Визуализация данных с помощью Python Dash

Использование интерфейса визуализации данных, также известное как создание дашбордов, является неотъемлемой частью набора навыков аналитиков данных. Дашборды и приложения для работы с данными используются сейчас повсеместно: от представления результатов анализа с помощью ряда визуальных образов до демонстрации ваших приложений машинного обучения.

Если речь идет о данных, значит, это касается и Python. В частности, мы говорим о библиотеке Dash, которая построена на базе одной из самых популярных библиотек для построения графиков - Plotly.

Dash позволяет легко создавать и делиться результатами анализа данных с помощью интерактивных дашбордов, используя только код Python. Нет необходимости изучать HTML, CSS или сложные JavaScript-фреймворки, такие как React.js.

В этом руководстве вы получите представление о том, на что способен Dash, и как интегрировать его в свой рабочий процесс.

Установка Dash и Plotly

Вы можете установить Dash с помощью pip. Также необходимо инсталлировать библиотеку pandas для работы с наборами данных:

pip install dash pandas

Приведенная выше команда также выполняет установку plotly. Plotly известен своими интерактивными графиками, и Plotly и Dash созданы Plotly Software Foundation, поэтому библиотеки довольно хорошо работают вместе.

Требования по использованию Dash

У такого мощного фреймворка, как Dash, есть несколько требований. Во-первых, вы должны знать Plotly Python, поскольку Dash может отображать только интерактивные графики Plotly.

Далее, вам необходимо базовое понимание HTML и CSS. Dash похож на React, но на языке Python. Это шаблонный фреймворк, на котором вы можете создать сайт без JavaScript.

Дашборд содержит множество графики, и пользователю самому решать, как отобразить все на одной странице. Plotly обрабатывает изображения, но аспект компоновки зависит от Dash и его HTML-компонентов.

Создание Dash-приложения 

Давайте создадим наше Dash-приложение. После инсталляции импортируем следующие библиотеки:

import dash
import dash_core_components as dcc
import dash_html_components as html
import plotly.express as px
import pandas as pd

dash – это глобальная библиотека, содержащая все основные функции. dash_core_components и dash_html_components – это библиотеки, которые устанавливаются с dash по умолчанию. Они включают специфические для Dash фичи и Python-представление HTML-компонентов (тегов). Подробнее о них позже.

Любое приложение Dash запускается с помощью следующей команды:

app = dash.Dash(name="my_first_dash_app")

>>> app
<dash.dash.Dash at 0x1ee6af51af0>

Вышеприведенный код полностью создает бойлерплейт для чистого веб-сайта. Нам не нужна пустая страница, поэтому давайте заполним ее.

Сначала мы загрузим встроенный датасет из Plotly и создадим простую диаграмму рассеяния:

# Load dataset using Plotly
tips = px.data.tips()

fig = px.scatter(tips, x="total_bill", y="tip") # Create a scatterplot

Затем мы добавляем это изображение в атрибут layout нашего приложения внутри тега div с небольшими текстами:

app.layout = html.Div(children=[
   html.H1(children='Hello Dash'),  # Create a title with H1 tag

   html.Div(children='''
       Dash: A web application framework for your data.
   '''),  # Display some text

   dcc.Graph(
       id='example-graph',
       figure=fig
   )  # Display the Plotly figure
])

if __name__ == '__main__':
   app.run_server(debug=True) # Run the Dash app

Теперь мы создаем HTML-теги с помощью библиотеки dash_html_components (html), а изображение – используя основные компоненты (dcc) library .

За тегом заголовка H1 следует div, содержащий обычный текст, затем сам график с использованием функции Graph библиотеки dcc. Все это находится внутри атрибута children одного тега DIV.

В конце мы также добавляем команду, которая запускает наше приложение в режиме отладки, то есть изменения вступают в силу по мере внесения поправок в скрипт. Вот полный код на данный момент:

import dash
import dash_core_components as dcc
import dash_html_components as html
import plotly.express as px
import pandas as pd

# Create the app
app = dash.Dash(__name__)

# Load dataset using Plotly
tips = px.data.tips()

fig = px.scatter(tips, x="total_bill", y="tip") # Create a scatterplot

app.layout = html.Div(children=[
   html.H1(children='Hello Dash'),  # Create a title with H1 tag

   html.Div(children='''
       Dash: A web application framework for your data.
   '''),  # Display some text

   dcc.Graph(
       id='example-graph',
       figure=fig
   )  # Display the Plotly figure
])

if __name__ == '__main__':
   app.run_server(debug=True) # Run the Dash app

Поместите его в скрипт Python и запустите. В терминале вы получите сообщение о том, что необходимо перейти по этой ссылке: http://127.0.0.1:8050/.

Итак, поехали:

В следующих разделах мы подробно расскажем о том, что здесь произошло.

Создание app.layout

Давайте начнем с атрибута layout. Это единственный атрибут, который содержит все ваши HTML-компоненты и изображения. Вы должны передать ему всю вашу графику и HTML-теги в конечном теге DIV.

В зависимости от размера вашего проекта, данный атрибут может стать довольно большим, поэтому я рекомендую создавать все ваши HTML-теги и фигуры в отдельных переменных, а затем передавать их в layout.

Например, вот как будет выглядеть приведенное выше приложение:

app = dash.Dash(name="app")

# Load dataset using Plotly
tips = px.data.tips()

fig = px.scatter(tips, x="total_bill", y="tip")  # Create a scatterplot

title = html.H1("Hello Dash!")
text_div = html.Div("Dash: A web application framework for your data.")
graph_to_display = dcc.Graph(id="scatter", figure=fig)

app.layout = html.Div(children=[title, text_div, graph_to_display])

Это гораздо аккуратнее и компактнее, и это одна из тех вещей, о которых вы не узнаете в документации Dash. Там куча вложенного кода вместо того, чтобы сделать вышеописанное.

Компоненты HTML и CSS в Dash

Давайте обсудим, как HTML и CSS работают в Dash. Подбиблиотека dash_html_components содержит наиболее распространенные теги HTML, такие как divs, кнопки, текстовые поля, названия, теги заголовков (H1-6) и т. д.

Они реализованы в коде Python под соответствующими именами как представление их HTML-аналогов. Итак, код, подобный приведенному, ниже:

import dash_html_components as html

html.Div([
   html.H1('Hello Dash'),
   html.Div([
       html.P('Dash converts Python classes into HTML'),
       html.P("This conversion happens behind the scenes by Dash's JavaScript frontend")
   ])
])

Будет интерпретироваться вашим браузером следующим образом:

<div>
   <h1>Hello Dash</h1>
   <div>
       <p>Dash converts Python classes into HTML</p>
       <p>This conversion happens behind the scenes by Dash's JavaScript front-end</p>
   </div>
</div>

Все HTML-теги этой подбиблиотеки содержат следующие основные аргументы:

• id: то же, что и атрибут id HTML-тегов

• className: то же самое, что и атрибут class тегов HTML

• style: такой же, как атрибут style тегов HTML, но принимает только словарь стилей CSS

• children: первый аргумент большинства компонентов HTML

Вот пример div с некоторыми кастомизированными настройками:

app = dash.Dash(name="app")

app.layout = html.Div(
   children=html.H3("Simple Div"),
   id="sample_div",
   className="red_div",
   style={"backgroundColor": "red"},
)

if __name__ == "__main__":
   app.run_server(debug=True)

Аргумент children уникален - он может принимать числа и строки, но чаще всего вы передаете другие компоненты HTML списком, если это тег-контейнер, например такой как div.

Замечание о стилях CSS: большинство атрибутов стиля CSS используют дефисы для разделения слов. Когда вы передаете их в аргумент style Dash, они должны применять camelCase, например backgroundColor вместо background-color.

Я настоятельно рекомендую вам изучить данные HTML-теги, поскольку это единственное, что сохраняет целостность макета (лейаута) вашего приложения. Вот полный список HTML-тегов, поддерживаемых Dash.

Основные компоненты Dash

Другой важной частью Dash являются его основные компоненты. Библиотека dash_core_components содержит несколько других HTML-тегов, но в нее уже встроено немного CSS и JavaScript.

Некоторые примеры включают выпадающие списки, слайдеры, функционалы загрузки и выгрузки, а также компонент для отображения графиков Plotly.

Вот несколько образцов этих компонентов, начиная с выпадающего списка:

import dash
import dash_core_components as dcc
import dash_html_components as html

app = dash.Dash(__name__)

app.layout = html.Div([
   dcc.Dropdown(
       options=[
           {'label': 'FC Barcelona', 'value': 'FCB'},
           {'label': 'Real Madrid', 'value': 'RM'},
           {'label': 'Manchester United', 'value': 'MU'}
       ],
       value='FCB' # The default value to display
   )
])

Выпадающий список с мультивыбором:

app = dash.Dash(__name__)

app.layout = html.Div([
   dcc.Dropdown(
       options=[
           {'label': 'FC Barcelona', 'value': 'FCB'},
           {'label': 'Real Madrid', 'value': 'RM'},
           {'label': 'Manchester United', 'value': 'MU'}
       ],
       multi=True,
       value="FCB"
   )
], style={"width": 200})

if __name__ == '__main__':
   app.run_server(debug=True)

Слайдер с помеченными точками останова:

import dash
import dash_core_components as dcc
import dash_html_components as html

app = dash.Dash(__name__)

app.layout = html.Div([
   dcc.Slider(
       min=0,
       max=9,
       marks={i: 'Label{}'.format(i) for i in range(10)},
       value=5,
   )
])

if __name__ == '__main__':
   app.run_server(debug=True)

Существует универсальный атрибут value, который представляет дефолтное значение при первом рендеринге компонента.

Полный список основных компонентов можно посмотреть здесь.

Создание финального интерфейса визуализации данных с помощью Python Dash

В качестве завершающего примера посмотрите на приведенное ниже приложение:

import seaborn as sns

app = dash.Dash(__name__)

diamonds = sns.load_dataset("diamonds")

scatter = px.scatter(
   data_frame=diamonds,
   x="price",
   y="carat",
   color="cut",
   title="Carat vs. Price of Diamonds",
   width=600,
   height=400,
)
histogram = px.histogram(
   data_frame=diamonds,
   x="price",
   title="Histogram of Diamond prices",
   width=600,
   height=400,
)
violin = px.violin(
   data_frame=diamonds,
   x="cut",
   y="price",
   title="Violin Plot of Cut vs. Price",
   width=600,
   height=400,
)

left_fig = html.Div(children=dcc.Graph(figure=scatter))
right_fig = html.Div(children=dcc.Graph(figure=histogram))

upper_div = html.Div([left_fig, right_fig], style={"display": "flex"})
central_div = html.Div(
   children=dcc.Graph(figure=violin),
   style={"display": "flex", "justify-content": "center"},
)
app.layout = html.Div([upper_div, central_div])

if __name__ == "__main__":
   app.run_server(debug=True)

Мы импортируем датасет Diamonds из Seaborn и создаем три графика: диаграмму рассеяния, гистограмму и скрипичную диаграмму. Мы хотим отобразить график рассеяния и гистограмму рядом друг с другом и поместить скрипичную диаграмму прямо под ними в центре.

Для этого мы создаем два div'а, содержащих график рассеяния и гистограмму, left_figure и right_figure. Затем для простоты эти два div помещаем в еще один div - upper_div.

Мы устанавливаем CSS-стиль flex-box для этого div, который размещает фигуры бок о бок.

Затем мы создаем центральный div, содержащий скрипичную диаграмму, и выравниваем его по центру с помощью flex-box и его атрибута justify-content.

Наконец, мы помещаем все в лейаут внутри последнего DIV и запускаем скрипт. Вот конечный результат:

Заключение

Вот краткое описание шагов по созданию базового Dash-приложения:

1. Создайте приложение с помощью dash.Dash и дайте ему любое название.

2. Набросайте лейаут своих графиков в дашборде, прежде чем писать код.

3. Создайте графики, которые войдут в ваш дашборд

4. Создайте шаблонный лейаут с помощью HTML-компонентов Dash

5. Добавьте свои изображеня в соответствующие контейнеры

6. Наконец, добавьте все HTML-компоненты к атрибуту лейаута

Несмотря на то, что мы рассмотрели многие базовые аспекты, такие как HTML, основные компоненты и лейаут приложения, это лишь поверхностное знакомство с возможностями Dash.

Я показал вам множество примеров интерактивных HTML-компонентов, но не рассказал, как интегрировать их в ваше приложение. Как вы можете обновлять графики на основе вводимых пользователем данных, таких как слайдеры, текст или что-то подобное?

Вот здесь-то и приходят на помощь коллбеки. Это очень мощная и основная фича Dash. Чтобы использовать коллбеки, вы определяете в Dash функции, которые выстреливают при изменении компонента пользователем, и функция модифицирует новый компонент на основе этого события.

Dash посвящает большой раздел в документации только для объяснения коллбеков, поскольку поначалу в них трудно разобраться. Я предлагаю вам обратиться к этой теме на следующем этапе.

Загляните в галерею примеров, где вы сможете увидеть и насладиться некоторыми очень крутыми проектами, созданными с помощью Dash. Самое приятное, что многие из них с открытым исходным кодом, а это значит, что вы можете многое для себя почерпнуть и вдохновиться на новые идеи. 

Спасибо за прочтение!

В заключение приглашаем на открытое занятие «Работа с Power BI. Построение дашборда. Настройка и взаимодействие визуальных элементов». На уроке загрузим данные в Power BI Desktop из источника, построим небольшой дашборд, посмотрим на назначение и варианты настройки базовых визуальных элементов. Записаться можно по ссылке.