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。

标度控制着数据到图形属性的映射，标度将我们的数据转化为视觉上可以感知的东西，比如大小、位置、颜色、形状等。标度也为我们提供了读图时所使用的工具，比如说坐标轴和图例。总的来说，可以称为引导元素。标度函数控制元素的属性，可以理解为图形的遥控器，可以用它来调整画布大小、颜色等等。此前学的shape,color,size等参数和标度函数相比显得不够灵活。

scale_fill_brewer 调色板函数

geom_errorbar()

geom_crossbar()

geom_linerange() 绘制线段

geom_pointrange() 绘制点

pointrange：点画线

首先绘制一张盒形图

在图上显示出观测值

值得注意的是，图上点的多少并不能完全反应原始数据的多少，因为有的点可能因为点过于密集就会被覆盖，看起来是一个点，其实可能是多个点。

因此可以使用geom_jitter函数将不同的点区分开（jitter是震荡散点），width设置如果遇到相同的点，点向左右方平移的距离。alpha设置透明度。

黑色点是离群点

还可以绘制卡槽图

varwidth参数会根据该水平下观测值的个数（n值）改变盒形图的宽度。（这里宽度去的不是观测个数的绝对值，而是平方根，以缩小差距。）

给盒子上色

分组盒形图，用不同颜色区分

画水平的盒形图

使用coord_flip函数（坐标轴翻转函数）

绘制一张直方图

bins可以设置直方图条柱的数目，默认为30。当bins和binwidth（设置条柱宽度）同时设置时，默认以binwidth为准。

新加入变量cut，根据新变量在price水平上进行一个计数

y轴由count变为density，绘制概率密度

注意下面density的写法，前后都要加..

绘制概率密度曲线：geom_density函数

堆栈密度概率曲线

geom_line/geom_path/geom_step

绘制一个简单的线图

绘制点线图，点和线需要分别添加。

如上图，线在点之上，是因为先投射了点，又投射了线。

先投射线，点就出现在了线之上。

线的颜色出现了渐变

geom_smooth函数：绘制拟合曲线

methods还有其他的方法，如glm：广义线性模型；losses：纯粹平滑；gam：广义加性模型等等（lm和glm最常用）

geom_hline绘制水平线，geom_vline绘制垂直线。xintercept和yintercept是截距，slope是斜率。