="tip", kind="boxen")

<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x2379501f4d0>

ヴァイオリンプロット¶

kindオプションを"violin"とすると、ヴァイオリンプロットになります。ヴァイオリンプロットではデータの密度を推定し、データの数をグラフの横幅で示します。

sns.catplot(data=df, x="smoker", y="tip", kind="violin")

<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x237950d9810>

ヴァイオリンプロットでは、グラフを左右で分割することが可能です。hueオプションに分割する変数名を渡し、split=Trueとします。

sns.catplot(data=df, x="smoker", y="tip", kind="violin",
            hue="time", split=True)

<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x2379513f610>

信頼区間付き棒グラフ¶

kindオプションを"bar"とすると、信頼区間付き棒グラフになります。棒の長さは平均値を示します。また、黒い線は95%信頼区間を示します。

sns.catplot(data=df, x="day", y="tip", kind="bar")

<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x23795216ad0>

hueオプションに変数名を指定すると、データを分割して、棒グラフを並べてプロットします。

sns.catplot(data=df, x="day", y="tip", kind="bar", hue="smoker")

<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x237963f2210>

データ数の棒グラフ¶

kindオプションを"count"とすると、データ数の棒グラフになります（yの指定は出来ません）。

sns.catplot(data=df, x="day", kind="count")

<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x23796611e50>

hueオプションに変数名を指定すると、データを分割して、棒グラフを並べてプロットします。

sns.catplot(data=df, x="day", kind="count", hue="smoker")

<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x2379664bd90>

ポイントプロット¶

kindオプションを"point"とすると、ポイントプロットになります。点は平均値を示します。また、縦方向の線は95%信頼区間を示します。点同士を繋ぐ線により、平均値の推移が分かりやすくなります。

sns.catplot(data=df, x="day", y="tip", kind="point")

<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x237931211d0>

hueオプションに変数名を指定すると、データを分割して並べてプロットします。さらにdodge=Trueとすることにより、グラフを若干横にずらして読み取りやすくします。

sns.catplot(data=df, x="day", y="tip", kind="point",
            hue="smoker", dodge=True)

<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x2379670c2d0>

複数グラフへ分割¶

row, colオプションに変数名を渡すことにより、その変数の値でデータを分割し、縦・横方向にグラフを並べてプロットします。colオプションに"time"（食事の時間）を渡して、グラフを横方向に分割した例を以下に示します。

sns.catplot(data=df, x="smoker", y="tip", col="time")

<seaborn.axisgrid.FacetGrid at 0x2379675fc50>

グラフの保存¶

catplot関数で出力したグラフをファイルとして保存するには、catplot関数の戻り値 (cg) のsavefig()メソッドを使用します。引数に保存するファイル名を与えます。

cg = sns.catplot(data=df, x="smoker", y="tip")
cg.savefig("catplot.png")