Djangoでmatplotlibによるグラフ表示する方法

Djangoでmatplotlibによるグラフ表示する方法をご紹介します。

条件

• Django 2.1.2
• Python 3.7.0

urls.pyの設定

トップ画面に一覧画面を表示し、詳細画面にグラフを表示するという動作とします。
詳細画面の他に「グラフ描画」の画面を定義します。
グラフの描画処理はview.pyのget_svg関数で実施します。

from django.urls import path
from . import views

app_name = 'monitor'

urlpatterns = [
    # トップ画面
    path('', views.IndexView.as_view(), name='index'),

    # 詳細画面
    path('monitor/<int:pk>/', views.DetailView.as_view(), name='detail'),

    # グラフ描画
    path('monitor/<int:pk>/plot/', views.get_svg, name='plot'),
]

views.pyの設定

matplotlibとnumpyをインポートします。
HttpResponse(svg, content_type=’image/svg+xml’)でsvg形式で出力します。

from django.http import HttpResponse
from django.views import generic
from .models import Location, Greenhouse
from django.contrib.auth.decorators import login_required
from django.contrib.auth.mixins import LoginRequiredMixin
import io
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np


class IndexView(LoginRequiredMixin, generic.ListView): # generic.ListViewを継承
    model = Location
    paginate_by = 5 
    ordering = ['-updated_at']
    template_name = 'monitor/index.html'


class DetailView(generic.DetailView):
    model = Location
    template_name = 'monitor/detail.html'


# グラフ作成
def setPlt(pk):
    
    # 折れ線グラフを出力
    # TODO: 本当はpkを基にしてモデルからデータを取得する。
    x = np.array([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10])
    y = np.array([20, 90, 50, 30, 100, 80, 10, 60, 40, 70])
    plt.plot(x, y)


# svgへの変換
def pltToSvg():
    buf = io.BytesIO()
    plt.savefig(buf, format='svg', bbox_inches='tight')
    s = buf.getvalue()
    buf.close()
    return s


def get_svg(request,  pk):
    setPlt(pk)       # create the plot
    svg = pltToSvg() # convert plot to SVG
    plt.cla()        # clean up plt so it can be re-used
    response = HttpResponse(svg, content_type='image/svg+xml')
    return response

detail.htmlの設定

「img src」でグラフ描画用のURLを指定します。
パラメータとしてモデルのプライマリーキー「object.pk」を渡すことで、詳細画面ごとのグラフを表示するようにします。

{% extends 'base.html' %}

{% block content %}
<h1>{{ object.name }}</h1>
<section class="post-text">
    {{ object.memo|linebreaksbr }}
</section>
<section class="post-date">
    <p>Created:&nbsp;{{ object.created_at }}<span>/</span>Updated:&nbsp;{{ object.updated_at }}</p>
</section>

<img src='{% url 'monitor:plot' object.pk %}' width=600 height=600>

<section>
    <p><a href="javascript:history.back()">&lt; Back</a></p>
</section>
{% endblock %}

表示例

詳細画面を開くと、以下のように表示されます。

DBからデータを取得してグラフ描画

DBからデータを取得してグラフ描画のサンプルです。

モデル

場所：気象データ = 1:N になるようモデルを作成します。

# models.py
from django.db import models
from django.urls import reverse
from datetime import datetime as dt


class Location(models.Model):
    """場所モデル"""
    class Meta:
        db_table = 'location'

    name = models.CharField(verbose_name='ロケーション名', max_length=255)
    memo = models.CharField(verbose_name='メモ', max_length=255, default='', blank=True)
    author = models.ForeignKey(
        'auth.User',
        on_delete=models.CASCADE,
    )
    created_at = models.DateTimeField(verbose_name='登録日時', auto_now_add=True)
    updated_at = models.DateTimeField(verbose_name='更新日時', auto_now=True)

    def __str__(self):
        return self.name

    @staticmethod
    def get_absolute_url(self):
        return reverse('monitor:index')


class WeatherData(models.Model):
    """気象データモデル"""
    class Meta:
        db_table = 'weather_data'
        unique_together = (('location', 'data_datetime'),)

    location = models.ForeignKey(Location, verbose_name='ロケーション', on_delete=models.PROTECT)
    data_datetime = models.DateTimeField(verbose_name='データ日時', default=dt.strptime('2001-01-01 00:00:00', '%Y-%m-%d %H:%M:%S'))
    temperature = models.FloatField(verbose_name='気温')
    humidity = models.FloatField(verbose_name='湿度')
    created_at = models.DateTimeField(verbose_name='登録日時', auto_now_add=True)
    updated_at = models.DateTimeField(verbose_name='更新日時', auto_now=True)

    def __str__(self):
        return self.location.name + ":" + str(self.data_datetime)

ビュー

setPlt(pk)において、WeatherDataからpkのデータ一覧を取得してグラフ描画処理へ渡します。

from django.http import HttpResponse
from django.views import generic
from .models import Location, WeatherData
from django.contrib.auth.mixins import LoginRequiredMixin
import io
import matplotlib.pyplot as plt


class IndexView(LoginRequiredMixin, generic.ListView):
    model = Location
    paginate_by = 5
    ordering = ['-updated_at']
    template_name = 'monitor/index.html'


class DetailView(generic.DetailView):
    model = Location
    template_name = 'monitor/detail.html'


# グラフ作成
def setPlt(pk):
    # 折れ線グラフを出力

    weather_data = WeatherData.objects.select_related('location').filter(location_id=pk)  # 対象ロケーションの気象データを取得
    # weather_data = WeatherData.objects.raw('SELECT * FROM weather_data WHERE location_id = %s', str(pk)) # このクエリでもOK
    x = [data.data_datetime for data in weather_data] # 日時
    y1 = [data.temperature for data in weather_data] # 気温
    y2 = [data.humidity for data in weather_data]  # 湿度
    plt.plot(x, y1, x, y2)


# svgへの変換
def pltToSvg():
    buf = io.BytesIO()
    plt.savefig(buf, format='svg', bbox_inches='tight')
    s = buf.getvalue()
    buf.close()
    return s


def get_svg(request, pk):
    setPlt(pk)  # create the plot
    svg = pltToSvg()  # convert plot to SVG
    plt.cla()  # clean up plt so it can be re-used
    response = HttpResponse(svg, content_type='image/svg+xml')
    return response

DBデータ

以下のようなレコードが入っているものとします。

場所（Location）

気象データ

動作

一覧画面

詳細画面

複数のグラフを描画する

matplotlibを用いて複数のグラフを描画する場合、axes()やadd_subplot()を用います。

例）横に3つのグラフを並べる場合

# views.py

# グラフ作成
def setPlt(pk):
    # 折れ線グラフを出力

    weather_data = WeatherData.objects.select_related('location').filter(location_id=pk)  # 対象ロケーションの気象データを取得
    # weather_data = WeatherData.objects.raw('SELECT * FROM weather_data WHERE location_id = %s', str(pk)) # このクエリでもOK
    x = [data.data_datetime for data in weather_data] # 日時
    y1 = [data.temperature for data in weather_data] # 気温
    y2 = [data.humidity for data in weather_data]  # 湿度

    # 横に3つのグラフを並べる：axes([左, 下, 幅, 高さ])
    plt.axes([0.5, 0.5, 1.0, 1.0])  # 1つ目のグラフ
    plt.plot(x, y1, x, y2)

    plt.axes([1.7, 0.5, 1.0, 1.0])  # 2つ目のグラフ
    plt.plot(x, y1)

    plt.axes([2.9, 0.5, 1.0, 1.0])  # 3つ目のグラフ
    plt.plot(x, y2)

<!-- detail.html -->

{% extends 'base.html' %}

{% block content %}
    <h1>{{ object.name }}</h1>
    <section class="">
        {{ object.memo|linebreaksbr }}
    </section>

    <img src='{% url 'monitor:plot' object.pk %}' width=1500 height=400>

    <section>
        <p><a href="javascript:history.back()">&lt; Back</a></p>
    </section>
{% endblock %}

例）縦に3つのグラフを並べる場合

# views.py
    
# グラフ作成
def setPlt(pk):
    # 折れ線グラフを出力

    weather_data = WeatherData.objects.select_related('location').filter(location_id=pk)  # 対象ロケーションの気象データを取得
    # weather_data = WeatherData.objects.raw('SELECT * FROM weather_data WHERE location_id = %s', str(pk)) # このクエリでもOK
    x = [data.data_datetime for data in weather_data] # 日時
    y1 = [data.temperature for data in weather_data] # 気温
    y2 = [data.humidity for data in weather_data]  # 湿度

    # 縦に3つのグラフを並べる：axes([左, 下, 幅, 高さ])
    plt.axes([0.5, 2.4, 1.0, 1.0])  # 1つ目のグラフ
    plt.plot(x, y1, x, y2)
    
    plt.axes([0.5, 1.2, 1.0, 1.0])  # 2つ目のグラフ
    plt.plot(x, y1)
    
    plt.axes([0.5, 0.0, 1.0, 1.0])  # 3つ目のグラフ
    plt.plot(x, y2)

<!-- detail.html -->

{% extends 'base.html' %}

{% block content %}
    <h1>{{ object.name }}</h1>
    <section class="">
        {{ object.memo|linebreaksbr }}
    </section>

    <img src='{% url 'monitor:plot' object.pk %}' width=400 height=1000>

    <section>
        <p><a href="javascript:history.back()">&lt; Back</a></p>
    </section>
{% endblock %}

上記画像は３つ目のグラフが切れてしまっていますが、画面をスクロールすれば正しく表示されます。

例）2×2のレイアウトに配置する場合

# views.py

# グラフ作成
def setPlt(pk):
    # 折れ線グラフを出力

    weather_data = WeatherData.objects.select_related('location').filter(location_id=pk)  # 対象ロケーションの気象データを取得
    # weather_data = WeatherData.objects.raw('SELECT * FROM weather_data WHERE location_id = %s', str(pk)) # このクエリでもOK
    x = [data.data_datetime for data in weather_data] # 日時
    y1 = [data.temperature for data in weather_data] # 気温
    y2 = [data.humidity for data in weather_data]  # 湿度


    # 2×2のレイアウトに配置する
    fig = plt.figure(figsize=(15, 10))
    row = 2
    col = 2

    fig.add_subplot(row, col, 1)
    plt.plot(x, y1, x, y2)

    fig.add_subplot(row, col, 3)
    plt.plot(x, y1)

    fig.add_subplot(row, col, 4)
    plt.plot(x, y2)

<!-- detail.html -->

{% extends 'base.html' %}

{% block content %}
    <h1>{{ object.name }}</h1>
    <section class="">
        {{ object.memo|linebreaksbr }}
    </section>

    <img src='{% url 'monitor:plot' object.pk %}' width=1200 height=800>

    <section>
        <p><a href="javascript:history.back()">&lt; Back</a></p>
    </section>
{% endblock %}

ソース一式

サンプルソースをGitHubに公開しています。

https://github.com/kzmrt/graph

Django

参考（追記）

各詳細画面から、別の詳細画面へのリンクを表示するようにしてみます。

ポイント

• views.py
  • DetailViewクラスのcondextに、Locationデータ一覧を渡す。
• detail.html
  • views.pyで渡したLocationデータをforループで<a href>リンク表示する。
    （以下の例では、自分のリンクは作成しないようにしています。）

views.py

class DetailView(generic.DetailView):
    model = Location
    template_name = 'monitor/detail.html'

    def get_context_data(self, **kwargs):
        context = super().get_context_data(**kwargs)
        context['locations'] = Location.objects.all()
        return context

detail.html

{% extends 'base.html' %}

{% block content %}
    <h1>{{ object.name }}</h1>
    <section class="">
        {{ object.memo|linebreaksbr }}
    </section>

    <img src='{% url 'monitor:plot' object.pk %}' width=1200 height=800>

    <section>
        <ul>
            {% for location in locations %}
                {% if not location.pk == object.pk %}
                    <li>
                        <h2><a href="{% url 'monitor:detail' location.pk %}">{{ location.name }}のデータ</a></h2>
                    </li>
                {% endif %}
            {% endfor %}
        </ul>
    </section>

    <section>
        <p><a href="javascript:history.back()">&lt; Back</a></p>
    </section>
{% endblock %}

実行例

沖縄の詳細画面を開くと、「東京」へのリンクが表示されます。

東京の詳細画面を開くと、「沖縄」へのリンクが表示されます。