Mind+Python编程入门系列教程——12 二氧化碳浓度的变化情况...

Mind+Python编程入门系列教程—12 二氧化碳浓度的变化情况.....

教程目录：

• Python编程入门系列课程——01 智能绘星
• Python编程入门系列课程——02 模拟星空
• Python编程入门系列课程——03 龟龟赛跑
• Python编程入门系列课程——04小海龟走迷宫
• Python编程入门系列课程——05飞机大战小游戏
• Python编程入门系列课程——06飞机大战彩蛋版
• Python编程入门系列课程——07 桌面小挂件
• Python编程入门系列课程——08 弹球小游戏
• Python编程入门系列课程——09 弹球小游戏积分版
• Python编程入门系列教程——10 湿度对体感温度的影响探究
• Python编程入门系列教程——11 冰淇淋销量预测
• Python编程入门系列教程——12 二氧化碳浓度的变化情况探究
  

Hi，大家好，本期是《Python编程入门系列课程》连载的最后一期（共12课时），全部教程已完结。非常感谢一直在关注和学习该套教程的老师、同学们。

希望大家在学习的同时，也为我们的系列课程多多提出宝贵建议，针对大家提出的意见和想法，我们将会进行仔细评估和采纳，后续也将继续为大家提供更多系统化的教程和优质的课程~

动动小手扫码，说出您的想法哈

一、学习背景

经过上节课的学习，我们了解了数据分析相关的概念、分类，也重点学习了回归分析法。本节课，我们依旧将结合python对数据进行处理与分析，来解决生活中的一些实际问题。

二、学习目标
本实践项目通过编写python程序来探究特定条件下空气中二氧化碳浓度的变化情况。

知识目标：
1、了解数据可视化的含义
2、掌握数据可视化常见的图表类型
3、掌握图表上基本功能的使用

技能目标：
1、掌握利用软件工具对数据进行可视化操作的方法

三、学习准备
1、电脑
2、mind+编程软件

1）数据可视化
    数据可视化指以图形、图像、动画等方式直观、生动地呈现数据及数据分析结果，揭示数据之间的关系、趋势和规律等，便于人们更好地理解数据。


2）数据可视化工具
python语言的matplotlib库是提供数据绘图功能的第三方扩展库，其ptplot子库主要用于实现各种数据图表的绘制，它不仅可以方便地制作基本的视觉元素（点、线、面）构成的图，如散点图、折线图、柱状图，还可以绘制多维热力图、box箱型图、hist直方图、pie饼图、area面积图等。

由matplotlib生成的图表可以有以下一些基础特征，

• 画板figure，指画纸sublpot，可多图绘画
• 标题title，用来给图形起名字
• 坐标轴Axis，其中xlabel指x轴，ylabel指y轴
• 图例Legend，指图表符号，是表达图表内容的一种形式和方法
• 网格Grid，指图形中的虚线，可隐藏
• 点Markers，线条line，可由图表生成相应的散点图、折线图等
• 主要刻度Major tick，次要刻度minor tick，指图表中的刻度
  

对于生成的图形，我们还可以对它进行特定的操作，图示如下，

四、学习实践

在本项目中，我们将分两步，来探究一下在特定的温度下，密闭空间内，空气中二氧化碳的浓度的变化情况是怎样的，与哪些因素有关。

1、探究密闭空间内二氧化碳浓度变化与时长的关系。
2、探究密闭空间内二氧化碳浓度变化与人数的关系。

任务1：探究二氧化碳浓度变化与时长的关系

我们已经知道空气中二氧化碳的浓度会随着时间的增加而增高。那么在相同的背景条件下，浓度是不断均匀增加的吗，它的增速与时长有何关系呢？这里我们将对此进行探究。通过它，我们可以学习柱状图的绘制。为此，我们将分两步进行。首先是采集并整理数据，之后对数据进行可视化操作并分析数据。

1、数据采集与整理

在这个任务中，我们通过传感器检测了温度为20℃的晚上，在密闭房间内（无植物）人数分别为1，3，5的情况下二氧化碳浓度的数据情况，测得的数据我们保存在csv格式文件中。（见附录1）

为了避免人数对实验的影响，这里我们取人数为1时的数据，进而探究二氧化碳浓度与时长的关系。

2、数据可视化与分析

为了便于对数据进行读取和分析，我们依旧通过编写程序将采集整理好的数据以图表形式呈现出来。

这里我们将采用顺序结构的方式编写程序。具体流程如下：

在正式编写程序代码之前，我们首先要创建一个项目文件及python程序文件。

STEP1：创建与保存项目文件
    启动Mind+,另存项目并命名为“二氧化碳浓度的变化情况探究”。

STEP2：创建与保存python文件
    创建一个python程序文件“任务一.py”，双击打开。

STEP3：导入数据文件“CO2浓度数据”（见附录1）

STEP4：编写程序

# -*- coding: utf-8 -*-

importlib.pyplot as plt#导入matplotlib库中的函数集合

CO2 = pd.read_csv("CO2浓度数据.csv",et pandas as pd#导入pandas库并用pd来表示

import matploncoding='gb18030')#导入csv格式表格数据

plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']#设置中文字体

plt.title("二氧化碳浓度变化情况")#绘制标题

plt.ylabel("二氧化碳浓度")#绘制x轴标签

plt.xlabel("时间")#绘制y轴标签

x_data=CO2.iloc[0:24:3,0]#选取表格第一列，人数为1的数据并设其为柱状图中的x轴

y_data=CO2.iloc[0:24:3,2]#选取表格第三列，人数为1的数据并设其为柱状图中的y轴

plt.bar(x_data,y_data)#绘制柱状图

plt.show()#显示图像
复制代码

STEP5：运行程序并分析数据

运行程序，我们看到csv表格中的数据以柱状图的形式呈现了出来。

观察图表并分析数据，我们发现，开始时空气中二氧化碳浓度在500ppm（百万分比浓度），随后每隔一个小时，浓度确实都在不断增高，但速度不同，前期时单位时间内的浓度增速较快，后期则相对较慢。因此，通过上图我们可以得出，在相同条件下的密闭空间中，二氧化碳浓度并不是均匀增高的，时间越久，增速越低。

任务2：探究二氧化碳浓度变化与人数的关系

在这个任务中，我们将探究密闭空间中二氧化碳浓度与人数之间的关系。通过它，我们可以学习折线图的绘制。由于用到的数据文件不变，因此，我们主要进行数据可视化和分析即可。

1、数据可视化与分析
    为了便于对数据进行读取和分析，我们通过编写程序将采集整理好的数据以折线图形式呈现出来。
    这里我们将采用顺序结构的方式编写程序。具体流程如下，

STEP1：创建与保存python文件
    创建一个python程序文件“任务二.py”，双击打开。

STEP2：编写程序

# -*- coding: utf-8 -*-
import pandas as pd#导入pandas库并用pd来表示
import matplotlib.pyplot as plt#导入matplotlib库中的函数集合
CO2 = pd.read_csv("CO2浓度数据.csv",encoding='gb18030')#导入csv格式表格数据
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']#设置中文字体
plt.title("不同人数下二氧化碳浓度情况")#绘制标题
plt.ylabel("二氧化碳浓度")#绘制x轴标签
plt.xlabel("时间")#绘制y轴标签
x_data=CO2.iloc[0:24:3,0]
y_data=CO2.iloc[0:24:3,2]
x_data1=CO2.iloc[1:24:3,0]
y_data1=CO2.iloc[1:24:3,2]
x_data2=CO2.iloc[2:24:3,0]
y_data2=CO2.iloc[2:24:3,2]
plt.plot(x_data,y_data,color='red',label="人数为1",linewidth=2.0,linestyle='--')#绘制折线，并设置折线的颜色、标签、线宽和线型
plt.plot(x_data1,y_data1,color='blue',label="人数为3",linewidth=2.0,linestyle='--')
plt.plot(x_data2,y_data2,color='yellow',label="人数为5",linewidth=2.0,linestyle='--')
plt.legend()#显示图例
plt.show()#显示图像
复制代码

STEP3：运行程序并分析数据

（1）运行程序，我们看到csv表格中的数据以图表的形式呈现了出来。

（2）观察上图，我们可以清楚地发现，在同一时间点，人数越多，二氧化碳浓度也越高。

（3）放大0-1和6-7时间段

从上图中可以发现，前期人数对浓度的影响程度大于后期。

五、巩固提高

项目回顾

本节课我们首先探究了二氧化碳浓度变化与时长的关系，之后探究了人数对它的影响。经过对图表数据的可视化操作及分析，我们得出结果，随着时间的增加，密闭房间内空气中二氧化碳浓度并不是均匀增加的，并且人数的增多也会使浓度增高。

知识小结
1、数据可视化的含义
2、常见的可视化图表：散点图、折线图、柱状图等

项目拓展
尝试将表格中人数为3和5情况下的数据以柱形图的形式呈现出来吧！

附录
附录1
数据文件
链接：https://pan.baidu.com/s/1Nxb3R30V5drDkacPjBgcWA
提取码：khje

附录2