Bokeh绘制常用图形元素

Bokeh 几何图元全景：折线 line、矩形 rect、多边形 patch 与悬停探针深度定制

小象实战讲义 · Python数据分析实战

在更加复杂的定制化数据大屏与地理空间信息展示中，仅仅使用散点与柱状图远远不够。我们需要绘制甘特图（Gantt Chart）、状态热力网格、多边形地理边界（Choropleth Maps）以及多段曲线流。Bokeh 提供了极其丰富的底层**几何图元（Glyphs）**体系：包括 line()（折线）、rect()（中心与宽高矩形）、patch() / patches()（任意多边形闭合填充）以及高阶 HoverTool HTML 自定义模板。本节我们将系统讲解各种高阶几何图元的用法。

💡 核心导读

• 三大高级图元全景：
  • p.rect(x, y, width, height)：用于构建热力网格、甘特图与区间分块；
  • p.patch(x, y) 与 p.patches([xs], [ys])：用于绘制不规则多边形、地理分区与漏斗图；
  • p.segment() 与 p.ray()：用于误差棒、矢量射线与流线。
• 自定义 HTML 悬停探针（Custom HTML Tooltips）：在悬停浮窗中嵌入格式化表格与色彩小方块。

1. 矩形图元 rect 与状态热力网格实战

rect 图元接收中心点坐标 (x, y) 以及宽度和高度：

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                 p.rect() 几何图元参数模型                   │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ (x, y) 为矩形中心坐标点，width 与 height 为轴向物理跨度     │
│ 适用于绘制设备监控矩阵、状态热力图与甘特进度条              │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

from bokeh.plotting import figure, output_file, save
from bokeh.models import ColumnDataSource, HoverTool
import pandas as pd
import numpy as np
import os

# 1. 模拟生成 5 台机器在 6 个时间周期的运行负荷网格
machines = [f"Server_{i}" for i in range(1, 6)]
periods = [f"T{j}" for j in range(1, 7)]

grid_data = []
for m_idx, m in enumerate(machines):
    for p_idx, p_name in enumerate(periods):
        load = np.random.uniform(20, 95)
        # 根据负荷生成颜色 (绿色到红色)
        color = "#2ecc71" if load < 60 else ("#f39c12" if load < 85 else "#e74c3c")
        grid_data.append({"machine": m, "period": p_name, "load": load, "color": color})

df_grid = pd.DataFrame(grid_data)
source = ColumnDataSource(df_grid)

# 2. 绘制矩形热力网格图
p_rect = figure(
    title="集群服务器负载实时监控网格 (rect 图元)",
    x_range=periods, y_range=machines,
    width=650, height=350,
    tools="hover,save,reset"
)

p_rect.rect(x="period", y="machine", width=0.9, height=0.9, source=source, fill_color="color", line_color="white")

# 定制富文本悬停浮窗
hover = p_rect.select_one(HoverTool)
hover.tooltips = """
<div style="padding: 6px; font-family: sans-serif;">
    <div style="font-weight: bold;">服务器: @machine</div>
    <div>时间段: @period</div>
    <div style="color: @color; font-weight: bold;">当前负载: @load{0.1f}%</div>
</div>
"""

html_rect = "bokeh_rect_demo.html"
output_file(html_rect)
save(p_rect)
if os.path.exists(html_rect): os.remove(html_rect)
print("✅ rect 矩形图元与自定义 HTML Hover 编译完成！")

2. 多边形图元 patch 绘制闭合区域

patch 接收顶点坐标序列，按顺序连接并在内部填充颜色。

# 绘制多边形 patch
p_patch = figure(title="多边形 patch 区域填充示例", width=500, height=300)

# 定义一个五边形顶点坐标
x_coords = [1, 2, 3, 2.5, 0.5]
y_coords = [1, 3, 2.5, 0.5, 0.2]

p_patch.patch(x_coords, y_coords, color="#9b59b6", alpha=0.7, line_width=2, line_color="#8e44ad")

html_patch = "bokeh_patch_demo.html"
output_file(html_patch)
save(p_patch)
if os.path.exists(html_patch): os.remove(html_patch)
print("✅ patch 多边形图元编译完成！")

📝 动手练一练

1. 概念思考题：在 Bokeh 的 HoverTool 中，如果我们想要在悬停提示框中展示带有自定义 HTML 样式的彩色徽章或特定字体格式，应该如何定义 tooltips？

   👉 点击查看参考答案

   参考答案： 直接将 tooltips 属性赋值为一个包含 HTML 标签的字符串（如 tooltips="<div style='color:red;'>数值: @col</div>"）。Bokeh 会将其解析为富文本 DOM 节点进行悬停渲染。

2. 编程练习：编写代码使用 p.rect 绘制一个中心在 (5, 5)、宽度为 2、高度为 4 的蓝色矩形。

   👉 点击查看参考答案

   参考答案：

   from bokeh.plotting import figure
   p = figure()
   p.rect(x=5, y=5, width=2, height=4, color="blue")

本章小结

• 掌握了 rect 矩形图元在状态热力图与时间看板中的高级应用；
• 掌握了 patch 多边形图元绘制闭合多边形与自定义区域填充的方法；
• 熟练运用自定义 HTML 模板定制高表现力的悬停探针（HoverTool）。

📋 行动清单

• 在本地执行示例代码，观察控制台输出并记录关键指标。
• 做好准备，进入下一小节学习《三维可视化绘图(1)：mplot3d 核心架构与 3D 坐标系》！

—— 小象教研组