A5. 数据可视化

本章分两个层次：首先帮你建立「图形词汇」——知道如何用专业语言描述图形的每一个元素；然后给出金融分析中最常用图形的提示词框，每个框都配有「微调追问模板」，帮助你在第一轮代码基础上迭代改进。

A5.1 图形要素词汇表

A5.1.1 为什么需要图形词汇？

「图例挡住了折线」「x 轴日期挤在一起看不清」「子图之间的间距太大」——这些是最常见的图形问题。但如果你不知道「图例」的英文是 legend，「x 轴刻度标签」是 xticklabels，AI 就无法帮你精准修改。

A. 图形结构全览

┌──────────────────────────────────────────────────┐
│          主标题 (title / suptitle)                │
│  y 轴标签  ┌─────────────────────────┐  图例      │
│  (ylabel)  │       绘图区域           │ (legend)   │
│            │  ╱╲      /╲            │            │
│      y 轴  │ ╱  ╲    ╱  ╲           │            │
│     刻度   │╱    ╲  ╱    ╲──────    │            │
│   (yticks) └─────────────────────────┘            │
│               x 轴刻度标签 (xticklabels)           │
│               x 轴标签 (xlabel)                   │
└──────────────────────────────────────────────────┘

B. 图形要素速查

图形要素	英文术语	在提示词中如何描述
整张图形	figure	「整个 figure 对象」
绘图区域	axes / subplot	「第 1 行第 2 列的子图（axes）」
主标题	title / suptitle	「整张图的主标题」
子图标题	axes title	「每个子图的标题」
x 轴标签	xlabel	「x 轴的说明文字」
y 轴标签	ylabel	「y 轴的说明文字」
x 轴刻度	xticks	「x 轴刻度的位置和数量」
x 轴刻度标签	xticklabels	「x 轴上显示的文字，如日期」
刻度方向	tick direction	「刻度线朝内还是朝外」
图例	legend	「右上角的图例」
图例标签	legend label	「图例中每条线的说明文字」
注释	annotation	「在某个数据点旁边标注文字」
参考线	reference line	「在 x=0 处画一条垂直虚线」
置信区间	confidence interval	「用阴影区域表示 95% 置信区间」
阴影区域	fill_between	「两条线之间的半透明填充」
背景网格	grid	「淡灰色水平网格线」
图形尺寸	figsize	「图形宽 10 英寸、高 6 英寸」
分辨率	dpi	「300 dpi（学术论文要求）」
紧凑布局	tight_layout	「自动调整子图间距，避免标题重叠」
颜色方案	colormap / palette	「色盲友好的配色方案」
透明度	alpha	「透明度 0.3（半透明）」
线型	linestyle	「实线、虚线（–）、点划线（-.）」
线宽	linewidth	「线条宽度 1.5」
标记点	marker	「在数据点上画圆形标记」
字号	fontsize	「标题字号 14，轴标签字号 12」
边距	bbox_inches	「保存时去除四周白边（‘tight’）」

提示词：解决图形中文乱码

这是 matplotlib 最常见的问题，在每个绘图脚本开头运行一次即可。

我用 matplotlib 绘图时，图形中的中文标题和轴标签显示为方块或乱码。
操作系统：Windows 11。

请帮我：
1. 在代码开头添加设置，使 matplotlib 全局支持中文显示，
   推荐字体：微软雅黑（Microsoft YaHei）
2. 同时确保负号（-）能正常显示，不显示为方块
3. 设置代码要放在所有 import 语句之后，绘图代码之前

要求：不改变图形的其他默认样式。

提示词：设置图形尺寸、分辨率与保存格式

请帮我写代码，将 matplotlib 图形保存为高质量文件，要求：

1. 图形尺寸：宽 10 英寸、高 6 英寸（适合 A4 横版页面）
2. 分辨率：300 dpi（满足学术期刊投稿要求）
3. 分别保存两种格式：
   - PNG 格式，用于 PPT 和 Word 报告
   - PDF 格式，用于 LaTeX 论文（矢量图，无论放多大都不模糊）
4. 保存时自动去除四周多余白边（bbox_inches='tight'）
5. 保存路径：../outputs/figures/figure_name.png 和 .pdf

同时说明：什么情况下用 PNG，什么情况下用 PDF？

A5.2 图形风格设置

A5.2.1 推荐绘图方案

在写具体图形的提示词之前，先让 AI 帮你确定风格，后续所有图形保持一致。

提示词（第一轮）：推荐绘图方案

先描述你的需求，让 AI 推荐，而不是直接让它生成代码。

我需要为一篇金融学术论文绘制若干图形，请推荐最合适的 Python 绘图方案：

我的需求：
- 风格：学术论文风格，简洁，背景白色，无多余装饰
- 配色：色盲友好的颜色组合（因为论文可能被打印为黑白）
- 图形类型：折线图（时间序列）、事件研究图（含置信区间阴影）、
  散点图、2×2 子图布局
- 输出格式：PDF（用于 LaTeX 插图）
- 中文：图形中需要显示中文标题和标签

请：
1. 推荐最合适的库组合（matplotlib/seaborn/plotly 等）及理由
2. 推荐一个适合学术论文的全局风格设置（plt.style 或 rcParams）
3. 推荐具体的色盲友好颜色列表（十六进制代码）
4. 给出全局风格设置代码，封装为函数 set_academic_style()

提示词（第二轮）：商务汇报风格

适用于给管理层、客户展示的图形。

我需要为一份向投资委员会汇报的 PPT 制作图形，请设置商务汇报风格：

风格要求：
- 整体：白底，干净，参考麦肯锡报告风格
- 主色调：深蓝色（#003366）和橙色（#FF6600）
- 字体：微软雅黑，标题 16pt 加粗，轴标签 13pt
- 特殊要求：条形图的每根柱子顶部显示数值标签，
  图形右下角有数据来源说明（如「数据来源：Wind」）

请给出全局风格设置代码，封装为函数 set_business_style()，
并用一个季度营收条形图示例演示效果（使用模拟数据）。

A5.3 常用金融图形

A5.3.1 时间序列折线图

提示词：多股票价格走势图

我有一个 pandas 数据框 `df`，长格式面板数据，
列为：date（datetime）、stock_code（str）、close（float）。

请帮我用 matplotlib 绘制多股票价格走势折线图，要求：

图形内容：
- 每只股票一条折线，不同颜色区分，使用色盲友好配色
- 在日期「2022-01-17」处添加一条红色垂直虚线，
  线旁标注文字「政策公告日」（文字不遮挡折线）
- 折线末端不显示标记点（marker）

图形格式：
- 图形尺寸：(12, 5) 英寸
- 中文主标题：「样本股票收盘价走势（2020–2023）」，字号 14
- x 轴标签：「日期」，y 轴标签：「收盘价（元）」
- x 轴刻度：每季度一个刻度，格式为 YYYY-MM
- x 轴刻度标签旋转 45°，避免重叠
- 图例位于右上角，显示股票代码，无边框
- 背景：白色，仅显示水平淡灰色网格线

保存为 ../outputs/figures/stock_trend.pdf，300 dpi，去除白边。

微调追问模板

图形生成后，根据实际效果选择以下追问：

图形基本正确，但有以下细节需要调整，请在上面代码的基础上修改，
其余部分不变：

[从以下情况选择，或自行描述：]

- x 轴日期标签太密，刻度改为每 6 个月一个，格式改为 YYYY 年 MM 月
- 图例中股票代码太多，图例挡住了折线，请将图例移到图形外部右侧
- 某只股票的折线颜色与其他股票太接近，看不清楚，
  请手动指定每只股票的颜色，颜色列表为：["#0072B2", "#E69F00", 
  "#009E73", "#CC79A7", "#F0E442"]
- y 轴数值范围不合适，价格集中在 10–30 之间，
  但 y 轴从 0 开始，折线被压缩在上方，请将 y 轴下限设为数据最小值的 0.95 倍
- 保存的 PDF 打开后发现中文变成了方块，
  请在保存前添加字体设置，确保 PDF 中中文正常显示

A5.3.2 事件研究图

提示词：事件研究 CAR 图

这是事件研究法最核心的结果图，展示事件窗口内的平均累计异常收益率及其置信区间。

我有一个数据框 `df_car`，包含以下列：
- event_day：整数，事件窗口相对时间（-10 到 +10，0 为事件日）
- CAR：平均累计异常收益率（浮点数）
- CI_lower：95% 置信区间下限（CAR - 1.96 × 标准误）
- CI_upper：95% 置信区间上限（CAR + 1.96 × 标准误）

请帮我用 matplotlib 绘制标准事件研究图，要求：

图形内容：
- 主线：CAR 的折线，颜色深蓝色（#003399），线宽 2
- 置信区间：用半透明阴影（fill_between）展示 [CI_lower, CI_upper]，
  颜色浅蓝色（#99BBFF），透明度（alpha）= 0.3
- 垂直参考线：在 event_day = 0 处画红色虚线，标注文字「事件日」
- 水平参考线：在 CAR = 0 处画灰色虚线（baseline）

图形格式：
- 图形尺寸：(9, 5) 英寸
- 主标题：「并购公告日前后的平均累计异常收益率（CAR）」，字号 13
- x 轴标签：「相对事件日（天）」
- y 轴标签：「累计异常收益率（%）」，y 轴数值乘以 100 显示为百分比
- x 轴刻度：每 2 天一个，从 -10 到 +10
- 图例：说明 CAR 和 95% 置信区间
- 背景：白色，水平淡灰色网格线

保存为 ../outputs/figures/event_study_CAR.pdf。

微调追问模板

事件研究图基本符合要求，请在上面代码基础上做以下调整：

[选择适用的情况：]

- CAR 在事件日前后的折线较为平滑，但我想在每个数据点上显示一个小圆点
  标记（marker='o'，大小 4），帮助读者看清楚每天的数值
- 我需要在同一张图上展示两个子样本（国有企业和民营企业）的 CAR 对比，
  数据框为 `df_car_soe`（国有）和 `df_car_private`（民营），
  请用不同颜色的实线和虚线区分，并更新图例
- 图形的 y 轴范围自动设置后上下空间太多，
  请将 y 轴范围设置为 [CAR 最小值 - 0.5%, CAR 最大值 + 0.5%]

A5.3.3 分布图与相关系数热图

提示词：收益率分布图（直方图 + KDE + 正态分布对比）

我有一个数据框 `df`，其中 `return` 列是股票日收益率（浮点数）。

请帮我用 matplotlib 和 scipy 绘制收益率分布图，要求：

图形内容（全部叠加在同一坐标系中）：
- 直方图（histogram）：区间数量 50，纵轴为频率密度（density=True），
  颜色浅蓝色（#AEC6E8），透明度 0.6，有黑色细边框
- KDE 曲线：核密度估计，颜色深蓝色（#003399），线宽 2
- 正态分布曲线：用实际数据的均值和标准差参数化，
  颜色红色（#CC0000），线型为虚线（--），线宽 1.5
- 文字标注：在图形右上角内侧标注均值、标准差、偏度、峰度的数值，
  格式为：「均值 = 0.0012，标准差 = 0.0215，偏度 = -0.35，峰度 = 5.82」

图形格式：
- 图形尺寸：(9, 5) 英寸
- x 轴范围：[-0.15, 0.15]，x 轴标签：「日收益率」
- y 轴标签：「频率密度」
- 主标题：「A 股样本股票日收益率分布（2020–2023）」
- 图例：说明直方图、KDE 和正态分布曲线

使用 scipy.stats 计算偏度和峰度。

提示词：相关系数热图

我有一个 pandas 数据框 `df`，包含以下数值列：
return（收益率）、beta（市场风险）、size（规模对数）、
bm（账面市值比）、momentum（动量）、leverage（杠杆率）。

请用 seaborn 绘制变量相关系数热图，要求：

图形内容：
- 计算所有数值列的 Pearson 相关系数矩阵
- 颜色方案：负相关为蓝色，正相关为红色，不相关为白色，
  使用 seaborn 的 RdBu_r 色谱
- 每个格子中显示相关系数值，保留 2 位小数
- 仅显示下三角（上三角留白，避免重复）
- 对角线：显示为 1.00，颜色与最大正相关相同

图形格式：
- 图形尺寸：(8, 7) 英寸
- 主标题：「变量相关系数矩阵」，字号 13
- 变量标签改为中文：
  [return→收益率, beta→市场β, size→公司规模, 
   bm→账面市值比, momentum→动量, leverage→杠杆率]
- 颜色条（colorbar）的范围固定为 [-1, 1]

保存为 ../outputs/figures/correlation_heatmap.pdf。

A5.4 批量绘图与交互式图形

提示词：批量生成多子图

当需要对多只股票或多个变量绘制同类型图形时，批量生成比逐一绘制高效得多。

我有一个面板数据框 `df`，包含 date、stock_code、close 列，
stock_code 共有 9 只股票。

请用 matplotlib 批量绘制每只股票的价格走势，以 3×3 子图布局展示，要求：

布局：
- 3 行 3 列的子图，每个子图对应一只股票
- 图形尺寸：(15, 12) 英寸
- 使用 constrained_layout=True 自动调整子图间距

每个子图：
- 折线图，颜色统一为深蓝色（#003399）
- 子图标题为股票代码，字号 11
- x 轴：仅显示年份（格式 %Y），每两年一个刻度
- x 轴刻度标签旋转 30°
- y 轴：不显示标签（由整体 y 轴说明）

整体图形：
- 主标题：「9 只样本股票收盘价走势（2020–2023）」，字号 16
- 整体 x 轴说明「日期」，y 轴说明「收盘价（元）」
  （用 fig.supxlabel 和 fig.supylabel 实现）

保存为 ../outputs/figures/stock_grid.pdf。

提示词：生成交互式图形（Plotly）

适合在 Jupyter Notebook 中展示，或嵌入 HTML 报告，支持鼠标悬停查看数据。

我有一个股票价格数据框 `df`，包含 date、stock_code、close 列。

请用 Plotly 生成一个交互式股价走势图，要求：

交互功能：
- 鼠标悬停时显示：日期、股票代码、收盘价（保留 2 位小数）
- 支持框选缩放（box select）和双击重置
- x 轴有时间范围选择器：可选 1M / 3M / 6M / 1Y / 全部
- 图例可点击以显示/隐藏单只股票

图形样式：
- 主题：plotly_white（适合汇报）
- 每只股票不同颜色，线宽 2px
- 图形宽 900px，高 500px
- 主标题：「股票收盘价走势（交互式）」

导出：
- 在 Jupyter Notebook 中显示（fig.show()）
- 同时保存为 HTML 文件 ../outputs/figures/stock_interactive.html，
  可在浏览器中独立打开