Python 语言顶刊绘图复现 —— 弦图(Chord Diagram)可视化

# 这里我们用模拟数据# 1. 转移矩阵读取 （这里我们随机生成）data = np.array([    [30, 10, 5, 2, 1],    [8, 25, 10, 3, 2],    [5, 10, 30, 8, 3],    [2, 4, 8, 20, 6],    [1, 2, 3, 5, 15]])# 2. 类别名categories = ["Worst", "Poor", "Moderate", "Good", "Excellent"]

CHORD_CONFIG = {    # 1.1 图像输出设置    "dpi": 300,                  # 图像分辨率（论文一般要求300dpi）    "formats": ["png"],          # 输出格式（可扩展为pdf、tiff）    "figsize": (10, 10), }        # 图像尺寸（正方形保证弦图为圆形）

    # 1.2 字体设置    "font_family_en": "Times New Roman",  # 英文字体（论文常用）    "font_family_zh": "SimSun",           # 中文字体（宋体）    "sector_label_size": 15,              # 扇区标签字体大小    "title_fontsize": 16,                # 标题字体大小    "legend_fontsize": 10,               # 图例字体大小

    # 1.3 弦图结构参数    "sector_space": 3,       # 扇区之间的间隔（单位：度）    "inner_radius": 90,      # 外环内半径（0-100）    "outer_radius": 100,     # 外环外半径（0-100）    "label_radius_pos": 110, # 标签显示半径（需大于outer_radius）

    # 1.4 弦（连线）样式    "link_alpha": 0.6,             # 弦透明度（越小越透明）    "link_edge_width": 0.2,        # 弦边框宽度    "link_edge_color": "#333333",  # 弦边框颜色（深灰）

    # 1.5 分类颜色（根据数据类别进行添加颜色）    "category_colors": {        "Worst": "#d73027",      # 最差（红色）        "Poor": "#fdae61",       # 较差（橙色）        "Moderate": "#ffffbf",   # 中等（浅黄）        "Good": "#a6d96a",       # 较好（浅绿）        "Excellent": "#1a9850",  # 最优（深绿）    },

    # 1.6 图例配置    "legend": {        "title": "RSEI Level",           # 图例标题        "loc": "center left",            # 图例位置（左中）        "bbox_to_anchor": (1.2, 0.5),    # 图例锚点（控制偏移）        "frameon": False,                # 是否显示图例边框        "fontsize": 15,                  # 图例字体大小        "title_fontsize": 20,            # 图例标题字体大小        'handlelength': 1.5,             # 图例长度        'handleheight': 1.5              # 图例高度    },    # 1.7 图标题    "title": "Transition Matrix 2003-2024"

# 0. 导入库import matplotlib.pyplot as plt              # Matplotlib 主绘图库（用于绘图、标题、图例等）import matplotlib.font_manager as fm         # 字体管理模块（用于检测系统字体）import matplotlib.patches as mpatches       # 用于构建图例中的色块（Patch对象）import seaborn as sns                       # Seaborn（用于统一图像风格）import numpy as np                          # 数值计算库（处理矩阵数据）import pandas as pd                         # 数据结构库（DataFrame用于存储矩阵）from pycirclize import Circos               # 核心库：用于绘制弦图（Chord Diagram）# 1. 全局配置（所有参数集中管理）CHORD_CONFIG = {    # 1.1 图像输出设置    "dpi": 300,                  # 图像分辨率（论文一般要求300dpi）    "formats": ["png"],          # 输出格式（可扩展为pdf、tiff）    "figsize": (10, 10),         # 图像尺寸（正方形保证弦图为圆形）    # 1.2 字体设置    "font_family_en": "Times New Roman",  # 英文字体（论文常用）    "font_family_zh": "SimSun",           # 中文字体（宋体）    "sector_label_size": 15,              # 扇区标签字体大小    "title_fontsize": 16,                # 标题字体大小    "legend_fontsize": 10,               # 图例字体大小    # 1.3 弦图结构参数    "sector_space": 3,       # 扇区之间的间隔（单位：度）    "inner_radius": 90,      # 外环内半径（0-100）    "outer_radius": 100,     # 外环外半径（0-100）    "label_radius_pos": 110, # 标签显示半径（需大于outer_radius）    # 1.4 弦（连线）样式    "link_alpha": 0.6,             # 弦透明度（越小越透明）    "link_edge_width": 0.2,        # 弦边框宽度    "link_edge_color": "#333333",  # 弦边框颜色（深灰）    # 1.5 分类颜色（根据数据类别进行添加颜色）    "category_colors": {        "Worst": "#d73027",      # 最差（红色）        "Poor": "#fdae61",       # 较差（橙色）        "Moderate": "#ffffbf",   # 中等（浅黄）        "Good": "#a6d96a",       # 较好（浅绿）        "Excellent": "#1a9850",  # 最优（深绿）    },    # 1.6 图例配置    "legend": {        "title": "RSEI Level",           # 图例标题        "loc": "center left",            # 图例位置（左中）        "bbox_to_anchor": (1.2, 0.5),    # 图例锚点（控制偏移）        "frameon": False,                # 是否显示图例边框        "fontsize": 15,                  # 图例字体大小        "title_fontsize": 20,            # 图例标题字体大小        'handlelength': 1.5,             # 图例长度        'handleheight': 1.5              # 图例高度    },    # 1.7 图标题    "title": "Transition Matrix 2003-2024"}#-------------------------------------------------------------------------------# 2. 字体环境配置# 获取系统中所有已安装字体名称available_fonts = [f.name for f in fm.fontManager.ttflist]# 从配置中读取目标字体en_font = CHORD_CONFIG["font_family_en"]zh_font = CHORD_CONFIG["font_family_zh"]if en_font not in available_fonts:    print(f"Warning: '{en_font}' not found, fallback enabled.")if zh_font not in available_fonts:    print(f"Warning: '{zh_font}' not found, Chinese may not display.")# 设置字体回退机制font_fallback = [en_font, zh_font, "Arial", "sans-serif"]# 配置 Matplotlib 全局参数plt.rcParams.update({    "font.family": "sans-serif",           # 字体类型    "font.sans-serif": font_fallback,      # 字体候选列表    "axes.unicode_minus": False,           # 正常显示负号    "savefig.dpi": CHORD_CONFIG["dpi"],    # 保存分辨率    "figure.titlesize": CHORD_CONFIG["title_fontsize"]})# 设置 Seaborn 风格（白底）sns.set_theme(style="white", rc={    "font.sans-serif": font_fallback,    "axes.unicode_minus": False})print("Environment initialized.")  # 提示初始化完成############################# 主程序 ################################### 1. 转移矩阵读取 （这里我们随机生成）data = np.array([    [30, 10, 5, 2, 1],    [8, 25, 10, 3, 2],    [5, 10, 30, 8, 3],    [2, 4, 8, 20, 6],    [1, 2, 3, 5, 15]])# 2. 类别名categories = ["Worst", "Poor", "Moderate", "Good", "Excellent"]# 3. 将 Numpy 的 array 转换为 DataFramedf = pd.DataFrame(data, index=categories, columns=categories)# 4. 构建颜色映射（保证顺序一致）# 按类别顺序提取颜色（避免字典乱序问题）cmap = CHORD_CONFIG["category_colors"]# 6. 绘制弦图circos = Circos.initialize_from_matrix(    df,  # 转移矩阵    space=CHORD_CONFIG["sector_space"],  # 扇区间隔    r_lim=(CHORD_CONFIG["inner_radius"], CHORD_CONFIG["outer_radius"]),  # 半径范围    cmap=cmap,  # 分类颜色    label_kws=dict(        size=CHORD_CONFIG["sector_label_size"],   # 标签字体大小        r=CHORD_CONFIG["label_radius_pos"]        # 标签位置    ),    link_kws=dict(        alpha=CHORD_CONFIG["link_alpha"],         # 弦透明度        lw=CHORD_CONFIG["link_edge_width"],       # 边框宽度        ec=CHORD_CONFIG["link_edge_color"]        # 边框颜色    ) )fig = circos.plotfig()# 7. 构建图例对象与添加图例legend_handles = [    mpatches.Patch(        color=CHORD_CONFIG["category_colors"][c],  # 颜色        label=c                                   # 标签    )    for c in categories]legend_cfg = CHORD_CONFIG["legend"]plt.legend(    handles=legend_handles,                    # 图例元素    title=legend_cfg["title"],                 # 图例标题    loc=legend_cfg["loc"],                     # 图例位置    bbox_to_anchor=legend_cfg["bbox_to_anchor"], # 偏移位置    frameon=legend_cfg["frameon"],             # 是否显示边框    fontsize=legend_cfg["fontsize"],           # 字体大小    title_fontsize=legend_cfg["title_fontsize"], # 标题字体大小    handlelength=legend_cfg['handlelength'],       # 图例块长度    handleheight=legend_cfg['handleheight']        # 图例块高度)# 8. 添加标题plt.title(    CHORD_CONFIG["title"],                      # 标题文本    fontsize=CHORD_CONFIG["title_fontsize"],    # 字体大小    fontfamily=CHORD_CONFIG["font_family_en"]   # 字体)# 9. 显示图像plt.show()