PythonのMatplotlibで矢印つきの注釈を表示する

Pythonのmatplotlibでラベル付き散布図を作成するでは散布図の各要素にラベル（注釈）を表示させたが、Matplotlibでは矢印つきの注釈をグラフ上に表示できる。今回は折れ線グラフ上に矢印つきの注釈を表示させてみる。

環境

Debian Buster（Dockerコンテナ）とJupyter Lab。さらに日本語フォント（Takao）もインストール済み。
# cat /etc/issue Debian GNU/Linux 10 \n \l # python -V Python 3.7.6 # pip list | grep -e pandas -e matplotlib -e jupyter jupyter 1.0.0 jupyter-client 5.3.4 jupyter-console 6.1.0 jupyter-core 4.6.1 jupyterlab 1.2.6 jupyterlab-server 1.0.6 matplotlib 3.1.3 pandas 1.0.1 # apt list --installed | grep fonts-takao fonts-takao-gothic/stable,now 00303.01-2 all [installed,automatic] fonts-takao-mincho/stable,now 00303.01-2 all [installed,automatic] fonts-takao/stable,now 00303.01-2 all [installed]

グラフで表示するデータ

まずはグラフ表示するデータを用意する。DTW（動的時間伸縮法）で時系列データ間の距離を求めるで作成したcsvを使う。元データは、厚生労働省のホームページ地域ごとの感染状況等の公表についてからダウンロードできる「３．帰国者・接触者相談センターへの相談件数の推移（都道府県別・各日）・帰国者・接触者外来の受診者数の推移・うちPCR検査実施件数の推移（都道府県別・各日） 」のPDFで、これをcsvに変換したもの。全国と各都道府県の日ごとの数値が含まれる。以下はExcelで開いた状態。

注釈のデータ

今回は主なニュースを注釈としてグラフ上に表示させる。グラフで表示するデータが日ごとの数値なので、日にちをキーとするPythonの辞書型でデータを用意する。

from datetime import datetime as dt
# グラフ上に表示するイベント
events = {
      dt(2020, 5, 2): '国内死者500人超え',
      dt(2020, 5, 4): '緊急事態宣言を5月31日まで延長',
      dt(2020, 5, 14): '39県で緊急事態宣言解除を決定',
      dt(2020, 5, 21): '京都、大阪、兵庫の緊急事態宣言解除を決定',
      dt(2020, 5, 25): '北海道および首都圏の1都3県緊急事態宣言解除を決定',    
}

グラフ用データの読み込み

PDFから抽出したデータを保存したcsv（000643758.csv）を読み込んで、このcsvに含まれる全国の「帰国者・接触者相談センター(全相談件数)」を使う。期間は５月のひと月分。日ごとのデータなので、日をインデックスとするPandasのDataFrameにする。

%matplotlib inline
 
from datetime import datetime as dt
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt

# 日本語フォントの指定
plt.rcParams['font.family'] = 'TakaoGothic'
 
DT_FROM = '2020-05-01'
DT_TO = '2020-05-30'

def load_csv(csvpath):
    df = pd.read_csv(csvpath, index_col=0, header=[0,1], parse_dates=True, encoding='shift-jis')
  
    # 全国の「帰国者・接触者相談センター(全相談件数)」だけを選択
    df_con = df.loc[:, [('全国', '帰国者・接触者相談センター(全相談件数)')]]
     
    # カラムのレベルを全国のみにする
    df_con.columns = df_con.columns.droplevel(level=1)
 
    return df_con[DT_FROM:DT_TO]
 
df = load_csv('000643758.csv')
df.plot()
plt.show()

プロットすると以下のようになる。

グラフ上に矢印付きの注釈を表示

はじめに折れ線グラフを表示し、さらにその上に辞書型の注釈データを使って矢印つき注釈を表示する。

%matplotlib inline
 
from datetime import datetime as dt
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt

# 日本語フォントの指定
plt.rcParams['font.family'] = 'TakaoGothic'
 
DT_FROM = '2020-05-01'
DT_TO = '2020-05-30'

# グラフ上に表示するイベント
events = {
      dt(2020, 5, 2): '国内死者500人超え',
      dt(2020, 5, 4): '緊急事態宣言を5月31日まで延長',
      dt(2020, 5, 14): '39県で緊急事態宣言解除を決定',
      dt(2020, 5, 21): '京都、大阪、兵庫の緊急事態宣言解除を決定',
      dt(2020, 5, 25): '北海道および首都圏の1都3県緊急事態宣言解除を決定',    
}

def load_csv(csvpath):
    df = pd.read_csv(csvpath, index_col=0, header=[0,1], parse_dates=True, encoding='shift-jis')
  
    # 全国の「帰国者・接触者相談センター(全相談件数)」だけを選択
    df_con = df.loc[:, [('全国', '帰国者・接触者相談センター(全相談件数)')]]
     
    # カラムのレベルを全国のみにする
    df_con.columns = df_con.columns.droplevel(level=1)
 
    return df_con[DT_FROM:DT_TO]
 
df = load_csv('000643758.csv')
df.plot()

# y軸の最大値
mx = df.max()

# イベントを注釈としてグラフに追加
for d, annot in events.items():
    # イベント日に縦の点線を描く
    plt.axvline(x=d, color='black', linestyle='--', alpha=0.5)

    # プロットのy軸上の位置
    if d in df.index:
        y = df.loc[d]
    else:
        continue

    # プロット値の上部に注釈と矢印を表示
    plt.annotate(annot, xy=(d, y+mx*0.1), 
                 xytext=(d, y+mx*0.2), 
                 arrowprops=dict(color='red', headwidth=4, width=2, headlength=4),
                 horizontalalignment='left', verticalalignment='top')

plt.legend()
plt.show()

以下のようにグラフ上に矢印つきの注釈が表示された。