如何在matplotlib中将箱线图等2D图表投影到3D空间展示

问题原因 #

Matplotlib内置的boxplot接口未提供zs、zdir这类直接指定3D偏移位置的参数，所以不能像柱状图一样直接传参实现分层。

实现方案 #

我们可以在绘制完2D箱线图后，手动将箱线图的所有元素沿指定轴偏移到目标z位置，即可实现和示例一致的分层效果，完整可运行代码如下：

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
from mpl_toolkits.mplot3d.art3d import line_2d_to_3d, pathpatch_2d_to_3d
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

fig = plt.figure(figsize=(8,8))
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

# 分层位置、对应颜色配置，和原柱状图示例逻辑一致
z_positions = [30, 20, 10, 0]
colors = ['r', 'g', 'b', 'y']

for z, c in zip(z_positions, colors):
    # 生成每组的随机测试数据，可替换为自己的数据集
    data = [np.random.normal(loc=i*5, scale=3, size=500) for i in range(4)]
    # 先绘制2D箱线图，patch_artist设为True才能自定义箱体填充色
    box = ax.boxplot(data, patch_artist=True, vert=True)
    
    # 遍历箱线图所有元素，转换为3D并设置偏移位置
    # 转换箱体
    for patch in box['boxes']:
        patch.set_facecolor(c)
        patch.set_alpha(0.8)
        pathpatch_2d_to_3d(patch, z=z, zdir='y')
    # 转换须线、帽线、中位数线
    for line_list in [box['whiskers'], box['caps'], box['medians']]:
        for line in line_list:
            line.set_color(c)
            line_2d_to_3d(line, z=z, zdir='y')
    # 转换异常点
    for flier in box['fliers']:
        flier.set_markeredgecolor(c)
        flier.set_alpha(0.8)
        # 散点单独处理z偏移
        x, y = flier.get_data()
        ax.scatter(x, [z]*len(x), y, c=c, alpha=0.6, s=10)
    # 删掉原来的2D异常点，避免重复显示
    for flier in box['fliers']:
        flier.remove()

# 坐标轴设置和原示例保持一致
ax.set_xlabel('分组')
ax.set_ylabel('Y(分层轴)')
ax.set_zlabel('数值')
# 限制Y轴范围避免显示问题
ax.set_ylim(-5, 35)

plt.show()

关键说明 #

• 核心依赖art3d模块提供的2D元素转3D接口，所有Matplotlib 2D图表都可以用类似思路实现3D分层投影
• 如需修改分层方向，把所有zdir='y'改为zdir='x'即可沿X轴方向分层
• 如需替换为自己的数据集，直接替换循环内的data变量即可，格式和普通2D箱线图的输入要求完全一致

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Tomoon