炫酷！Python制作运动轨迹热点图
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2021-07-09 02:56
作者 | 小F
来源 | 法纳斯特
最近不少小伙伴都会熬夜看欧洲杯。今年的欧洲杯相比起往年的欧洲杯来说，可谓是冷门频出，出乎意料。
真的不知道，第一会花落谁家～
本期小F就和大家分享一下，用Python和Matplotlib绘制一个足球运动员的数据可视化图表。
来看一下C罗的情况，跟老詹一样高龄，真的佩服。
数据来源于下面两个网站，Understat和Fbref。
链接：https://understat.com/
链接：https://fbref.com/en/
欧洲足球五大联赛，英超、意甲、西甲、德甲、法甲。
先看一下射门数据的可视化，本质上和篮球的出手点图差不多，都是散点图类型。
导入相关的Python库。
import requests
from bs4 import BeautifulSoup as soup
import json
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import matplotlib as mpl
从Understat网站爬取射门数据，使用BeautifulSoup、JSON和pandas解析和处理数据。
# 请求数据, C罗的ID为2371
url = 'https://understat.com/player/2371'
html = requests.get(url)
# 解析处理数据
parse_soup = soup(html.content, 'lxml')
scripts = parse_soup.find_all('script')
strings = scripts[3].string
ind_start = strings.index("('")+2
ind_end = strings.index("')")
json_data = strings[ind_start:ind_end]
json_data = json_data.encode('utf8').decode('unicode_escape')
data = json.loads(json_data)
print(data)
# 处理数据, 包含射门位置、预期进球、射门结果、赛季
x = []
y = []
xg = []
result = []
season = []
for i, _ in enumerate(data):
for key in data[i]:
if key == 'X':
x.append(data[i][key])
if key == 'Y':
y.append(data[i][key])
if key == 'xG':
xg.append(data[i][key])
if key == 'result':
result.append(data[i][key])
if key == 'season':
season.append(data[i][key])
columns = ['X', 'Y', 'xG', 'Result', 'Season']
df_understat = pd.DataFrame([x, y, xg, result, season], index=columns)
df_understat = df_understat.T
df_understat = df_understat.apply(pd.to_numeric, errors='ignore')
# 得到最终的结果
print(df_understat)
此处的ID，通过查询球员名字可知
查询中国球员武磊，点击访问，在地址栏处，可以看到球员ID。
得到数据如下。
包含射门位置(x、y)、xG(预期进球)、射门结果、赛季。
其中x、y的坐标值为0～1之间，不适合在Matplotlib显示，所以选择放大100倍。
df_understat['X'] = df_understat['X'].apply(lambda x: x*100)
df_understat['Y'] = df_understat['Y'].apply(lambda x: x*100)
print(df_understat)
得到结果如下。
既然已经成功获取Understat网站的数据，就可以去获取Fbref网站的数据啦。
这里是球员的一些个人信息，以及赛季的平均数据。
比如全名、国家、位置、俱乐部、联赛、年龄、出生年份、上场时间、得分数据等等。
因为网页的数据是表格形式，所以直接使用pandas的read_html函数，解析表格爬取数据。
这个网站需要取消一下证书验证，要不然连接不成功。
# 全局取消证书验证
import ssl
ssl._create_default_https_context = ssl._create_unverified_context
获取球员的相关数据。
def readfromhtml(filepath):
# 选择第二个表格
df = pd.read_html(filepath)[0]
column_lst = list(df.columns)
for index in range(len(column_lst)):
column_lst[index] = column_lst[index][1]
df.columns = column_lst
df.drop(df[df['Player'] == 'Player'].index, inplace=True)
df = df.fillna('0')
df.set_index('Rk', drop=True, inplace=True)
try:
df['Comp'] = df['Comp'].apply(lambda x: ' '.join(x.split()[1:]))
df['Nation'] = df['Nation'].astype(str)
df['Nation'] = df['Nation'].apply(lambda x: x.split()[-1])
except:
print('Error in uploading file:' + filepath)
finally:
df = df.apply(pd.to_numeric, errors='ignore')
return df
# 获取2020-2021欧洲五大联赛球员数据
df_fbref = readfromhtml('https://fbref.com/en/comps/Big5/shooting/players/Big-5-European-Leagues-Stats')
print(df_fbref)
得到结果如下。
数据都已经准备好了，那么我们就可以将数据绘制到图表上。
# 安装
pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple mplsoccer
pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple highlight_text
先安装mplsoccer、highlight_text这两个Python库。
其中mplsoccer库可以自定义绘制足球场，无需我们自己绘制场地图。
想了解更多，可以访问它的GitHub地址。
https://github.com/andrewRowlinson/mplsoccer
初始化一些设置，画布背景色、字体颜色、默认字体，字体大小，此处选择中文字体。
from highlight_text import ax_text,fig_text
import mplsoccer
# 背景色
background = '#D6DBD9'
# 字体颜色
text_color = 'black'
mpl.rcParams['xtick.color'] = text_color
mpl.rcParams['ytick.color'] = text_color
mpl.rcParams['text.color'] = text_color
# 中文字体
mpl.rcParams['font.family'] = 'Songti SC'
mpl.rcParams['legend.fontsize'] = 12
新建一个画布。
# 新建画布
fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 8))
# 关闭坐标轴
ax.axis('off')
# 背景色填充
fig.set_facecolor(background)
plt.show()
显示如下。
绘制19-20赛季，C罗的进球情况。
# 垂直方向半个足球场
pitch = mplsoccer.VerticalPitch(half=True, pitch_type='opta', line_zorder=3, pitch_color='grass')
# 图表大小
ax_opta1 = fig.add_axes((0.05, 0.06, 0.45, 0.4))
ax_opta1.patch.set_facecolor(background)
pitch.draw(ax=ax_opta1)
plt.show()
通过设置mplsoccer的参数，绘制半个足球场。
果然，左下方有半个足球场。
将射门数据用散点图表示，分为进球得分和未成功进球得分两种情况。
# 2019-2020赛季, C罗射门位置散点图(未得分), 透明度0.6
df_fil = df_understat.loc[df_understat['Season'] == 2019]
pitch.scatter(df_fil[df_fil['Result'] != 'Goal']['X'], df_fil[df_fil['Result'] != 'Goal']['Y'],
s=np.sqrt(df_fil[df_fil['Result'] != 'Goal']['xG'])*100, marker='o', alpha=0.6,
edgecolor='black', facecolor='grey', ax=ax_opta1)
plt.show()
未得分射门散点图。
得分散点图。
# 2019-2020赛季, C罗射门位置散点图(得分), 透明度0.9
pitch.scatter(df_fil[df_fil['Result'] == 'Goal']['X'], df_fil[df_fil['Result'] == 'Goal']['Y'],
s=np.sqrt(df_fil[df_fil['Result'] == 'Goal']['xG'])*100, marker='o', alpha=0.9,
edgecolor='black', facecolor='#6778d0', ax=ax_opta1, label='Goal')
plt.show()
结果如下，失败的比成功的多。
这样，我们就将C罗在2019-2020赛季的所有射门点数据可视化出来了。
其中散点的大小，是预期进球的大小。
添加标签及图例，设置相应的位置、文字、字体等设置。
# 添加图例
ax_opta1.legend(loc='lower right').get_texts()[0].set_color("black")
# 文字信息
ax_opta1.text(30, 61, '得分次数 : '+str(len(df_fil[df_fil['Result'] == 'Goal'])), weight='bold', size=11)
ax_opta1.text(30, 64, f"预期进球 : {round(sum(df_fil['xG']),2)}", weight='bold', size=11)
ax_opta1.text(30, 58, '射门次数 : '+str(len(df_fil)), weight='bold', size=11)
ax_opta1.text(90, 60, '2019-20赛季', weight='bold', size=14)
plt.show()
成功添加附加信息。
显示赛季、xG、得分次数、射门次数信息。
同样将20-21赛季的数据绘制出来，放置在19-20赛季的右侧。
# 2020-2021赛季, C罗射门位置散点图
ax_opta2 = fig.add_axes((0.50, 0.06, 0.45, 0.4))
ax_opta2.patch.set_facecolor(background)
pitch.draw(ax=ax_opta2)
# 根据条件, 筛选数据
df_fil = df_understat.loc[df_understat['Season'] == 2020]
# 未得分
pitch.scatter(df_fil[df_fil['Result'] != 'Goal']['X'], df_fil[df_fil['Result'] != 'Goal']['Y'],
s=np.sqrt(df_fil[df_fil['Result']!='Goal']['xG'])*100, marker='o', alpha=0.6,
edgecolor='black', facecolor='grey', ax=ax_opta2)
# 得分
pitch.scatter(df_fil[df_fil['Result']=='Goal']['X'], df_fil[df_fil['Result'] == 'Goal']['Y'],
s=np.sqrt(df_fil[df_fil['Result'] == 'Goal']['xG'])*100, marker='o', alpha=0.9,
edgecolor='black', facecolor='#6778d0', ax=ax_opta2, label='Goal')
# 添加图例, 文字信息
ax_opta2.legend(loc='lower right').get_texts()[0].set_color("black")
ax_opta2.text(30, 61, '得分次数 : '+str(len(df_fil[df_fil['Result'] == 'Goal'])), weight='bold', size=11)
ax_opta2.text(30, 64, f"预期进球 : {round(sum(df_fil['xG']),2)}", weight='bold', size=11)
ax_opta2.text(30, 58, '射门次数 : '+str(len(df_fil)), weight='bold', size=11)
ax_opta2.text(90, 60, '2020-21赛季', weight='bold', size=14)
plt.show()
结果如下。
C罗老当益壮啊，状态一点也没有下滑。
下面接着绘制所有球员的数据散点图，看看C罗的数据能在哪一档？
# 初始化
ax_scatter = fig.add_axes([0.52, 0.57, 0.4, 0.35])
ax_scatter.patch.set_facecolor(background)
plt.show()
创建一个坐标轴。
首先对数据进行筛选，上场时间最少要有900s，而且位置为前锋此类的。
毕竟我们不能拿个守门员，跟C罗比数据吧，参考意义不大。
# 得到散点图的X, Y坐标值
no_90s = 10
df_fil = df_fbref[df_fbref['90s'] >= no_90s]
# 前锋位置
df_fil = df_fil[df_fil['Pos'].apply(lambda x: x in ['FW', 'MF,FW', 'FW,MF'])]
# 每90s预期进球和得分次数
x, y = (df_fil['xG']/df_fil['90s']).to_list(), (df_fil['Gls']/df_fil['90s']).to_list()
# 生成所有前锋位置, 数据散点图
ax_scatter.scatter(x, y, alpha=0.3, c='#EF8804')
plt.show()
所有球员每90s预期进球和得分次数的数据情况。
现在我们筛选出C罗的数据，在散点图上用不同的颜色及透明度来突出显示它。
# C罗的数据
df_player = df_fil[df_fil['Player'] == 'Cristiano Ronaldo']
ax_scatter.scatter(df_player['xG']/df_player['90s'], df_player['Gls']/df_player['90s'], c='blue')
plt.show()
结果如下。
可以看到C罗的数据还是比较高效的，虽不是第一，但也是前几的存在。
最后给散点图添加网格线，以及x轴和y轴标签。
# 添加网格线及标签
ax_scatter.grid(b=True, color='grey',
linestyle='-.', linewidth=0.5,
alpha=0.4)
ax_scatter.set_xlabel('每90秒的预期进球', fontdict={'fontsize': 12, 'weight': 'bold', 'color': text_color})
ax_scatter.set_ylabel('每90秒得分', fontdict=dict(fontsize=12, weight='bold', color=text_color))
plt.show()
结果如下。
不愧是C罗，在2020-21赛季几乎每90秒就能进1颗球。
18年就已经有一个记录！C罗成历史第一位在90分钟内每分钟都有进球的球员。
最后添加文本信息，包含标题，C罗的头像，场上位置、年龄、效力球队。
此处使用hightlight-text库，可以高亮文本。
# 添加C罗的头像
ax_player = fig.add_axes([0.03, 0.53, 0.25, 0.45])
ax_player.axis('off')
im = plt.imread('ronaldo.png')
ax_player.imshow(im)
# 添加标题信息
fig_text(0.03, 0.94, "<克里斯蒂亚诺·罗纳尔多(C罗)> 赛季数据", weight='heavy', size=19, highlight_textprops=[{'color': 'blue'}])
fig_text(0.25, 0.85, '位置: <边锋>',weight='bold', size=15, highlight_textprops=[{'color':'#EF8804'}])
fig_text(0.25, 0.81, '年龄: <36>',weight='bold', size=15, highlight_textprops=[{'color':'red'}])
# 添加俱乐部logo
ax_team = fig.add_axes([0.27, 0.55, 0.15, 0.15])
ax_team.axis('off')
im = plt.imread('FCJ.png')
ax_team.imshow(im)
# 添加备注
fig_text(0.07, 0.03, '本图制作者：<小F> 数据来源：Fbref.com、Understat.com',
size=12, highlight_textprops=[{'color': '#EF8804'}], weight='bold')
plt.show()
C罗的头像、效力的队伍logo，都是小F自己制作的。
得到结果如下。
保存为图片。
# 保存为图片
plt.savefig('ronaldo_viz.png', dpi=300, facecolor=background)
看起来还不错哦。
好了，本期的分享就到此结束了，有兴趣的小伙伴可以自行去实践学习。
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快给自己喜欢的足球运动员，也制作一个赛季数据面板吧！