ggplot2

github主页

https://github.com/tidyverse/ggplot2

ggplot2中的函数：https://ggplot2.tidyverse.org/reference/index.html

图形范例：http://www.ggplot2-exts.org/gallery/

安装

install.packages("ggplot2")

使用

library("ggplot2")

ggplot(data = <DATA>) + <GEOM_FUNCTION>(mapping = aes(<MAPPINGS>)) 

ggplot(data = <DATA>) + <GEOM_FUNCTION>(mapping = aes(<MAPPINGS>), stat = <STAT>, position = <POSITION>) + <COORDINATE_FUNCTION> + <FACET_FUNCTION>

ggplot2绘图中的基本概念

ggplot图形系统的核心理念是把绘图和数据分离，吧数据相关的绘图与数据无关的绘图分离，按照图层做图。ggplot2可以把绘图拆分成多个图层，且能够按照顺序创建多重图形。

使用ggplot2包创建图形时，每个图形都是由函数 ggplot() 创建的，提供绘图默认的数据和映射关系，其他图层中可以继承该映射关系或者修改该映射关系。

ggplot(data = NULL, mapping = aes())

数据通过参数 data 指定：数据框对象

映射通过参数 mapping 指定：有函数 aes() 来设置映射

由几何对象来控制绘制的几何图形，通过 + 来增加图形的元素，这使得绘制图形的过程结构化，同时使绘图更具灵活性。

在 ggplot2 中，图形语法中至少包含如下几个图形部件，每一个部件可以是一个图层，这些组件之间以图层的方式来粘合构图。每个图层可以代表一个图形组件，这些图形组件以图层的方式叠加在一起构成一个绘图的整体，在每个图层中的图形组件又可以分别设定数据、映射或其他相关参数，因此这些组件之间又是具有相对独立性的。

几何对象 geom_XXX

统计变换  stats

标度 scale

坐标系 coord

分面 facet

主题 theme

1. 映射 

映射即为数据集中的数据关联到相应的图形属性过程中的一种对应关系，是将一个变量中离散或者连续的数据与一个图形属性中以不同的参数来相互关联，而设定能够将这个变量中所有的数据统一为一个图形属性。aes()函数是ggplot2中的映射函数。

aes() 函数中常见的映射选项是：

x y ：用于指定x轴和y轴映射的变量

color：映射点或线的颜色

fill：映射填充区域的颜色

linestyle：映射图形的形状

size：点的尺寸和线的宽度

shape：映射点的形状

group：默认情况下 ggplot2 把所有的观测值分为了一组，如果需要把观测值按额外的离散变量进行分组处理，必须修改默认的分组设置

映射和设定是不同的

映射是将一个变量中离散或连续的数据与一个图形属性中以不同的参数来相互关联

设定能够将这个变量的所有数据统一为一个图形的属性

p <- ggplot(data = mtcars, mapping = aes(wt, mpg))
p + geom_point(color = "blue")   # 设定散点的颜色为蓝色
p + geom_point(aes(color = "blue"))   # 错误的映射，在 aes() 函数中 color = "blue" 的实际意思是将“blue”当成一个变量，用这个变量里的数据去关联图形属性中的参数，因为“blue”只含有一个字符变量，默认情况下为离散变量，按默认的颜色标度标记为桃红色。

2. 分组 

默认情况下 ggplot2 把所有观测点分为一组，如果需要把观测点按照额外的离散变量进行分组处理，必须修改默认的分组设置。

p1 <- ggplot(data = mtcars, mapping = aes(x = wt, y = hp)) + geom_point() + geom_line()  # 默认分组设置，即 group = 1
p2 <- ggplot(data = mtcars, mapping = aes(x = wt, y = hp, group = factor(gear), color = factor(gear))) + geom_point() + geom_line()  # 把wt和hp所对应的的观测点按照gear（gear以因子变为离散变量）进行分组

3. 图层 

每个图层可以代表一个图形组件，例如下面要介绍的几何对象、统计变换等图形组件，这些组件以图层的方式叠加在一起构成一个绘图的整体，在每个图层中的图形组件又可以分别设定数据、映射或其他相关参数，因此组件之间是具有相对独立性的。图层之间有 + 连接

3.1 在几何图形中设置映射

p <- ggplot(mtcars, aes(x = mpg, y = wt, color = factor(gear)))   # 设定默认的映射关系
p + geom_point()  # 沿用默认的映射关系来绘制散点图
p + geom_point(aes(shape = factor(carb)))  # 添加图层中的shape的映射关系
p + geom_point(aes(y = carb))  # 修改默认的y的映射关系，注意图中y轴名称仍然以默认的wt表示
p + geom_point(aes(color = NULL))  # 删除默认的color映射关系

3.2 采用多个数据集或向量数据绘图

mtcars.c <- transform(mtcars, mpg = mpg^2)  # 构建不同于mtcars的数据集mtcars.c
ggplot() + 
geom_point(data = mtcars, aes(x = hp, y = mpg), data = mtcars, color = "red") +
geom_point(aes(x = mtcars$hp, y = mtcars$disp), color = "green") +   # 选用向量数据
geom_point(data = mtcars.c, aes(x = hp, y = mpg), color = "blue") +   # 选用不同的数据集
geom_line(data = mtcars.c, aes(x = hp, y = mpg), color = "blue")

4. 几何对象和统计变换

几何对象执行着图层的实际渲染，控制着生成的图形类型。例如用 geom_point() 将会生成散点图，geom_line() 将会生成折线图，

统计变换即对数据进行统计变化，通常以某种方式对数据信息进行汇总，例如通过 stat_smooth() 添加光滑曲线

geom_point()绘图

p <- ggplot(mtcars, aes(x = wt, y = mpg)
p + geom_point()
p + geom_point(aes(color = qsec))    # 更改颜色 连续变量
p + geom_point(aes(color = factor(gear)))   # 更改颜色 离散变量
p + geom_point(aes(alpha = qsec))   # 更改透明度
p + geom_point(aes(shape = factor(gear)))   # 更改形状
p + geom_point(aes(size = qsec))   # 更改点大小
p + geom_point(color = "grey50", size = 5) + geom_point(aes(color = qsec), size = 4)   # 两种颜色叠加
p + geom_point(color = "grey50", size = 5) + geom_point(aes(shape = factor(gear)), size = 3)  # 颜色和形状叠加

geom_histogram() 绘图 该几何形状默认使用 stat_bin 这个统计变换，而这个统计变换会生成 count, density, x 三个变量。 count：每个组里观测值的数目  density：每个组里观测值的密度  x：组的中心。生成的变量在ggplot()中

geom_smooth() 用来给数据添加平滑曲线，所能采用的方法包括 lm glm gam loess rlm 等， 这些方法需要通过加载公式来实现。

5 分面（facet）

即在一个页面上自动摆放多幅图形，这一过程先将数据划分为多个子集，然后将每个子集依次绘制到页面的不同面板中。

ggplot2提供了两种分面类型：

网格型（facet_grid）：生成的是一个2维的面板网格，面板的行与列通过变量来定义，本质是2维的。

封面型（facet_wrap）：生成一个1维的面板条块，然后再分装到2维中，本质是1维的。

6 标度 （scale）

标度控制着数据到图形属性的映射，更重要的一点是标度将我们的数据转化为视觉上可以感知的东西，如大小、颜色、位置、形状等，所以可以通过标度修改坐标轴和图例的参数。

常用的标度有：标签 图形选项 坐标轴

7. 坐标系

8. 主题（theme）

主题系列控制着图形中的非数据元素外观，它不会影响几何对象和标度等数据元素。主题修改是一个对绘图精雕细琢的过程，主要对标题、坐标轴标签、图例标签等文字调整，以及网格线、背景、轴须的颜色搭配。

保存图片

方式一 使用 R 中的方式

pdf(file = "picture.pdf")

ggplot(mtcars, aes(x = wt, y = mpg)) + geom_point()

dev.off()

png(file = "myplot.png", width = 400, height = 400)

ggplot(matcars, aes(x = wt, y = mpg)) + geom_point()

dev.off()

方式二 使用 ggsave() 函数

ggsave(p, filename = "p.pdf", width = 12, height = 9)

ggsave(p, filename = "p.png", width = 12, height = 9)

使用 ggplot2 自带的数据集 mpg

ggplot(data = mpg) + geom_point(mapping = aes(x = displ, y = hwy))

ggplot(data = mpg) + geom_point(mapping = aes(x = displ, y = hwy, color = class))

ggplot(data = mpg) + geom_point(mapping = aes(x = displ, y = hwy, size = class))

ggplot(data = mpg) + geom_point(mapping = aes(x = displ, y = hwy, alpha = class))    # alpha 指透明度

ggplot(data = mpg) + geom_point(mapping = aes(x = displ, y = hwy, shape = class))

ggplot(data = mpg) + geom_point(mapping = aes(x = displ, y = hwy), color = "blue")

 

ggplot(data = mpg) + geom_point(mapping = aes(x = displ, y = hwy)) + facet_wrap(~ class, nrow = 2)

ggplot(data = mpg) + geom_point(mapping = aes(x = displ, y = hwy)) + facet_grid(drv ~ cyl)

 

ggplot(data = mpg) + geom_smooth(mapping = aes(x = displ, y = hwy))

ggplot(data = mpg) + geom_smooth(mapping = aes(x = displ, y = hwy, linetype = drv))

ggplot(data = mpg) + geom_smooth(mapping = aes(x = displ, y = hwy, linetype = drv)) + geom_point(mapping = aes(x = displ, y = hwy, color = drv))

 

ggplot(data = mpg) + geom_smooth(mapping = aes(x = displ, y = hwy))
ggplot(data = mpg) + geom_smooth(mapping = aes(x = displ, y = hwy, group = drv))
ggplot(data = mpg) + geom_smooth(mapping = aes(x = displ, y = hwy, color = drv), show.legend = FALSE)

ggplot(data = mpg) + geom_point(mapping = aes(x = displ, y = hwy)) + geom_smooth(mapping = aes(x = displ, y = hwy))

ggplot(data = mpg, mapping = aes(x = displ, y = hwy)) + geom_point() + geom_smooth()    # 在ggplot()函数中的mapping是全局mapping

ggplot(data = mpg, mapping = aes(x = displ, y = hwy)) + geom_point(mapping = aes(color = class)) + geom_smooth()    # 在 geom 函数中的mapping是局部mapping

ggplot(data = mpg, mapping = aes(x = displ, y = hwy)) + geom_point(mapping = aes(color = class)) + geom_smooth(data = filter(mpg, class == "subcompact"), se = FALSE)

 

ggplot(data = diamonds) + geom_bar(mapping = aes(x = cut))

ggplot(data = diamonds) + stat_count(mapping = aes(x = cut))    # 效果同上

ggplot(data = diamonds) + geom_bar(mapping = aes(x = cut, y = ..prop.., group = 1))

ggplot(data = diamonds) + stat_summary(mapping = aes(x = cut, y = depth), fun.ymin = min, fun.ymax = max, fun.y = median)

ggplot(data = diamonds) + geom_bar(mapping = aes(x = cut, color = cut))    #  边框变为不同的颜色
ggplot(data = diamonds) + geom_bar(mapping = aes(x = cut, fill = cut))    # 整个柱子变成不同的颜色

ggplot(data = diamonds) + geom_bar(mapping = aes(x = cut, fill = clarity))

ggplot(data = diamonds, mapping = aes(x = cut, fill = clarity)) + geom_bar(alpha = 1/5, position = "identity")  

ggplot(data = diamonds, mapping = aes(x = cut, color = clarity)) + geom_bar(fill = NA, position = "identity")

ggplot(data = diamonds) + geom_bar(mapping = aes(x = cut, fill = clarity), position = "fill")

ggplot(data = diamonds) + geom_bar(mapping = aes(x = cut, fill = clarity), position = "dodge")

ggplot(data = mpg) + geom_point(mapping = aes(x = displ, y = hwy), position = "jitter")

ggplot(data = mpg, mapping = aes(x = class, y = hwy)) + geom_boxplot()

ggplot(data = mpg, mapping = aes(x = class, y = hwy)) + geom_boxplot() + coord_flip()    # coord_flip() 转换x轴和y轴

nz <- map_data("nz")    # 需要实现加载 map 包

ggplot(nz, aes(long, lat, group = group)) + geom_polygon(fill = "white", color = "black")

ggplot(nz, aes(long, lat, group = group)) + geom_polygon(fill = "white", color = "black") + coord_quickmap()    # 设置地图设置合适的纵横比

ggplot(data = diamonds) + geom_bar(mapping = aes(x = cut, fill = cut), show.legend = FALSE, width = 1) + theme(aspect.ratio = 1) + labs(x = NULL, y = NULL) + coord_flip()    # 转换x轴和y轴

ggplot(data = diamonds) + geom_bar(mapping = aes(x = cut, fill = cut), show.legend = FALSE, width = 1) + theme(aspect.ratio = 1) + labs(x = NULL, y = NULL) + coord_polar()    # 使用极坐标

ggplot(data = mpg, mapping = aes(x = cty, y = hwy)) + geom_point() + geom_abline() + coord_fixed()

 

 

 

ggplot()

geom_point()

geom_smooth()

geom_bar()

geom_boxplot()

geom_freqploy()

 

 

stat_count()

stat_summary()

 

aes()    # aesthetics

 

 

参考

https://www.zhihu.com/question/24779017/answer/38750383