Hinzufügen von Fehlerbalken zu Diagrammen in Python

Oft möchten Sie möglicherweise Fehlerbalken zu Diagrammen in Python hinzufügen, um die Unsicherheit in Bezug auf Messungen oder berechnete Werte zu erfassen. Glücklicherweise ist dies mit der matplotlib-Bibliothek einfach zu bewerkstelligen.

In diesem Tutorial wird erläutert, wie Sie Balkendiagrammen und Liniendiagrammen in Python Fehlerbalken hinzufügen.

Fehlerbalken in Balkendiagrammen

Angenommen, wir haben den folgenden Datensatz mit 10 Werten in Python:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

#Datensatz definieren
data = [4, 6, 6, 8, 9, 14, 16, 16, 17, 20]

Um ein Balkendiagramm mit Fehlerbalken für diesen Datensatz zu erstellen, können Sie die Breite der Fehlerbalken als Standardfehler definieren, der wie folgt berechnet wird:

Standardfehler = s / √n

wo:

• s: Standardabweichung der Probe
• n: Stichprobengröße

Der folgende Code zeigt, wie der Standardfehler für dieses Beispiel berechnet wird:

#Standardfehler berechnen
std_error = np.std(data, ddof=1) / np.sqrt(len(data))

#Standardfehler anzeigen
std_error

1.78

Zuletzt können wir das Balkendiagramm mit Fehlerbalken erstellen, deren Breite dem Standardfehler entspricht:

# Diagramm definieren 
fig, ax = plt.subplots()

# Diagramm erstellen
ax.bar(x=np.arange(len(data)), #x-coordinates of bars
       height=data, #height of bars
       yerr=std_error, #error bar width
       capsize=4) #length of error bar caps

Der Standardfehler betrug 1,78. Dies ist die Breite des Fehlerbalkens, die sich von den Punktschätzungen im Diagramm in beide Richtungen erstreckt. Zum Beispiel ist der Wert des ersten Balkens im Diagramm 4, daher hat er einen Fehlerbalken, der sich erstreckt von:

• Unteres Ende: 4 - 178 = 2,22
• Oberes Ende: 4 + 1,78 = 5,78

Jeder Fehlerbalken im Diagramm hat dieselbe Breite.

Fehlerbalken in Liniendiagrammen

Der folgende Code zeigt, wie Sie ein Liniendiagramm mit Fehlerbalken für denselben Datensatz erstellen:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# Daten definieren
data = [4, 6, 6, 8, 9, 14, 16, 16, 17, 20]

# Definieren Sie die x- und y-Koordinaten
x = np.arange(len(data))
y = data

# Liniendiagramm mit Fehlerbalken erstellen
fig, ax = plt.subplots()

ax.errorbar(x, y,
            yerr=std_error,
            capsize=4)

Beachten Sie, dass das Argument yerr Python anweist, vertikale Fehlerbalken zu erstellen. Wir könnten stattdessen horizontale vertikale Balken verwenden, indem wir das xerr-Argument verwenden:

# Liniendiagramm mit horizontalen Fehlerbalken erstellen
fig, ax = plt.subplots()

ax.errorbar(x, y,
            xerr=std_error,
            capsize=4)

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