什么是桑基图

桑基图（Sankey diagram），即桑基能量分流图，也叫桑基能量平衡图。它是一种特定类型的流程图，核心在于展示数据的流转，图中延伸的分支的宽度对应数据流量的大小，通常应用于能源、材料成分、金融等数据的可视化分析。因1898年Matthew Henry Phineas Riall Sankey绘制的"蒸汽机的能源效率图"而闻名，此后便以其名字命名为"桑基图"。（来源：百度）

“桑基图”的数据特点是由源数据，目标数据，流量值三个量组成，源数据与目标数据之间是流量带，流量值越大流量带越宽。流量带由源数据流向目标数据，因为能量守恒，所以源数据宽度和目标数据宽度相等。

经典的桑基图

1869年的minard图

Charles Minard是信息图表之父，他是信息图领域的创始者。这张图描绘的是拿破仑在1812到1813年进攻俄国的情况。它的背景是一个真实的地图，西边是波兰的边境，东边是莫斯科。图上那条主线的宽度代表拿破仑军队的人数，黄色表示进攻路线，黑色表示撤退的路线：他开始于42万人，在向莫斯科进军的过程中丧失了很多人，到达莫斯科时只剩下10万人，而最后从莫斯科活着返回的只剩下1万人。

当时，这种图还不叫桑基图，因为桑基图的命名三十年之后才出现，但这张图很清晰的展现了“法国士兵人数” 这个值的流量变化过程，一路打，一路死，42万人最后剩下1万人回家，看这图就知道那场战争是多么的惨烈了。

1898年的蒸汽的能源效率图

1898年，爱尔兰船长马修·亨利·菲尼亚斯·里亚尔·桑基（Matthew Henry Phineas Riall Sankey）使用了这种类型的图表展示了蒸汽的能源效率。与此同时，这个图也以船长的名字命名为“桑基图”。

法国公共管理部门的资金来源

这张桑基图(Sankey Diagram)厘清了法国公共管理部门的资金来源，以及他们是如何分配这些资金的。

最左边的支点代表了不同的资金来源，包括社会、个人税收等。这些资金在汇总到法国的四大公共管理部门后，被再分配到交通、环境保护、住房、教育、文化等各个领域。在描述收支情况时，桑基图能帮你捋清每一笔金钱的走向。钱都来自哪里，花在哪里，在一张桑基图上都能一目了然。

2017，年度行程表

这张图是桑基图的一个变种，展示了2017年度的一个日常事务的分类与时间行程对应关系，桑基图清晰的展现了日常事务的那种密集、交叉与繁忙。

其他的各种典型桑基图

如何绘制一个桑基图？

绘制“桑基图”需要用到pyecharts库。

安装：

pip install pyecharts

官方地址：

https://github.com/pyecharts/pyecharts/

开源教程：

https://pyecharts.org/#/zh-cn/intro

代码基础框架如下：

from pyecharts.charts import Sankey
from pyecharts import options as opts

sankey = Sankey()
sankey.add(series_name=''  # 桑基图的名字
           , nodes=[]  # 配置有多少个结点
           , links=[]  # 配置结点之间的信息流关系
           , linestyle_opt=opts.LineStyleOpts()  # 线样式配置项
           , label_opts=opts.LabelOpts()  # 标签配置项
           , levels=[opts.SankeyLevelsOpts(), ...]  # 每一层节点配置
           , node_align=''  # 对齐方式的配置
           , orient=''  # 方向的配置
           )
sankey.render('sankey.html')  # 输出html文件

下面从华北电力大学的2020年分省招生计划中选择一些专业和省份来说明桑基图的绘制方法。

【例子】全部默认配置的桑基图

from pyecharts.charts import Sankey
from pyecharts import options as opts

nodes = [
    {'name': '电气类'}
    , {'name': '电子信息类'}
    , {'name': '核工程类'}
    , {'name': '管理科学与工程类'}
    , {'name': '工商管理类'}
    , {'name': '经济学类'}
    , {'name': '水利类'}
    , {'name': '北京'}
    , {'name': '天津'}
    , {'name': '河北'}
    , {'name': '山西'}
    , {'name': '内蒙古'}
]
links = [
    {'source': '北京', 'target': '电气类', 'value': 20}
    , {'source': '北京', 'target': '电子信息类', 'value': 13}
    , {'source': '北京', 'target': '核工程类', 'value': 6}
    , {'source': '北京', 'target': '管理科学与工程类', 'value': 8}
    , {'source': '北京', 'target': '工商管理类', 'value': 16}
    , {'source': '北京', 'target': '经济学类', 'value': 6}
    , {'source': '北京', 'target': '水利类', 'value': 2}

    , {'source': '天津', 'target': '电气类', 'value': 11}
    , {'source': '天津', 'target': '电子信息类', 'value': 4}
    , {'source': '天津', 'target': '核工程类', 'value': 1}
    , {'source': '天津', 'target': '管理科学与工程类', 'value': 2}
    , {'source': '天津', 'target': '工商管理类', 'value': 6}
    , {'source': '天津', 'target': '经济学类', 'value': 2}
    , {'source': '天津', 'target': '水利类', 'value': 2}

    , {'source': '河北', 'target': '电气类', 'value': 15}
    , {'source': '河北', 'target': '电子信息类', 'value': 6}
    , {'source': '河北', 'target': '核工程类', 'value': 5}
    , {'source': '河北', 'target': '管理科学与工程类', 'value': 4}
    , {'source': '河北', 'target': '工商管理类', 'value': 8}
    , {'source': '河北', 'target': '经济学类', 'value': 2}
    , {'source': '河北', 'target': '水利类', 'value': 2}

    , {'source': '山西', 'target': '电气类', 'value': 15}
    , {'source': '山西', 'target': '电子信息类', 'value': 9}
    , {'source': '山西', 'target': '核工程类', 'value': 5}
    , {'source': '山西', 'target': '管理科学与工程类', 'value': 6}
    , {'source': '山西', 'target': '工商管理类', 'value': 8}
    , {'source': '山西', 'target': '经济学类', 'value': 6}
    , {'source': '山西', 'target': '水利类', 'value': 3}

    , {'source': '内蒙古', 'target': '电气类', 'value': 13}
    , {'source': '内蒙古', 'target': '电子信息类', 'value': 3}
    , {'source': '内蒙古', 'target': '核工程类', 'value': 2}
    , {'source': '内蒙古', 'target': '管理科学与工程类', 'value': 2}
    , {'source': '内蒙古', 'target': '工商管理类', 'value': 4}
    , {'source': '内蒙古', 'target': '经济学类', 'value': 2}
    , {'source': '内蒙古', 'target': '水利类', 'value': 2}
]

全部默认设置

sankey = Sankey()
sankey.add(
    series_name='2020年份省招生计划'
    , nodes=nodes
    , links=links
)
sankey.render('sankey.html')

得到的结果如下，可以看到格式相当不美观，接下来，我们看看怎么设置参数，使得图片更加好看。

【例子】信息流的格式配置（颜色、透明度、曲线程度）

https://pyecharts.org/#/zh-cn/series_options?id=linestyleopts：线样式配置项

sankey = Sankey()
sankey.add(
    series_name='2020年份省招生计划'
    , nodes=nodes
    , links=links
    , linestyle_opt=opts.LineStyleOpts(
        opacity=0.2  ###透明度设置
        , curve=0.5  ###信息流的曲线弯曲度设置
        , color="source"  ##颜色设置，source表示使用节点的颜色
    )  ##线条格式 ,设置所有线条的格式
)
sankey.render('sankey.html')

输出结果为如下，好看了许多，但是生源地和专业的字看不清楚，接下来继续配置标签。

【例子】标签的格式配置（大小、颜色、位置）

https://pyecharts.org/#/zh-cn/series_options?id=labelopts：标签配置项

sankey = Sankey()
sankey.add(
    series_name='2020年份省招生计划'
    , nodes=nodes
    , links=links
    , linestyle_opt=opts.LineStyleOpts(
        opacity=0.2  ###透明度设置
        , curve=0.5  ###信息流的曲线弯曲度设置
        , color="source"  ##颜色设置，source表示使用节点的颜色
    )  ##线条格式 ,设置所有线条的格式
    , label_opts=opts.LabelOpts(
        font_size=16
        , position='right'
    )  ##标签配置，具体参数详见opts.LabelOpts()
)
sankey.render('sankey.html')

输出结果如下，美观了不少。

【例子】配置每一层节点的颜色

有时候需要将同一层节点的颜色配置为一致的，我们可以通过level参数逐层配置节点和信息流的格式。

nodes.extend(
    [{'name': '实验班'}
        , {'name': '教改班'}
     ]
)

links.extend(
    [{'source': '电气类', 'target': '实验班', 'value': 20}
        , {'source': '电气类', 'target': '教改班', 'value': 14}
        , {'source': '电子信息类', 'target': '实验班', 'value': 7}
        , {'source': '电子信息类', 'target': '教改班', 'value': 8}
        , {'source': '核工程类', 'target': '实验班', 'value': 5}
        , {'source': '核工程类', 'target': '教改班', 'value': 5}
        , {'source': '管理科学与工程类', 'target': '实验班', 'value': 6}
        , {'source': '管理科学与工程类', 'target': '教改班', 'value': 6}
        , {'source': '工商管理类', 'target': '实验班', 'value': 10}
        , {'source': '工商管理类', 'target': '教改班', 'value': 10}
     ]
)

sankey = Sankey()
sankey.add(
    series_name='2020年份省招生计划'
    , nodes=nodes
    , links=links
    , linestyle_opt=opts.LineStyleOpts(
        opacity=0.2  ###透明度设置
        , curve=0.5  ###信息流的曲线弯曲度设置
        , color="source"  ##颜色设置，source表示使用节点的颜色
    )  ##线条格式 ,设置所有线条的格式
    , label_opts=opts.LabelOpts(
        font_size=16
        , position='right'
    )  ##标签配置，具体参数详见opts.LabelOpts()
    , levels=[
        opts.SankeyLevelsOpts(
            depth=0,  ##第一层的配置
            itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#fbb4ae"),  ##节点格式的配置
            linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source", opacity=0.2, curve=0.5))
        , opts.SankeyLevelsOpts(
            depth=1,  ##第二层的配置
            itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#b3cde3"),  ##节点格式的配置
            linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source", opacity=0.2, curve=0.5))  ##信息的配置
        , opts.SankeyLevelsOpts(
            depth=2,  ##第三层的配置
            itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#ccebc5"),  ##节点格式的配置
            linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source", opacity=0.2, curve=0.5))  ##信息的配置
    ]  # 桑基图每一层的设置。可以逐层设置
)
sankey.render('sankey.html')

经济学类、水利类没有实验班和教改班，感官上不符合逻辑归类，于是我们进行“对齐方式”的设置。

【例子】对齐方式的配置

如果个别节点没有下级节点，其他的节点有下级节点，为了美观一些，可以选择节点对齐的方式。通过node_align参数进行配置。

桑基图中节点的对齐方式，默认是双端对齐，可以设置为左对齐或右对齐，对应的值分别是：

justify：节点双端对齐。
left：节点左对齐。
right：节点右对齐

sankey = Sankey()
sankey.add(
    series_name='2020年份省招生计划'
    , nodes=nodes
    , links=links
    , node_align='left'
    , linestyle_opt=opts.LineStyleOpts(
        opacity=0.2  ###透明度设置
        , curve=0.5  ###信息流的曲线弯曲度设置
        , color="source"  ##颜色设置，source表示使用节点的颜色
    )  ##线条格式 ,设置所有线条的格式
    , label_opts=opts.LabelOpts(
        font_size=16
        , position='right'
    )  ##标签配置，具体参数详见opts.LabelOpts()
    , levels=[
        opts.SankeyLevelsOpts(
            depth=0,  ##第一层的配置
            itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#fbb4ae"),  ##节点格式的配置
            linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source", opacity=0.2, curve=0.5))
        , opts.SankeyLevelsOpts(
            depth=1,  ##第二层的配置
            itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#b3cde3"),  ##节点格式的配置
            linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source", opacity=0.2, curve=0.5))  ##信息的配置
        , opts.SankeyLevelsOpts(
            depth=2,  ##第三层的配置
            itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#ccebc5"),  ##节点格式的配置
            linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source", opacity=0.2, curve=0.5))  ##信息的配置
    ]  # 桑基图每一层的设置。可以逐层设置
)
sankey.render('sankey.html')

【例子】方向的配置

有时候，流程比较长，横向展示不美观，竖向的桑基图会美观一些。

桑基图中节点的布局方向，可以是水平的从左往右，也可以是垂直的从上往下。

对应的参数值分别是horizontal，vertical。

通过orient参数来配置。

orient='horizontal'：表示水平横向
orient='vertical'：表示垂直竖向

sankey = Sankey()
sankey.add(
    series_name='2020年份省招生计划'
    , nodes=nodes
    , links=links
    , node_align='left'
    , orient='vertical'
    , linestyle_opt=opts.LineStyleOpts(
        opacity=0.2  ###透明度设置
        , curve=0.5  ###信息流的曲线弯曲度设置
        , color="source"  ##颜色设置，source表示使用节点的颜色
    )  ##线条格式 ,设置所有线条的格式
    , label_opts=opts.LabelOpts(
        font_size=16
        , position='bottom'
    )  ##标签配置，具体参数详见opts.LabelOpts()
    , levels=[
        opts.SankeyLevelsOpts(
            depth=0,  ##第一层的配置
            itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#fbb4ae"),  ##节点格式的配置
            linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source", opacity=0.2, curve=0.5))
        , opts.SankeyLevelsOpts(
            depth=1,  ##第二层的配置
            itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#b3cde3"),  ##节点格式的配置
            linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source", opacity=0.2, curve=0.5))  ##信息的配置
        , opts.SankeyLevelsOpts(
            depth=2,  ##第三层的配置
            itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#ccebc5"),  ##节点格式的配置
            linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source", opacity=0.2, curve=0.5))  ##信息的配置
    ]  # 桑基图每一层的设置。可以逐层设置
)
sankey.render('sankey.html')

【例子】其他参数配置

is_selected=True：图例是否选中
pos_left='20%'：图距离容器左边的距离
pos_top='20%'：图距离容器上端的距离
pos_right='20%'：图距离容器右侧的距离
pos_bottom='20%'：图距离容器下端的距离
node_width=15：桑基图中每个矩形节点的宽度
node_gap=20：每一列两个桑基图之间的距离
is_draggable=True：是否能够拖动节点，默认拖动，可以不配置

sankey = Sankey()
sankey.add(
    series_name='2020年份省招生计划'
    , nodes=nodes
    , links=links
    , node_align='left'
    , orient='vertical'
    , is_selected=True  # 图例是否选中
    , pos_left='20%'  ##图距离容器左边的距离
    , pos_top='20%'  ##图距离容器上端的距离
    , pos_right='20%'  # 图距离容器右侧的距离
    , pos_bottom='20%'  ###图距离容器下端的距离
    , node_width=15  # 桑基图中每个矩形节点的宽度
    , node_gap=20  # 每一列两个桑基图之间的距离
    , is_draggable=True  ##是否能够拖动节点，默认拖动，可以不配置
    , linestyle_opt=opts.LineStyleOpts(
        opacity=0.2  ###透明度设置
        , curve=0.5  ###信息流的曲线弯曲度设置
        , color="source"  ##颜色设置，source表示使用节点的颜色
    )  ##线条格式 ,设置所有线条的格式
    , label_opts=opts.LabelOpts(
        font_size=16
        , position='bottom'
    )  ##标签配置，具体参数详见opts.LabelOpts()
    , levels=[
        opts.SankeyLevelsOpts(
            depth=0,  ##第一层的配置
            itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#fbb4ae"),  ##节点格式的配置
            linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source", opacity=0.2, curve=0.5))
        , opts.SankeyLevelsOpts(
            depth=1,  ##第二层的配置
            itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#b3cde3"),  ##节点格式的配置
            linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source", opacity=0.2, curve=0.5))  ##信息的配置
        , opts.SankeyLevelsOpts(
            depth=2,  ##第三层的配置
            itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#ccebc5"),  ##节点格式的配置
            linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(color="source", opacity=0.2, curve=0.5))  ##信息的配置
    ]  # 桑基图每一层的设置。可以逐层设置
)
sankey.render('sankey.html')

参考文献：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/131373203

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