ggplot2繪圖理念

圖形系統(tǒng)的核心理念是把繪圖與數(shù)據(jù)分離，把數(shù)據(jù)相關(guān)的繪圖與數(shù)據(jù)無關(guān)的繪圖分離锡宋，按圖層作圖。ggplot2可以把繪圖拆分成多個圖層徐钠，且能夠按照順序創(chuàng)建多重圖形奠滑。
由幾何對象來控制繪制的幾何圖形，通過符號“+”來增加圖形的元素摊崭，這使得繪制圖形的過程結(jié)構(gòu)化杰赛，同時使繪圖更具靈活性。

ggplot2有以下幾個特點(diǎn)：

1. 有明確的起始（以ggplot函數(shù)開始）與終止（一句語句一幅圖）根时；
2. 圖層之間的疊加是靠“+”號實(shí)現(xiàn)的辰晕，越后面其圖層越高。

ggplot圖的元素可以主要可以概括如下：最大的是plot（指整張圖替裆，包括background和title）窘问，其次是axis（包括stick，text把鉴，title和stick）儿咱、legend（包括backgroud、text逗威、title）岔冀、facet這是第二層次，其中facet可以分為外部strip部分（包括backgroud和text）和內(nèi)部panel部分（包括backgroud罐呼、boder和網(wǎng)格線grid侦高，其中粗的叫g(shù)rid.major，細(xì)的叫g(shù)rid.minor）计螺。大致見下圖，這部分內(nèi)容的熟悉程度直接影響到對于theme的掌握登馒，因此希望大家留心。

image.png

一個極具誠意的作圖應(yīng)該長成下面這個樣子：

ggplot(data = , aes(x = , y = )) + 
geom_XXX(...) + ... + 
stat_XXX(...) + ... +
annotate(...) + ... +
scale_XXX(...) + coord_XXX(...) + guides(...) + theme(...)

ggplot2語法框架

ggplot2語法框架

在ggplot2中, 圖形語法中至少包括了如下幾個圖形部件圈纺，每一個部件可以是一個圖層：

• 幾何對象(geom)
  幾何對象控制圖層的渲染和生成的圖像類型蛾娶，例如潜秋，geom_point()會生成散點(diǎn)圖，而geom_line()會生成折線圖揍愁。
  
  幾何函數(shù)
  
  常用的幾種幾何對象函數(shù)：
  
  常用的幾種幾何對象函數(shù)

• 統(tǒng)計(jì)變換(stats)
  統(tǒng)計(jì)變換是對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)莽囤，通常以某種方式對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總, 例如通過stat_smooth()添加光滑曲線切距。

• 標(biāo)度(scale)
  通過標(biāo)度可以修改坐標(biāo)軸和圖例的參數(shù)。關(guān)于標(biāo)度话肖，請查看官方文檔：Scales 葡幸。
  最常用的標(biāo)度是：標(biāo)簽、圖形選項(xiàng)（顏色蔚叨、size、形狀邢锯、線形等）和坐標(biāo)軸搀别。
  1. 標(biāo)簽
  可以通過函數(shù)labs()來指定圖形的標(biāo)題（title)，子標(biāo)題（subtitle）蒂培，坐標(biāo)軸的標(biāo)簽（x，y）等护戳，并可以指定標(biāo)簽的美學(xué)選項(xiàng)：labs(...)
  參數(shù)是美學(xué)（aesthetic）選項(xiàng)，使用name=value模式，可以使用的選項(xiàng)是：
  指定文字：title羔飞、subtitle、caption么伯、x和y

  labs(title="Automobile Data", x="Weight", y="Miles Per Gallon") 
  

  指定美學(xué)選項(xiàng)：color田柔、size等
  2. 自定義圖形選項(xiàng)
  scale_fill_manual()
scale_size_manual()
scale_shape_manual()
scale_linetype_manual()
scale_alpha_manual()
scale_discrete_manual()
  3骨望，坐標(biāo)軸
  標(biāo)度是區(qū)分離散和連續(xù)變量的，標(biāo)度用于將連續(xù)型缀磕、離散型和日期-時間型變量映射到繪圖區(qū)域劣光，以及構(gòu)造對應(yīng)的坐標(biāo)軸。

• 坐標(biāo)系(coord)
  坐標(biāo)系統(tǒng)確定x和y美學(xué)如何組合以在圖中定位元素牲剃。默認(rèn)的坐標(biāo)系是笛卡爾坐標(biāo)系雄可，coord_cartesian()，笛卡爾坐標(biāo)系是最常用的坐標(biāo)系狭归，函數(shù)coord_flip() 用于反轉(zhuǎn)笛卡爾坐標(biāo)系文判，把x軸和y軸對調(diào)。

• 分面(facet)
  分組和分面都用于對數(shù)據(jù)分組疚宇，便于觀察各自的規(guī)律亡鼠、趨勢和模式间涵，不同的是勾哩，分組是把圖形繪制到一個大的圖形中举哟，通過美學(xué)特征來區(qū)分，而刻面是把圖形繪制到不同的網(wǎng)格中潜叛。 分組指的是在一個圖形中顯示兩組或多組觀察結(jié)果壶硅，為了理解數(shù)據(jù)，在一個圖中畫出兩個或更多組的觀察值通常是很有幫助的椒舵，在R中约谈，組通常用分類變量的水平（因子）來定義。 分面指的是在單獨(dú)措伐、并排的圖形上顯示觀察組军俊。 ggplot2包在定義組或面時使用因子缎岗。
  分面是在一個畫布上分布多幅圖形殿托，這一過程需要先把數(shù)據(jù)劃分為多個子集镰官， 然后把每個子集依次繪制到畫布的不同面板中。
  ggplot2提供兩種分面類型：網(wǎng)格型(facet_grid)和封面型(facet_wrap)狈网。
  網(wǎng)格刻面生成的是一個2維的面板網(wǎng)格, 面板的行與列通過變量來定義, 本質(zhì)是2維的;
  封裝刻面則先生成一個1維的面板條塊, 然后再分裝到2維中, 本質(zhì)是1維的。

• 主題(theme)
  主題（Theme）用于控制圖形中的非數(shù)據(jù)元素外觀勇垛，不會影響幾何對象和標(biāo)度等數(shù)據(jù)元素士鸥，主題主要是對標(biāo)題、坐標(biāo)軸標(biāo)簽讼积、圖例標(biāo)簽等文字調(diào)整脚仔， 以及網(wǎng)格線、背景、軸須的顏色搭配亿蒸。
  ggplot圖形的主題（theme）元素主要分為5大類：圖形（plot）、面板（panel）姑食、坐標(biāo)軸（axis）茅坛、圖例（Legend）和帶形（Strip），通過theme()函數(shù)來統(tǒng)一控制圖形的美學(xué)和文本特征曹鸠，可以用于調(diào)整字體斥铺，背景色，前景色和網(wǎng)格線等邻眷。

  theme(plot.title = element_text(hjust = 0.5))    #讓標(biāo)題居中
  

知乎看到一個人的回答剔交，比較好看的主題，備用：

作者：張光耀
鏈接：https://www.zhihu.com/question/323135094/answer/674152062
來源：知乎
著作權(quán)歸作者所有驯镊。商業(yè)轉(zhuǎn)載請聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請注明出處候衍。

library(tidyverse)
library(ggthemes)
library(jtools)
library(interactions)

ToothGrowth$dose = factor(ToothGrowth$dose)
Model = lm(data = ToothGrowth, len~supp*dose)
p = interactions::cat_plot(Model, pred = dose, modx = supp, geom = 'line');p
p + ggthemes::theme_calc() # 谷歌辦公軟件套裝
p + ggthemes::theme_economist() # 經(jīng)濟(jì)學(xué)人雜志
p + ggthemes::theme_few() # 素顏
p + ggthemes::theme_solarized() # 曝光
p + ggthemes::theme_solarized_2() # 曝光2
p + ggthemes::theme_stata() # stata
p + ggthemes::theme_wsj() # 華爾街日報(bào)
p + jtools::theme_apa() # APA模板

對于面板的網(wǎng)格線洒放，分為主線（panel.grid.major）和 次線（panel.grid.minor ）,用戶可以根據(jù)繪制圖形的需要，顯示或隱藏妖异。
關(guān)于主題的詳細(xì)用法领追，請查看官方文檔：Modify components of a theme 和 Theme elements。
Theme()中每一個參數(shù)的賦值棕孙，可以通過元素函數(shù)來實(shí)現(xiàn)些膨，margin()函數(shù)用于指定元素的邊界，element_xxx用于控制矩形肢预，線條和文本的填充（fill）洼哎、顏色，size锭沟、形狀等识补。

這些組件之間是通過“+”， 以圖層(layer)的方式來粘合構(gòu)圖的瞧筛，可以這樣理解ggplot2中的圖層：每個圖層可以代表一個圖形組件， 這些圖形組件以圖層的方式疊加在一起構(gòu)成一個繪圖的整體较幌，在每個圖層中的圖形組件又可以分別設(shè)定數(shù)據(jù)白翻、映射或其他相關(guān)參數(shù)绢片，因此組件之間又是具有相對獨(dú)立性的底循。

常用的圖形參數(shù)是：

• color：對點(diǎn)槐瑞、線和填充區(qū)域的邊界進(jìn)行著色
• fill：對填充區(qū)域著色
• alpha：演示的透明度，從透明（0）到不透明（1）
• linetype：圖案的線條（1=實(shí)線祠挫、2=虛線悼沿、3=點(diǎn)、4=點(diǎn)破折號慌植、5=長破折號义郑、6=雙破折號）
• size：點(diǎn)的尺寸和線的寬度
• shape：點(diǎn)的形狀（和par()函數(shù)的pch參數(shù)相同）

shape點(diǎn)的形狀

• position：繪制條形圖和點(diǎn)等對象的位置
• binwidth：分箱的寬度
• notch：表示方塊圖是否應(yīng)該有缺口
• sides：地毯圖的位置（"b"=底部、"l"=左部、"r"=右部著恩、"bl"=左下部，等)
• width：箱線圖的寬度
  
  幾何函數(shù)的常見選項(xiàng)
  
  
  image.png
  
  
  image.png

繪圖流程

ggplot(data, aes(x = , y = )) + # 基礎(chǔ)圖層邀摆，不出現(xiàn)任何圖形元素
geom_xxx()|stat_xxx() + # 幾何圖層或統(tǒng)計(jì)變換栋盹，出現(xiàn)圖形元素
coord_xxx() + # 坐標(biāo)變換敷矫，默認(rèn)笛卡爾坐標(biāo)系
scale_xxx() + # 標(biāo)度調(diào)整，調(diào)整具體的標(biāo)度
facet_xxx() + # 分面榨汤，將其中一個變量進(jìn)行分面變換
guides() + # 圖例調(diào)整
theme() # 主題系統(tǒng)

共性映射與個性映射

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

ggplot()內(nèi)有data怎茫、mapping兩個參數(shù)妓灌。具有全局優(yōu)先級蜜宪，可以被之后的所有g(shù)eom_xxx對象或stat_xxx()所繼承(前提是geom或stat未指定相關(guān)參數(shù))。
而geom_xxx()或stat_xxx()內(nèi)的參數(shù)屬于局部參數(shù)掉伏，僅僅作用于內(nèi)部损谦。
為了避免混亂，通常將共性映射的參數(shù)指定在ggplot(aes())aes內(nèi)部颅湘，將個性映射的參數(shù)指定在geom_xxx(aes())或stat_xxx(aes())內(nèi)部

ggplot()

ggplot() 用于構(gòu)造初始的plot對象栗精。主用用來聲明畫圖需要用到的數(shù)據(jù)框，同時聲明圖形屬性的美學(xué)映射（包括坐標(biāo)軸的映射悲立，x軸是什么，y軸是什么脚草，以及其他一些美學(xué)參數(shù)等）原献。
函數(shù)ggplot()可以設(shè)置圖形，但是沒有視覺輸出写隶，需要使用一個或多個幾何函數(shù)向圖形中添加幾何對象（geometric讲仰，簡寫為geom），包括點(diǎn)（point）鄙陡、線（line）、條（bar）等毒费，而添加幾何圖形的格式十分簡單愈魏，通過符號“+”把幾何圖形添加到plot中想际。

語句：
ggplot(data = NULL, mapping = aes(), ..., environment = parent.frame())

解釋：

• data：數(shù)據(jù)框?qū)ο蠛尽ＤJ(rèn)的用來畫圖的數(shù)據(jù)集畸悬。需要是data.frame格式的數(shù)據(jù)。如果不是披粟，需要通過fortify()將其轉(zhuǎn)換為data.frame冷冗。如果這里沒有指定，則需要在之后繪圖的每一個圖層都指定拇泛。

• mapping：用于繪圖的默認(rèn)美學(xué)映射思灌。如果這里沒有指定，則需要在之后繪圖的每一個圖層都指定熄守。由aes()函數(shù)來設(shè)置映射耗跛，aes()函數(shù)的功能是指定每個變量扮演的角色（aes代表aesthetics，即如何用視覺美學(xué)形式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)信息）课兄。除x和y之外晨继，還有其他美學(xué)參數(shù)，例如蜒茄，size餐屎、color、shape等屿聋，這些參數(shù)必須采用name=value的形式空扎。aes參數(shù)用來指定要映射的變量,可以是多個變量转锈。
  具體可以參見下圖和此鏈接楚殿。
  

  映射mapping
  
  …：其他參數(shù)。目前還不能使用砌溺。
  environment：目前已被棄用变隔。

  調(diào)用方法有三種：

  1. ggplot(df, aes(x, y, other aesthetics))
  2. ggplot(df)
  3. ggplot()
     如果所有層使用相同的數(shù)據(jù)和相同的美學(xué)映射，推薦使用第一種方法楷力，盡管這種方法也可以使用來自另一個數(shù)據(jù)框的數(shù)據(jù)添加層。
     第二種方法指定了要用于繪圖的默認(rèn)數(shù)據(jù)框架萧朝，但是沒有預(yù)先定義美學(xué)映射夏哭。當(dāng)一個數(shù)據(jù)框主要用于添加層時，這是有用的何址，但美學(xué)映射可能因?qū)佣悺?br> 第三個方法初始化ggplot對象进胯，該對象在添加層時得到充實(shí)。當(dāng)使用多個數(shù)據(jù)框來生成不同的層時胁镐，這種方法非常有用，在復(fù)雜圖形中經(jīng)常如此颇玷。

ggplot2 繪制柱形圖就缆，也就是所謂的條形圖。

一般都需要用到整理好的數(shù)據(jù)（而不是原始數(shù)據(jù)）空郊。
如圖1所示，每1個x對應(yīng)一個y狞甚，這里可以把y理解為一個匯總后的數(shù)據(jù)，比如入愧，在A類型下，y的平均值為13怔蚌。

圖1

繪制條形圖（geom_bar）

繪制時旁赊，必須要聲明stat = 'xx'，否則語句無法閉合籍胯。
ggplot(data = df, mapping = aes(x = x, y = y)) + geom_bar(stat = 'identity')
對于條形圖的y軸就是數(shù)據(jù)框中原本的數(shù)值時离福，必須將geom_bar()函數(shù)中stat(統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)換)參數(shù)設(shè)置為'identity'，即對原始數(shù)據(jù)集不作任何統(tǒng)計(jì)變換蝶涩，而該參數(shù)的默認(rèn)值為'count'絮识，即觀測數(shù)量。
對于沒有整理的原始數(shù)據(jù)次舌，如下圖2

圖2

ggplot2畫圖注意要點(diǎn)：

aes到底是什么杭棵？為什么說任何與數(shù)據(jù)向量順序相關(guān)，需要逐個指定的參數(shù)都必須寫在aes里辰妙？什么時候color甫窟、shape、size粗井、fill寫外面，什么時候?qū)懤锩妫?br> aes實(shí)際上做的是將aes里的向量的順序逐個地繪制懒构。譬如以下代碼（轉(zhuǎn)自geom_point幫助文檔中的實(shí)例）：

p <- ggplot(mtcars, aes(wt, mpg)) #<---- code 1
p + geom_point(aes(colour = qsec)) #<---- code 2

結(jié)果是：

image.png

我們來分析一下ggplot2是怎么作圖的耘擂。首先，我們來看一下mtcars這個數(shù)據(jù)集長什么樣：

> 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

code 1: ggplot首先載入了這個mtcars的集合秩霍，然后指定給了mpg作為其x坐標(biāo)位置，wt為y坐標(biāo)位置鸽照。
code 2: 指定了qsec作為其染色的標(biāo)準(zhǔn)（分組）颠悬，qsec為numeric變量，因此赔癌，應(yīng)該選擇連續(xù)型的標(biāo)尺，而不是分組染色届榄。然后開始繪制，讀取mtcarswt[1]班缰，確定位置，然后為其染成mtcars$qsec[1]顏色埠忘；再繪制第二點(diǎn)。名船。。
因此渠驼，aes里的美學(xué)特征其實(shí)就是按照向量順序指定每個位置的美學(xué)特征鉴腻，大家可以比較tapply函數(shù)的寫法。
好了蜓席，現(xiàn)在問題就來了。我想為所有點(diǎn)的顏色都染成綠色厨内，怎么辦？其實(shí)很簡單，如果不需要指定這么一個染色的順序癣亚，而選擇將整個圖層染成一種顏色，則只需要將color寫在aes外：

p + geom_point(color = "green") 

哦街州，怪不得寫在aes里染出來的顏色不是綠色，但為什么寫到里面就不可以了唆缴，為了寫到里面黍翎，然出來的是粉色？

image.png

好了趟紊，我們再來分析一下把color = "green"寫到了aes里碰酝，到底發(fā)生了什么。

p + geom_point(aes(colour = "green"))

首先送爸，數(shù)據(jù)的初始化跟上面那個例子是相同的。然后墨吓，因?yàn)閏olor放到了aes里纹磺，于是ggplot開始搜索mtcars里面的向量了，發(fā)現(xiàn)沒有叫"green"的蚓让，然后又找了global讥珍，也沒有。于是趟卸，ggplot就開始把它認(rèn)作了一個新的向量。等等锄列，有個問題，我要按照這個向量來分別染色竣况，而事實(shí)上筒严，這個向量長度為1，怎么辦鸭蛙？ggplot就先把他展開成了factor(rep("green",nrow(mtcars)),levels = unique("green"))，bingo晒哄！現(xiàn)在開始染色了肪获。啊第一個數(shù)據(jù)mtcarswt[1]贪磺，其顏色變量是"green",因子水平是1，染成默認(rèn)調(diào)色第一種劫映，哦刹前，就是這個蛋蛋的粉紅色；再染第二個喇喉，還是"green"，因子水平也是1千诬，染成蛋蛋的粉紅色膏斤；... 終于完成了，咦莫辨？怎么都是蛋蛋的粉紅色毅访。
通過舉了這個染色的例子大家應(yīng)該都弄懂了喻粹，aes到底在干什么了。其他的美學(xué)特征其實(shí)也是完全一致的守呜。只是需要解釋group=1的意思就是說不做分組來進(jìn)行繪圖捷犹。什么冕末？還是搞不清該放aes里面還是外面？那就記著想統(tǒng)一整個圖層時就放到aes外档桃，想分成不同組調(diào)整，并且已經(jīng)有一個與x蔑舞、y長度一致的分組變量了嘹屯，那就放到aes里。
這里我個人理解的意思是州弟，如果需要使用data（自己的數(shù)據(jù)）里面的參數(shù)，則需要寫在aes內(nèi)部拯杠，如果要統(tǒng)一整個圖層，就放在外面潭陪。

Rstudio 圖片保存

使用Rstudio畫圖最蕾，保存的時候，選擇.EPS格式瘟则，可以保存矢量圖，放大后依舊清晰拜隧。可以用AI打開并編輯洪添。但是如果圖片涉及到透明度信息，有透明度的圖層無法保存干奢，哭唧唧??。

參考文檔：
R繪圖 第一篇：ggplot2繪圖
美學(xué)參數(shù)設(shè)置
R語言 使用ggplot2進(jìn)行高級繪圖
R語言基礎(chǔ)--包的操作與內(nèi)置數(shù)據(jù)集
https://danzhuibing.github.io/R_ggplot2.html
手把手教你使用ggplot2繪制條形圖
ggplot2-為折線圖和條形圖添加誤差線
ggplot2作分組箱線圖并添加均值點(diǎn)連線及顯著性程度
R_ggplot2基礎(chǔ)（一）
黃寶臣知乎回答