第二步:整洁数据做映射操作,确定x,y,color,size,shape,alpha等
第三步:选择合适的几何对象(根据画图的目的、变量的类型和个数)
第四步:坐标系和刻度配置
第五步:标签信息和图例信息
第六步:选择合适的主题
ggplot2的语法包括10个部件。
数据(data)
映射(mapping)
几何对象(geom)
标度(scale)
统计变换(stats)
坐标系(coord)
位置调整(Position adjustments)
分面(facet)
主题(theme)
输出(output)
前3个是必须的,其它部件ggplot2会自动配置,也可以手动配置
ggplot2基本绘图模板:
注意:
1)添加图层的加号(+)只能放在行末尾
2)红色方框里面mapping是全局域,绿色方框里面mapping是局部域,执行先后顺序,先局部域,后全局域
ggplot2画图必要部件-数据,映射和几何对象
2.1 数据
数据(Data)用于画图的整洁数据
library(tidyverse
ggplot()先只提供数据,创建一个空图形。
# ggplot()先提供整洁数据,生成一个空图形
2映射
映射,把数据变量集与图形属性库建立关联。
最常用的映射有:
x:x轴
y:y轴
color:颜色
size:大小
shape:形状
fill:填充
alpha:透明度
以mpg数据集为例,把变量displ和hwy分别映射到x和y,变量drv映射到color,此时图形就有了坐标轴和网格线,color需要在有了几何对象后才能体现出来。
# 映射操作
ggplot(data = mpg, mapping = aes(x = displ,
y = hwy, color = drv))
2.3 几何对象
几何对象是表达数据的视觉对象
不同类型的几何对象是从不同的角度表达数据。
pgglot2提供了50多种“几何对象”,均以geom_xxxx()的方式命名,常用的有:
几何对象很简单,只需要添加图层即可。
例如,以mpg数据集为例,画散点图。
ggplot(data = mpg, mapping = aes(x = displ,
y = hwy,
color = drv)) +
geom_point()层依次叠加,在上图的基础上,再添加一个几何对象:光滑曲线。
#继续增加一个几何对象:光滑曲线
# 写法1
ggplot(data = mpg, mapping = aes(x = displ,
y = hwy,
color = drv)) +
geom_point() +
geom_smooth(se=FALSE)
# 写法2
ggplot(data = mpg, mapping = aes(x = displ, y = hwy)) +
geom_point(aes(color = drv)) +
geom_smooth(se=FALSE)
思考题:
1)写法1和写法2的差异?(全局域和局部域的使用差异)
2)写法2若是要实现写法1的功能,怎么编写代码?
03
标度
ggplot2会自动根据输入变量选择最优的坐标刻度方法,若要手动设置或调整,就需要使用标度函数。
标度函数用来控制几何对象中的标度映射(x轴,y轴或者由color,fill,shape,size产生的图例)。
ggplot2提供丰富的标度函数,常用的有:
拓展功能:scales包提供很多设置刻度标签风格的函数,比如百分数、科学计数法法、美元格式等。
3.1 修改坐标轴刻度及标签
连续变量使用scale_*_continuous()函数,参数breaks设置各个刻度的位置,参数labels设置各个刻度对应的标签。
离散变量使用scale_*_discrete()函数,修改离散变量坐标轴的标签。
时间变量使用scale_x_date()函数设置日期刻度,参数date_breaks设置刻度间隔,date_labels设置标签的日期格式
以mpg数据集为例,修改连续变量坐标轴刻度及标签。
# scale_y_continuous函数
# 对比分析和观察
# 图1
ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +
geom_point()
# 图2
ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +
geom_point() +
scale_y_continuous(breaks = seq(15, 40, by = 10))
# 图3
ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +
geom_point() +
scale_y_continuous(breaks = seq(15, 40, by = 10),
labels = c(" 一五 "," 二五 "," 三五 "))
以mpg数据集为例,修改离散变量的标签
# scale_x_discrete函数
# 对比分析和观察
# 图1
ggplot(mpg, aes(x = drv)) +
geom_bar()
# 图2
ggplot(mpg, aes(x = drv)) +
geom_bar() +
scale_x_discrete(labels = c("4" = " 四驱 ", "f" = " 前驱 ",
"r" = " 后驱 "))
以ggplot2自带的economics数据集为例,修改日期变量。
# scale_x_date函数
# 以ggplot2自带的economics为例
economics %>% glimpse()
# 图1
ggplot(tail(economics, 45), aes(date, uempmed / 100)) +
geom_line()
# 图2
ggplot(tail(economics, 45), aes(date, uempmed / 100)) +
geom_line() +
scale_x_date(date_breaks = "6 months", date_labels = "%Y-%b") +
scale_y_continuous(labels = scales::percent)
3.2 修改坐标轴标签、图例名及图例位置
用labs()函数参数x,y或者xlab(),ylab(),设置x轴,y轴标签。
若用参数color生成了图例,可以在labs()函数用参数color修改图例名。
用theme图层的参数legend.position设置图例的位置。
以mpg数据为例。
# 修改坐标轴标签,图例名和图例位置
mpg
# 图1
ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +
geom_point(aes(color = drv)) +
labs(x = " 引擎大小 (L)", y = " 高速燃油率 (mpg)",
color = " 驱动类型 ") +
theme(legend.position = "top")
# 图2
ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +
geom_point(aes(color = drv)) +
xlab(" 引擎大小 (L)") +
ylab(" 高速燃油率 (mpg)") +
labs(color = " 驱动类型 ") +
theme(legend.position = "top")
# 图3 不需要图例
ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +
geom_point(aes(color = drv)) +
xlab(" 引擎大小 (L)") +
ylab(" 高速燃油率 (mpg)") +
theme(legend.position = "none")
3.3 设置坐标轴的范围
用coord_cartesian()函数参数xlim和ylim,或者用xlim(),ylim()设置x轴和y轴的范围。
以mpg数据集为例。
# 修改坐标轴的范围
# 图1 coord_cartesian()的参数xlim和ylim
ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +
geom_point(aes(color = drv)) +
coord_cartesian(xlim = c(5, 7), ylim = c(10, 30))
# 图2 xlim()和ylim()函数
ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +
geom_point(aes(color = drv)) +
xlim(5, 7) +
ylim(10, 30)
3.4 变换坐标轴
用scale_x_log10()函数变换坐标系,可以保持原始数据的坐标刻度。
# 修改坐标轴的范围
# 图1 coord_cartesian()的参数xlim和ylim
ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +
geom_point(aes(color = drv)) +
coord_cartesian(xlim = c(5, 7), ylim = c(10, 30))
# 图2 xlim()和ylim()函数
ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +
geom_point(aes(color = drv)) +
xlim(5, 7) +
ylim(10, 30)
3.5 设置图形标题
用labs()函数设置图形标题。
参数title 设置正标题
参数subtitle 设置副标题
参数caption 设置脚注标题(默认右下角)
# 设置标题
# mpg数据集为例
p <- ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +
geom_point(aes(color = drv)) +
geom_smooth(se = FALSE) +
labs(title = " 燃油效率与引擎大小的关系图 ",
subtitle = " 两座车 ( 跑车 ) 因重量小而符合预期 ",
caption = " 数据来自 fueleconomy.gov")
p
标题若要居中,采用theme图层设置。
p + theme(plot.title = element_text(hjust = 0.5),
plot.subtitle = element_text(hjust = 0.5))
3.6 设置color、fill颜色
数据的某个维度信息可以通过颜色来表示。
可以直接使用颜色值,建议使用RColorBrewer(调色板)或者colorspace包。
1)连续变量
- 用scale_color_gradient()设置二色渐变色。
# 连续变量
# 图1 scale_color_gradient()函数
ggplot(mpg, aes(displ, hwy, color = hwy)) +
geom_point() +
scale_color_gradient(low = "green", high = "red")
- 用scale_color_distiller()设置调色板中的颜色
# 图2 scale_color_distiller()函数
ggplot(mpg, aes(displ, hwy, color = hwy)) +
geom_point() +
scale_color_distiller(palette = "Set1")
2)离散变量
- 用scale_color_manual()手动设置颜色,还可以修改图例及其标签信息
# 离散变量
# 图1 scale_color_manual()函数
ggplot(mpg, aes(displ, hwy, color = drv)) +
geom_point() +
scale_color_manual(" 驱动方式 ",
values = c("red", "blue", "green"),
breaks = c("4", "f", "r"))
ggplot(mpg, aes(displ, hwy, color = drv)) +
geom_point() +
scale_color_manual(" 驱动方式 ",
values = c("red", "blue", "green"),
labels = c(" 四驱 ", " 前驱 ", " 后驱 "))
-用scale_fill_brewer()调用调色板中的颜色
# 图2 scale_fill_brewer()函数
ggplot(mpg, aes(x = class, fill = class)) +
geom_bar() +
scale_fill_brewer(palette = "Dark2")
.7 添加文字标注
ggrepel包提供了geom_label_repel()函数或者geom_text_repel()函数,为图形添加文字标注。
操作步骤:
第一步:先准备好标记点的数据
第二步:增加文字标注图层,包括标记点的数据和标注的文字给label参数
# 设置文字标注信息
library(ggrepel)
# 选取每种车型 hwy 值最大的样本
best_in_class <- mpg %>%
group_by(class) %>%
slice_max(hwy, n = 1)
best_in_class %>% select(class, model, hwy)
ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +
geom_point(aes(color = class)) +
geom_label_repel(data = best_in_class,
aes(label = model))
04
计变换、坐标系和位置调整
.1 统计变换
统计变换是构建新的统计量而画图。
例如,条形图或直方图,是对数据分组的频数做画图;平滑曲线是对数据拟合模型的预测值画图。
gplot2可以把统计变换直接融入画图中,不必先在对数据做统计变换后再画图。
gplot2提供30多种统计,均以stats_xxx()的方式命名。
1)可在几何对象中直接使用的统计变换,直接使用几何对象就可以了。
能在几何对象创建的,而需要单独使用。
mpg数据集为例。
stat_summary()做统计绘图并汇总。
# 图1 stat_summary()做统计绘图并汇总
p <- ggplot(mpg, aes(x = class, y = hwy)) +
geom_violin(trim = FALSE, alpha = 0.5, color = "green")
p
p + stat_summary(fun = mean,
fun.min = function (x) {mean(x) - sd(x)},
fun.max = function (x) {mean(x) + sd(x)},
geom = "pointrange",
color = "red")
tat_smooth()添加光滑曲线,与geom_smooth()相同。
参数method设置平滑曲线的拟合方法,如lm线性回归、glm广义线性回归、loess多项式回归、gam广义加法模型(mgcv包)、rlm稳健回归(MASS包)等。
参数formula指定平滑曲线方程,如y ~ x, y ~ poly(x, 2), y ~ log(x)等。
参数se设置是否绘制置信区间。
# 图2 stat_smooth()添加平滑曲线
ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +
geom_point() +
stat_smooth(method = "lm",
formula = y ~ splines::bs(x, 3),
se = FALSE)
ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +
geom_point() +
geom_smooth(method = "lm",
formula = y ~ splines::bs(x, 3),
se = FALSE)
4.2 坐标系
ggplot2默认是直角坐标系。
- coord_cartesian()
常用的其它坐标系:
以mpg数据集为例,坐标轴翻转。
# 图1 坐标轴翻转coord_flip()
p <- ggplot(mpg, aes(class, hwy)) +
geom_boxplot()
p
p + coord_flip()
直角坐标下条形图转换为极坐标下玫瑰图。
# 图2 直角坐标条形图-->极坐标玫瑰图
p <- ggplot(mpg, aes(class, fill = drv)) +
geom_bar()
p
p + coord_polar()
4.3 位置调整
条形图的位置调整
# 图1:条形图条形位置调整
ggplot(mpg, aes(class, fill = drv)) +
geom_bar()
ggplot(mpg, aes(class, fill = drv)) +
geom_bar(position = "dodge")
ggplot(mpg, aes(class, fill = drv)) +
geom_bar(position = position_dodge(preserve = "single"))
散点图的散点位置调整
# 图1:散点图的散点位置调整
ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +
geom_point()
ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +
geom_point(position = "jitter")
用patchwork包排布多个图形
library(patchwork)
p1 <- ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +
geom_point()
p2 <- ggplot(mpg, aes(drv, displ)) +
geom_boxplot()
p3 <- ggplot(mpg, aes(drv)) +
geom_bar()
p1 | (p2 / p3)
p1 | p2 | p3
p1 / p2 / p3
p1 / (p2 | p3)
05
分面
利用分类变量把图形分成若干“子图”(面),实际上就是对数据分组后再画图,属于数据分析里面细分和下钻的思想。
5.1 用facet_wrap()函数
封装分面,先生成一维的面板系列,再封装到二维中。
语法形式:~ 分类变量 或者 ~ 分类变量1 + 分类变量2
参数scales设置是否共用坐标刻度,fixed 默认 共用, free 不共用,还可以额通过free_x,free_y单独设置。
reshape2包的进化版—tidyr包
tidyr包的作者是Hadley Wickham。这个包常跟dplyr结合使用。
本文将演示tidyr包中下述四个函数的用法:
gather—宽数据转为长数据。类似于reshape2包中的melt函数
spread—长数据转为宽数据。类似于reshape2包中的cast函数
unit—多列合并为一列
separate—将一列分离为多列
下面使用datasets包中的mtcars数据集做演示。
library(tidyr)
library(dplyr)
head(mtcars)
mpg cyl disp hp drat wt qsec vs am gear carb
Mazda RX4 21.0 6 160 110 3.90 2.620 16.46 0 1 4 4
Mazda RX4 Wag 21.0 6 160 110 3.90 2.875 17.02 0 1 4 4
Datsun 710 22.8 4 108 93 3.85 2.320 18.61 1 1 4 1
Hornet 4 Drive 21.4 6 258 110 3.08 3.215 19.44 1 0 3 1
Hornet Sportabout 18.7 8 360 175 3.15 3.440 17.02 0 0 3 2
Valiant 18.1 6 225 105 2.76 3.460 20.22 1 0 3 1
为方便处理,在数据集中增加一列car
mtcars$car <- rownames(mtcars)
mtcars <- mtcars[, c(12, 1:11)]
gather
gather的调用格式为:
gather(data, key, value, ..., na.rm = FALSE, convert = FALSE)
这里,...表示需要聚合的指定列。
与reshape2包中的melt函数一样,得到如下结果:
mtcarsNew <- mtcars %>% gather(attribute, value, -car)
head(mtcarsNew)
car attribute value
1 Mazda RX4 mpg 21.0
2 Mazda RX4 Wag mpg 21.0
3 Datsun 710 mpg 22.8
4 Hornet 4 Drive mpg 21.4
5 Hornet Sportabout mpg 18.7
6 Valiant mpg 18.1
tail(mtcarsNew)
car attribute value
347 Porsche 914-2 carb 2
348 Lotus Europa carb 2
349 Ford Pantera L carb 4
350 Ferrari Dino carb 6
351 Maserati Bora carb 8
352 Volvo 142E carb 2
如你所见,除了car列外,其余列聚合成两列,分别命名为attribute和value。
tidyr很好的一点是可以只gather若干列而其他列保持不变。如果你想gather在map和gear之间的所有列而保持carb和car列不变,可以像下面这样做:
mtcarsNew <- mtcars %>% gather(attribute, value, mpg:gear)
head(mtcarsNew)
car carb attribute value
1 Mazda RX4 4 mpg 21.0
2 Mazda RX4 Wag 4 mpg 21.0
3 Datsun 710 1 mpg 22.8
4 Hornet 4 Drive 1 mpg 21.4
5 Hornet Sportabout 2 mpg 18.7
6 Valiant 1 mpg 18.1
spread
spread的调用格式为:
spread(data, key, value, fill = NA, convert = FALSE, drop = TRUE)
与reshape2包中的cast函数一样,得到如下结果:
mtcarsSpread <- mtcarsNew %>% spread(attribute, value)
head(mtcarsSpread)
car carb mpg cyl disp hp drat wt qsec vs am gear
1 AMC Javelin 2 15.2 8 304 150 3.15 3.435 17.30 0 0 3
2 Cadillac Fleetwood 4 10.4 8 472 205 2.93 5.250 17.98 0 0 3
3 Camaro Z28 4 13.3 8 350 245 3.73 3.840 15.41 0 0 3
4 Chrysler Imperial 4 14.7 8 440 230 3.23 5.345 17.42 0 0 3
5 Datsun 710 1 22.8 4 108 93 3.85 2.320 18.61 1 1 4
6 Dodge Challenger 2 15.5 8 318 150 2.76 3.520 16.87 0 0 3
unite
unite的调用格式如下:
unite(data, col, ..., sep = "_", remove = TRUE)
where ... represents the columns to unite and col represents the c
这里,...表示需要合并的列,col表示合并后的列。
我们先虚构一些数据:
set.seed(1)
date <- as.Date('2016-01-01') + 0:14
hour <- sample(1:24, 15)
min <- sample(1:60, 15)
second <- sample(1:60, 15)
event <- sample(letters, 15)
data <- data.frame(date, hour, min, second, event)
data
date hour min second event
1 2016-01-01 7 30 29 u
2 2016-01-02 9 43 36 a
3 2016-01-03 13 58 60 l
4 2016-01-04 20 22 11 q
5 2016-01-05 5 44 47 p
6 2016-01-06 18 52 37 k
7 2016-01-07 19 12 43 r
8 2016-01-08 12 35 6 i
9 2016-01-09 11 7 38 e
10 2016-01-10 1 14 21 b
11 2016-01-11 3 20 42 w
12 2016-01-12 14 1 32 t
13 2016-01-13 23 19 52 h
14 2016-01-14 21 41 26 s
15 2016-01-15 8 16 25 o
现在,我们需要把date,hour,min和second列合并为新列datetime。通常,R中的日期时间格式为"Year-Month-Day-Hour:Min:Second"。
dataNew <- data %>%
unite(datehour, date, hour, sep = ' ') %>%
unite(datetime, datehour, min, second, sep = ':')
dataNew
datetime event
1 2016-01-01 7:30:29 u
2 2016-01-02 9:43:36 a
3 2016-01-03 13:58:60 l
4 2016-01-04 20:22:11 q
5 2016-01-05 5:44:47 p
6 2016-01-06 18:52:37 k
7 2016-01-07 19:12:43 r
8 2016-01-08 12:35:6 i
9 2016-01-09 11:7:38 e
10 2016-01-10 1:14:21 b
11 2016-01-11 3:20:42 w
12 2016-01-12 14:1:32 t
13 2016-01-13 23:19:52 h
14 2016-01-14 21:41:26 s
15 2016-01-15 8:16:25 o
separate
separate的调用格式为:
separate(data, col, into, sep = "[^[:alnum:]]+", remove = TRUE,
convert = FALSE, extra = "warn", fill = "warn", ...)
我们可以用separate函数将数据恢复到刚创建的时候,如下所示:
data1 <- dataNew %>%
separate(datetime, c('date', 'time'), sep = ' ') %>%
separate(time, c('hour', 'min', 'second'), sep = ':')
data1
date hour min second event
1 2016-01-01 07 30 29 u
2 2016-01-02 09 43 36 a
3 2016-01-03 13 59 00 l
4 2016-01-04 20 22 11 q
5 2016-01-05 05 44 47 p
6 2016-01-06 18 52 37 k
7 2016-01-07 19 12 43 r
8 2016-01-08 12 35 06 i
9 2016-01-09 11 07 38 e
10 2016-01-10 01 14 21 b
11 2016-01-11 03 20 42 w
12 2016-01-12 14 01 32 t
13 2016-01-13 23 19 52 h
14 2016-01-14 21 41 26 s
15 2016-01-15 08 16 25 o
首先,将datetime分为date列和time列。然后,将time列分为hour,min,second列。
因为Frontiers In Immunology要求提供图片的时候选择“对色盲友好”的配色,因此尝试了一下这个包。但是非常困惑的是经常报错。今天终于解决了问题。记录一下。
首先加载相关的包并作一个简单的图
用的是ggplot2默认的调色板
之后用Viridis调色,主要是加了这么一条函数:
然后就花式报错
大概意思用一个连续型的色带给离散型变量上色。就很费解,不知道去哪找离散型的色带。
一开始尝试把fill的变量替换成连续型的,但是感觉并不好看。所以还是想怎么能把这个颜色替换掉。
直到最后终于发现有一个叫做scale_fill_viridis_d的函数。可以提供离散型的色带。
于是重新作图
这下好了。好吧虽然还是很丑。
于是顺便整理了一下各种相关的函数
scale_fill_viridis_d:
如前所述我们已经知道这个函数可以提供Viridis包的离散型的色带了。
magma(3, alpha = 1, begin = 0, end = 1, direction = 1):
可以输出指定色带指定数量的颜色。