5.1 Análise Exploratória de Dados com Matplotlib e Seaborn
A análise exploratória de dados (AED) é uma etapa fundamental no processo de aprendizado de máquina e deep learning. Ela permite que compreendamos melhor a estrutura, os padrões e as anomalias presentes nos dados antes de aplicarmos técnicas mais complexas. Para realizar uma AED eficaz, frequentemente recorremos a bibliotecas de visualização de dados como Matplotlib e Seaborn, que são ferramentas poderosas para criar uma ampla variedade de gráficos e visualizações.
Importação de Bibliotecas
O primeiro passo é importar as bibliotecas necessárias. Matplotlib é uma biblioteca de plotagem para a linguagem de programação Python e seu pacote numérico de matemática, NumPy. Seaborn é uma biblioteca de visualização de dados baseada no Matplotlib que oferece uma interface de alto nível para desenhar gráficos estatísticos atraentes e informativos.
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns
Com essas importações, temos acesso às funcionalidades dessas poderosas ferramentas. Vamos explorar como podemos usá-las para realizar uma análise exploratória de dados eficiente.
Explorando Dados com Matplotlib
Matplotlib é uma das bibliotecas mais populares e amplamente usadas para visualização de dados em Python. Ela oferece controle total sobre os elementos de estilo e formato dos gráficos, o que a torna muito flexível.
Para começar, podemos criar um gráfico simples para entender a distribuição de uma única variável. Por exemplo, se tivermos um conjunto de dados sobre alturas de indivíduos, podemos usar um histograma para visualizar essa distribuição:
plt.hist(data['altura'], bins=30, edgecolor='black')
plt.title('Distribuição de Alturas')
plt.xlabel('Altura (cm)')
plt.ylabel('Frequência')
plt.show()
Esse código produzirá um histograma com 30 barras (ou "bins"), permitindo-nos ver onde a maioria das alturas se concentra.
Podemos também comparar duas variáveis usando um gráfico de dispersão. Se quisermos examinar a relação entre altura e peso, por exemplo, poderíamos fazer:
plt.scatter(data['altura'], data['peso'])
plt.title('Relação entre Altura e Peso')
plt.xlabel('Altura (cm)')
plt.ylabel('Peso (kg)')
plt.show()
Esse gráfico nos ajudará a visualizar se há alguma correlação aparente entre altura e peso nos dados que temos.
Explorando Dados com Seaborn
Seaborn é construído sobre o Matplotlib e oferece uma interface mais amigável e estilizada para criar gráficos. Além disso, ele possui funções integradas para criar gráficos que seriam mais complexos de fazer com Matplotlib.
Por exemplo, podemos criar um gráfico de caixa, ou boxplot, que é útil para visualizar a distribuição de uma variável e identificar outliers:
sns.boxplot(x='categoria', y='valor', data=data)
plt.title('Boxplot de Valores por Categoria')
plt.xlabel('Categoria')
plt.ylabel('Valor')
plt.show()
Este gráfico nos mostra a mediana, os quartis e os valores discrepantes para a variável "valor", agrupados por "categoria".
Seaborn também facilita a visualização de pares de variáveis com pairplots, que criam uma matriz de gráficos para cada par de variáveis:
sns.pairplot(data)
plt.show()
Este código gerará uma grade de gráficos que mostra a relação entre cada par de variáveis no conjunto de dados, o que é extremamente útil para identificar relações entre múltiplas variáveis rapidamente.
Personalizando Gráficos
Tanto com Matplotlib quanto com Seaborn, temos a capacidade de personalizar nossos gráficos para torná-los mais informativos e agradáveis esteticamente. Podemos alterar cores, estilos de linha, adicionar anotações, e muito mais.
Por exemplo, para definir um estilo específico no Seaborn e aumentar o tamanho da fonte dos títulos, podemos fazer:
sns.set_style('whitegrid')
sns.set_context('talk', font_scale=1.2)
Com essas configurações, todos os gráficos criados a seguir terão um fundo com grade branca e títulos maiores, o que pode ser mais adequado para apresentações ou relatórios.
Conclusão
A análise exploratória de dados é uma etapa crucial no aprendizado de máquina e deep learning, e a visualização de dados desempenha um papel-chave nesse processo. As bibliotecas Matplotlib e Seaborn são ferramentas essenciais para qualquer cientista de dados, permitindo uma compreensão profunda dos dados através de gráficos e visualizações. Através da exploração visual, podemos identificar padrões, tendências e anomalias que são fundamentais para a modelagem subsequente e a extração de insights. Com a prática, essas ferramentas se tornam ainda mais poderosas, permitindo a criação de visualizações complexas que podem revelar a história por trás dos dados.
