9 圖形排列

ggplot2 中提供的語(yǔ)法與創(chuàng)建單個(gè)圖有關(guān)胧后。雖然分面系統(tǒng)提供了生成多個(gè)子圖的方法肴盏，但所有這些都主要都是可視化科盛、共享層、數(shù)據(jù)和比例的一部分菜皂。然而贞绵，通常需要使用多個(gè)不同的圖形來(lái)講述一個(gè)故事或提出一個(gè)論點(diǎn)。這些當(dāng)然可以單獨(dú)創(chuàng)建并在布局程序中組裝恍飘，但在代碼中執(zhí)行此操作是有益的但壮，以避免耗時(shí)且不可重復(fù)的工作。一系列的方案應(yīng)運(yùn)而生常侣，提供了安排不同圖形的不同方法。雖然本章將重點(diǎn)介紹 patchwork 包弹渔，但您也可以在 cowplot胳施、gridExtra 和 ggpubr 包中找到一些相同的功能。

本章將分為兩部分肢专。第一種方法是將圖形塊并排排列而不重疊舞肆，而第二種方法是將圖形塊依次排列。雖然這兩種方案不一定是相互對(duì)立的博杖，但前一種情況通常會(huì)受益于后一種情況下沒(méi)有意義的功能椿胯，例如繪圖區(qū)域的對(duì)齊。

9.1 圖形并排

通常剃根，人們希望并排展示兩個(gè)或更多圖形哩盲，從不同方面展示同一故事。這是拼湊而成的場(chǎng)景來(lái)解決。從本質(zhì)上講廉油，patchwork 是一個(gè)包惠险，它對(duì)ggplot2擴(kuò)展了 +操作符的使用以在多個(gè)圖之間工作，并為專門的組合添加額外的操作符和處理圖的組合抒线。

作為patchwork最基本用法的示例班巩，我們將使用mpg數(shù)據(jù)集的以下4個(gè)圖

p1 <- ggplot(mpg) + 
  geom_point(aes(x = displ, y = hwy))

p2 <- ggplot(mpg) + 
  geom_bar(aes(x = as.character(year), fill = drv), position = "dodge") + 
  labs(x = "year")

p3 <- ggplot(mpg) + 
  geom_density(aes(x = hwy, fill = drv), colour = NA) + 
  facet_grid(rows = vars(drv))

p4 <- ggplot(mpg) + 
  stat_summary(aes(x = drv, y = hwy, fill = drv), geom = "col", fun.data = mean_se) +
  stat_summary(aes(x = drv, y = hwy), geom = "errorbar", fun.data = mean_se, width = 0.5)

拼湊最簡(jiǎn)單的用法是+將繪圖添加到一起，從而創(chuàng)建一組要顯示在一起的繪圖：

library(patchwork)

p1 + p2

image.png

+沒(méi)有指定任何特定的布局嘶炭，只是應(yīng)該將圖一起顯示抱慌。在沒(méi)有布局的情況下，控制facet_wrap()中行數(shù)和列數(shù)的相同算法將決定行數(shù)和列數(shù)眨猎。這意味著將 3 個(gè)圖加在一起將創(chuàng)建一個(gè) 1x3 網(wǎng)格抑进，而將 4 個(gè)圖加在一起將創(chuàng)建一個(gè) 2x2 網(wǎng)格。

p1 + p2 + p3 + p4

image.png

從上面的兩個(gè)例子可以看出宵呛，patchwork 負(fù)責(zé)將圖的不同部分相互對(duì)齊单匣。您可以看到所有繪圖區(qū)域都是對(duì)齊的，即使存在分面也是如此宝穗。此外户秤，您可以看到盡管左下圖中的軸文本更寬，但最左側(cè)的兩個(gè)圖中的 y 軸標(biāo)題已對(duì)齊逮矛。

9.1.1 布局控制

通常自動(dòng)創(chuàng)建的網(wǎng)格不是您想要的鸡号，當(dāng)然可以控制它。最直接须鼎、最強(qiáng)大的方法是在``plot`中添加一個(gè)plot_layout()規(guī)范：

p1 + p2 + p3 + plot_layout(ncol = 2)

image.png

一個(gè)常見(jiàn)的場(chǎng)景是想要強(qiáng)制單行或單列鲸伴。拼縫提供了兩個(gè)操作員，/并|分別以促進(jìn)此（引擎蓋下他們只是組的行或列中的布局編號(hào)為1）晋控。
一種常見(jiàn)的場(chǎng)景是希望強(qiáng)制執(zhí)行單個(gè)行或列汞窗。Patchwork分別提供了兩個(gè)操作符/和|來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)(實(shí)際上它們只是將布局中的行數(shù)或列數(shù)設(shè)置為1)。

p1 / p2

image.png

# Basically the same as using `+` but the intend is clearer
p3 | p4

image

patchwork 允許布局嵌套赡译，這意味著僅使用這兩個(gè)運(yùn)算符就可以生成一些非常復(fù)雜的布局

p3 | (p2 / (p1 | p4))

image

另外仲吏，對(duì)于非常復(fù)雜的布局，也可以在plot_layout()的design參數(shù)中使用文本表示來(lái)指定非表格布局蝌焚。

layout <- "
AAB
C#B
CDD
"

p1 + p2 + p3 + p4 + plot_layout(design = layout)

image

正如在最后幾幅圖中顯示的那樣裹唆，圖形之間的圖例就變得多余。雖然可以在組裝之前刪除某個(gè)圖中的所有圖例之外的所有圖例只洒，但patckwork為常見(jiàn)情況提供了一些更容易的方法：

p1 + p2 + p3 + plot_layout(ncol = 2, guides = "collect")

image.png

選擇收集guides將把所有圖例放在一起许帐，放在全局主題所支配的位置。此外毕谴，它將刪除任何重復(fù)的圖例成畦，只在圖形中留下唯一的圖例距芬。重復(fù)檢測(cè)圖例的外觀，而不是它來(lái)自的底層比例羡鸥。因此蔑穴，它只會(huì)刪除完全相同的圖例。如果您想通過(guò)將參考線放置在布局的空白區(qū)域來(lái)優(yōu)化空間使用惧浴，您可以為收集的參考線指定一個(gè)繪圖區(qū)域：

p1 + p2 + p3 + guide_area() + plot_layout(ncol = 2, guides = "collect")

image.png

9.1.2 修改子圖

patchwork執(zhí)行規(guī)則是：在渲染之前存和，繪圖保持為標(biāo)準(zhǔn)的 ggplot 對(duì)象。這意味著它們?cè)诮M裝后可以進(jìn)行修改衷旅【柰龋可以通過(guò)[[]]索引檢索和設(shè)置特定圖：

p12 <- p1 + p2
p12[[2]] <- p12[[2]] + theme_light()
p12

image.png

但是，通常有必要一次修改所有子圖柿顶，例如給它們一個(gè)共同的主題茄袖。patchwork提供了的&適用于該處：

p1 + p4 & theme_minimal()

image.png

如果它們?cè)谠撦S上具有相同的圖形屬性，這也可用于為繪圖提供一個(gè)公共軸：

p1 + p4 & scale_y_continuous(limits = c(0, 45))

image.png

9.1.3 添加注釋

圖形一旦被組裝起來(lái)嘁锯，它們就開(kāi)始形成一個(gè)整體宪祥。這也意味著標(biāo)題、副標(biāo)題和說(shuō)明文字通常與整個(gè)圖形有關(guān)家乘，而不再是其中的某一個(gè)圖形蝗羊。可以使用該plot_annotation()函數(shù)將標(biāo)題等添加到組裝的圖中仁锯。

p34 <- p3 + p4 + plot_annotation(
  title = "A closer look at the effect of drive train in cars",
  caption = "Source: mpg dataset in ggplot2"
)
p34

image.png

根據(jù)調(diào)用plot_annotation()中的主題規(guī)范格式化標(biāo)題耀找。

p34 + plot_annotation(theme = theme_gray(base_family = "mono"))

image

由于全局主題通常跟隨子圖形的主題，&與主題對(duì)象一起使用將修改全局主題以及子圖形的主題

p34 & theme_gray(base_family = "mono")

image.png

另一種類型的注釋业崖，特別是在文獻(xiàn)中野芒，是向每個(gè)子圖添加標(biāo)簽，然后用于在文本和標(biāo)題中識(shí)別它們双炕。ggplot2 正好有這個(gè)tag元素狞悲，patchwork 提供了使用tag_levels參數(shù)自動(dòng)設(shè)置它的功能。它可以自動(dòng)生成拉丁字符妇斤、阿拉伯?dāng)?shù)字或羅馬數(shù)字效诅。

p123 <- p1 | (p2 / p3)
p123 + plot_annotation(tag_levels = "I") # Uppercase roman numerics

image

一個(gè)附加功能是可以使用嵌套來(lái)定義新的標(biāo)記級(jí)別：

p123[[2]] <- p123[[2]] + plot_layout(tag_level = "new")
p123 + plot_annotation(tag_levels = c("I", "a"))

image.png

可以看出，patchwork可以生成不同的圖形排布趟济，并且 API 會(huì)隨著組件的復(fù)雜程度而擴(kuò)展，從簡(jiǎn)單+地將多個(gè)繪圖放置在同一區(qū)域咽笼，到使用嵌套顷编、布局、和注釋以創(chuàng)建高級(jí)自定義布局剑刑。

9.2 在圖形上排列圖

雖然 patchwork 中的許多功能都與對(duì)齊網(wǎng)格中的圖有關(guān)媳纬，但它也允許您制作插圖双肤，即放置在另一個(gè)圖上的小圖。此功能包含在inset_element()函數(shù)中钮惠，該函數(shù)用于將給定的繪圖標(biāo)記為要放置在前一個(gè)繪圖上的插圖茅糜，并記錄所需的位置等∷赝欤基本用法如下：

p1 + inset_element(p2, left = 0.5, bottom = 0.4, right = 0.9, top = 0.95)

image.png

實(shí)際位置由給定插圖的左側(cè)蔑赘、右側(cè)、頂部和底部位置指定预明。默認(rèn)值是npc缩赛，在給定區(qū)域中使用從 0 到 1 的單位，但grid::unit()可以明確給出它們來(lái)使用任何單位撰糠。該位置默認(rèn)設(shè)置為面板區(qū)域酥馍，但這可以通過(guò)align_to參數(shù)進(jìn)行更改。結(jié)合這些知識(shí)點(diǎn)阅酪，我們可以在距右上角 15 毫米處放置一個(gè)插圖旨袒，如下所示：

p1 + 
  inset_element(
    p2, 
    left = 0.4, 
    bottom = 0.4, 
    right = unit(1, "npc") - unit(15, "mm"), 
    top = unit(1, "npc") - unit(15, "mm"),
    align_to = "full"
  )

image.png

插圖不限于 ggplots。wrap_elements()可以使用任何支持的圖形术辐，包括patchwork拼湊圖：

p24 <- p2 / p4 + plot_layout(guides = "collect")
p1 + inset_element(p24, left = 0.5, bottom = 0.05, right = 0.95, top = 0.9)

image

插圖的一個(gè)很好的特點(diǎn)是它們?cè)诒讳秩局氨憩F(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)的拼湊子圖砚尽。這意味著它們可以在組裝后進(jìn)行修改，通過(guò)使用&：

p12 <- p1 + inset_element(p2, left = 0.5, bottom = 0.5, right = 0.9, top = 0.95)
p12 & theme_bw()

image

自動(dòng)標(biāo)記也按預(yù)期工作：

p12 + plot_annotation(tag_levels = 'A')

image

9.3 總結(jié)

本章簡(jiǎn)要概述了 patchwork 提供的一些組合可能性术吗。Patchwork 不僅支持 ggplots尉辑，還允許您在需要時(shí)將網(wǎng)格和基本圖形元素與您的繪圖結(jié)合起來(lái)。它還允許使用area()構(gòu)造函數(shù)较屿，而不僅僅是此處展示的文本表示進(jìn)行更復(fù)雜的設(shè)計(jì)隧魄。所有這些功能以及更多功能都包含在其網(wǎng)站上的不同指南中： https://patchwork.data-imaginist.com