第十章 可视化
10.1 三种绘图系统
base 图形是最古老的系统，在 R 的存在初期它就已经存在了。base 图形很容易上手，不过它们需要大量的修改甚至一些魔 法咒语才能变得更完美，而且它很难扩展到新的图表类型中。
第二个图形系统 lattice 建立在grid系统之上，它为所有常见的图表类型提供了高级函数。grid 允许你在绘图时涉及系统底层，可以具体指定在哪里画每个点、线或矩形。但当我们想画散点图时，没有人想每次都花大量的时间写几百行代码来实现。
第三个图形系统是 ggplot2 系统。
10.2 三种方式绘制散点图
10.2.1第一种方法：base绘图法
base 中用于绘制散点图的函数就是简单的 plot。由于plot 出现得早 ，所以我们必须把它包括在 with 的函数调用中来访问列
with(数据框, plot(x轴数据, y轴数据))
10.2.2第二种方法：lattice图形系统
lattice 版本的 plot 是 xyplot。它使用了一个公式接口来指定 x 和 y 坐标变量。公式接口使按区域拆分数据变得很容易。我们只需要：追加一个 | 号（这是一个“管 道”字符；与用于逻辑的“或”相同）和我们希望拆分的变量
xyplot（和其他 lattice 函数）还需要一个 data 参数，此参数将告诉它从哪个数据框中寻找变量。
library(lattice) xyplot( y轴数据~ x轴数据, 数据框)
10.2.3第三种方法：ggplot2图形系统
ggplot2 本质上是“语法的” ，这意味着它由众多小的组件构成，因此它更容易创建全新的绘图类型
10.3绘制基础图形
| 图形 | 参数 |
|---|---|
| hist(直方图) | x 数值向量 breaks 分段区间，取值一个向量（各区间端点）或者一个数字（拆分为多少段），或者一个字符串（计算划分区间的算法名称），或者一个函数（划分区间个数的方法） freq 是否以频数作图，默认TRUE，画出频数直方图，取值FALSE时画频率直方图 |
| barplot(条形图) | height 数值，数据结构必须是向量或者矩阵 beside 默认值为FALSE，每一列都将给出堆砌的“子条”高度，若 beside=TRUE，则每一列都表示一个分组并列 horiz 逻辑值，默认为FALSE，改成TRUE图形变为横向条形图 |
| pie(饼图) | x 非负的数值向量，x中的值表示饼图切片的区域 labels 标签，一个或多个给切片命名的表达式或者字符串 radius 半径，取值从-1到1，其中数字表示饼图的半径大小，负数表示从180°开始绘制饼图，正数表示从0°开始绘制饼图 |
| fan.plot(扇形图) | X 非负数值向量，表示每个扇形的面积 labels 各扇形标签的字符型向量 |
| boxplot(箱线图) | x 数值向量，依次作出箱线图 formula 公式，形式如y ~ grp，其中y是数据集中的数值型向量并且根据grp来划分y的类别，grp通常是因子型数据 data 提供formula数据的数据框 range 一个延伸倍数，箱线图延伸到离箱子两端range *IQR，超过这个范围的数据点就被视作离群点，在图中直接以点的形式表示出来 width 箱子的宽度 varwidth 箱子的宽度与样本量的平方根是否成比例，默认FALSE，不成比例，若为TRUE则成比例 notch 设置图形是否带刻槽，默认为FALSE，如果改为TRUE则绘制矩阵样本x的带刻槽的凹盒图 horizontal 改变图形的方向，默认为FALSE，垂直画图；TURE为水平画图 add 是否将箱线图添加到现有图形上，默认为FALSE |
| plot(根据作图对象而异，最简单的是散点图) | x，y 接收类似向量类型的一维数据。表示x轴和y轴对应的数据。无默认。 |
| pairs(散点图矩阵) | x 数值型的矩阵或者数据框，作为散点的坐标。逻辑型和因子型会自动转换为数值型数据 formula 公式，形式如~ x + y + z，其中x、y、z是数据框的列名，作为散点矩阵图的坐标，其对应的列必须是数值型数据， data 提供formula数据的数据框 labels 变量的名称 panel 面板数据的展示方式，默认为points（散点） subset 一个可选的向量，指定用于绘制图形的数据子集 na.action 对缺失值的处理方式，默认为跳过缺失值 |
| corrgram(相关图) | x 每行作为一个观测值的数据框或者相关系数矩阵 order 变量排序，默认FALSE，相关矩阵按数据框名对变量排序，当order为TRUE时，相关矩阵将使用主成分分析法对变量重排序，这将使得二元变量的关系模式更为明显 lower.panel 主对角线下方的元素类型，取值panel.pie，用饼图的填充比例来表示相关性大小，panel.shade用阴影的深度来表示相关性大小，panel.ellipse 绘制置信椭圆和平滑拟合曲线，panel.pts绘制散点图，panel.conf绘制置信区间，panel.cor绘制相关系数 upper.panel 主对角线上方的元素类型，取值同上 text.panel 取值panel.txt输出的变量名字 diag.panel 控制着主对角线元素类型panel.minmax输出变量的最大最小值 |
| sm.density.compare(核密度图) | x 数值向量 Group 分组向量，是因子型数据 |
| stars(星状图) | x 一个多维数据矩阵或数据框，每一行数据将生成一个星形 full 逻辑值，决定了是否使用整圆（或半圆），默认为TRUE scale 是否将数据标准化到区间[0, 1]内，默认为TRUE radius 是否画出半径，默认为TRUE labels 每个个体的名称，默认为数据的行名 locations 以一个两列的矩形给出每个星形的放置位置，默认放在一个规则的矩形网格上，若提供给该参数一个长度为2的向量，那么所有的星形都将被放在该坐标上，从而形成蛛网图或雷达图 flip.labels 每个星形底部的名称是否互相上下错位，以免名称太长导致文本之间互相重叠 draw.segments 是否作线段图，即：每个变量以一个扇形表示,默认FALSE col.segments 每个扇形区域的颜色（当draw.segments为FALSE时无效） col.stars 设定每个星形的颜色（当draw.segments为时无效） frame.plot 是否画整个图形的边框 |
| contour(等高图) | x、y 数值向量，组合成网格 z 数值向量，网格上的高度数值 levels 一系列等高线的z值，只有这些值或者这些值附近的点才会被连起来 labels 等高线上的标记字符串，默认是高度的数值 method 设定等高线的画法，有三种取值：‘simple’（在等高线的末端加标签、标签与等高线重叠），‘edge’（在等高线的末端加标签、标签嵌在等高线内），‘flattest’（在等高线最平缓的地方加标签、嵌在等高线内） |
10.4修改图形参数
通过par()修改图形参数
调用格式：
par(optionname=value,optionname=name,…)
不带参数时，将生成一个含当前图形参数设置的列表
令参数no.readonly=TRUE，可以生成一个可修改的当前图形参 数列表。
以这种方式设定的参数值除非被再次修改，否则将会在会话结 束前一直有效
10.4.1颜色函数
R语言提供了自带的固定种类的颜色，主要涉及的是colors函数，该函数可以生成657中颜色名称，代表657种颜色
colors()
10.4.2修改颜色
RColorBrewer包提供了3套配色方案，分别为连续型，极端型以及离散型。
连续型（Sequential）指生成一系列连续渐变的颜色，通常用来标记连续型数值的大小。共18组颜色，每组分为9个渐变颜色展示。
| 函数名称 | 生成原理 | 使用格式 |
|---|---|---|
| rgb | RGB模型(红绿蓝混合） | rgb(red,green,blue,alpha,names=NULL,max=1) |
| rainbow | 彩虹色(赤橙黄绿青蓝紫) | rainbow(n,s=1,v=1,start=0,end=max(1,n-1)/n,gamma=1) |
| heat.coclor | 高温、白热化(红黄白) | 同rainbow函数 |
| terrain.colors | 地理地形(绿黄棕白） | 同rainbow函数 |
| topo.colors | 蓝青黄棕 | 同rainbow函数 |
| cm.colors | 青白粉红 | 同rainbow函数 |
| brewer.pal | RColorBrewer包提供的3套配色方案 | col=brewer.pal(n,"颜色组* ")) 颜色组*：3类配色方案的颜色组名称 |
极端型（Diverging）指生成用深色强调两端、浅色标示中部的系列颜色、可用来标记数据中的利群点。共9组颜色，每组分为11个渐变颜色展示。
离散型（Qualitative）指生成一系列彼此差异比较明显的颜色，通常用来标记分类数据。共8组颜色，每组渐变颜色数不同。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| col | 默认的绘图颜色 |
| col.axis | 坐标轴刻度文字的颜色 |
| col.lab | 坐标轴标签的颜色 |
| col.main | 标题的颜色 |
| col.sub | 副标题的颜色 |
| fg | 图形的前景色 |
| bg | 图形的背景色 |
10.4.3修改点符号和线条
10.4.3.1点样式参数
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| pch | 点的样式，取整数0-25或字符"*","、", "."," o"," O", "0", "+", "-", "|" 等 |
| cex | 点的大小，1（默认）表示不缩放，小于1表示缩放，大于1表示放大 |
| col | 点边框填充的颜色 |
| bg | 点内部填充的颜色，仅限21-25样式的点 |
| font | 字体设置，1（默认）为正常字体，2表示粗体，3表示斜体，4表示粗斜体 |
| lwd | 点边框的宽度，1（默认）表示正常宽度，小于1表示缩放，大于1表示放大 |
10.4.3.2线条样式
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| lty | 线条样式，0表示不画线，1表示实线，2表示虚线，3表示点线。 |
| lwd | 线条粗细，1（默认）表示正常宽度，小于1表示缩放，大于1表示放大 |
R语言也提供了绘制不同类别的线条的多种函数
| 函数 | 说明 | 使用格式 |
|---|---|---|
| lines | 在画布中添加曲线，可以设置的参数包括：线条样式（lty）、颜色（col）、粗细（lwd）等 | lines(x, lty = , lwd = ,...) |
| abline | 在画布中添加参考线，可以设置的参数包括：直线的截距（a）、直线的斜率（b）、水平线的纵轴值（h）、垂直线的横轴值（v）等 | abline(a = NULL, b = NULL, h = NULL, v = NULL, reg = NULL, lty = , lwd = ,...) |
| segments | 两点之间绘制线段，绘制对象是两端点的坐标 | segments(x0, y0, x1, y1, lty = , lwd = ,…) |
| arrows | 在线段端点加上箭头，箭头与线段之间的夹角（angle）可调 | arrows(x0, y0, x1, y1, angle = , lty = , lwd = ,…) |
| grid | 在绘图的基础上添加网格线，其中ny用户设置水平网格的数目，nx用于设置垂直网格的数据。equilogs是当坐标取了对数之后，是否仍使用等距的网格线 | grid(nx = NULL, ny = nx, col =, lty =, lwd =, equilogs = TRUE) |
| rug | x为坐标轴须的位置；ticksize为坐标轴须的长度；side为坐标轴须的位置，默认值1为x轴，取值2时为y轴 | rug(x, ticksize =, side =, col =, lty =, lwd =, ...) |
10.4.4修改文本属性
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| cex | 字体大小，1（默认）表示不缩放，小于1表示缩放，大于1表示放大 |
| cex.axis | 坐标轴刻度文字的缩放倍数 |
| cex.lab | 坐标轴标签的缩放倍数 |
| cex.main | 标题的缩放倍数 |
| cex.sub | 副标题的缩放倍数 |
| col | 字体颜色，选项为颜色名称，整数或十六位制数 |
| font | 字体样式，1（默认）为正常字体，2表示粗体，3表示斜体，4表示粗斜体 |
| font.axis | 坐标轴刻度文字的字体样式 |
| font.lab | 坐标轴标签的字体样式 |
| font.main | 标题的字体样式 |
| font.sub | 副标题的字体样式 |
| ps | 字体的磅值， 文本的的最终大小为ps*cex |
| family | 绘制文本使用的字体族，标准取值为serif(衬线),sans(无衬线),mono(等宽) |
| 函数 | 说明 | 使用格式 |
|---|---|---|
| title | 添加标题元素，其中main是主标题，sub是副标题，xlab是x轴标题，ylab是y轴标题，选项都是一个列表list(text, font=, col=, cex=,…)或者简单的text，text是文本内容 | title(main = NULL, sub = NULL, xlab = NULL, ylab = NULL, line = NA, outer = FALSE,...) |
| text | 在图形中任意位置添加文本，其中x, y 确定标签位置，labels是文本内容 | text(x, y = NULL, labels = seq_along(x), cex = 1, col = NULL, font = NULL,...) |
| mtext | 在图形的四条边上添加文本，其中text与labels一样指文字的内容，side取值为整数1~4分别把周边文本作在表示图形的下、左、上、右边。line设置一个距离图形边缘的行数 | mtext(text, side = 3, line=0, cex = NA, col = NA, font = NA, ...) |
10.4.5设置坐标轴
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| axes | 逻辑参数，如果axes=TRUE（默认），则显示坐标轴，如果axes=FALSE，则隐藏坐标轴。 |
| xaxt/yaxt | 坐标轴样式，默认值”s”，表示x /y轴以标准样式显示，取值”n”表示隐藏x /y轴 |
| xaxs/yaxs | 坐标轴计算方式，默认值”r”表示把原始数据的范围向外扩大4%，作为x /y轴范围，取值”l”表示x /y轴范围为原始数据范围 |
| xlim/ylim | 坐标轴范围，设置为c(from,to) , from是x /y轴的首坐标,to是尾坐标 |
| xlab/ylab | 设置坐标轴标签 |
| main | 标题 |
| sub | 副标题 |
axis函数来创建自定义的坐标轴，可以使用title()函数为图形添加标题和坐标轴标签：
| 参数名称 | 参数解释 |
|---|---|
| side | 坐标轴所在的边，1,2,3,4分别表示下，左，上，右 |
| at | 通过向量来设置坐标轴内各刻度标记的位置，at参数要与labels向量一一对应 |
| labels | 一个向量字符，表示坐标轴各刻度的名称（刻度标记），labels参数要与at向量一一对应 |
| font.axis | 刻度标记的字体，1（默认）为正常字体，2表示粗体，3表示斜体，4表示粗斜体。 |
| cex.axis | 刻度标记的大小，1（默认）表示正常大小，小于1表示缩放，大于1表示放大 |
| col.axis | 刻度标记的颜色，对应颜色名称即可 |
| tick | 设置是否画出坐标轴，为TRUE（默认）时，表示画出坐标轴，为FALSE时则不画出，此时并不影响刻度标记labels的展示 |
| lty | 坐标轴的样式，tick=TRUE时有效，0表示不画线，1表示实线，2表示虚线，3表示点线 |
| lwd | 坐标轴的宽度，tick=TRUE时有效，1(默认)表示正常宽度，小于1表示缩放，大于1表示放大 |
| col | 坐标轴的颜色。tick=TRUE时有效，令col等于对应颜色名称即可 |
| col.ticks | 坐标轴刻度线的颜色，令col.ticks等于对应颜色名称即可。 注意： col.ticks是指与坐标轴垂直的小刻度线的颜色。col表示设置了除刻度标记（labels）以外的部分颜色，包括col.ticks |
| pos | 坐标轴线绘制位置的坐标，与另一条坐标轴相交位置的值 |
| las | 标签是否平行于坐标轴，参数为0时平行于坐标轴，为2时垂直于坐标轴 |
| tck | 刻度线的长度，以相对于绘图区域大小的分数表示，负值表示在图形外侧，正值表示在图形内侧，0表示禁用刻度，1表示绘制网格线，默认值为-0.01 |
10.4.6图形尺寸与边界尺寸
控制图形尺寸和边界大小的参数
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| pin | 以英寸表示的图形尺寸（宽和高） |
| mai | 以数值向量表示的边界大小，顺序为“下、左、上、右”，单位为英寸 |
| mar | 以数值向量表示的边界大小，顺序为“下、左、上、右”，单位为英分*。默认值为c(5, 4, 4, 2) + 0.1 |
10.4.7添加图例
| 参数名称 | 参数解释 |
|---|---|
| x, y | 设置图例的位置（默认左上角位置），除使用x和y参数外，也可以使用字符"bottomright", "bottom", "bottomleft", "left", "topleft", "top", "topright", "right", "center" |
| legend | 一个字符向量，表示图例中的文字 |
| horiz | 图例的排列方式，为FALSE（默认）时，图例垂直排列，为TRUE时，图例水平排列 |
| ncol | 图例的列数目，当horiz=TRUE时，该项无意义 |
| pch | 图例中点的样式，可取0-25，其中0-14为空心点，15-25为实心点；也可以直接通过pch=”+”的方式定义点的样式。 |
| lty | 图例中线的样式，0表示不画线，1表示实线，2表示虚线，3表示点线 |
| col | 图例中点和线的颜色，令col等于对应颜色名称即可 |
| bg | 图例的背景颜色，令bg等于对应颜色名称即可。在bty参数为"n"时无效 |
| bty | 设置图例框的样式，取”o”（默认）时表示显示边框，取”n”时表示无边框 |
| xpd | 是否在作图区域外作图,默认FALSE，即不允许在作图区域外作图 |
| title | 设定图例的标题 |
10.4.8添加次刻度线
使用Hmisc包中的minor.tick()函数
10.4.9添加参考线
abline(h=yvalues,v=xvalues)
10.4.10文本标注
text()：向绘图区域内部添加文本
text(location,”text”,pos,…)
mtext()：向图形的四个边界之一添加文本
mtext(“text to place”,side,line=n,..)
除了用来添加文本标注之外，text()函数也通常用来标识图形中的点
10.5绘制组合图形
par函数有丰富的在线参考信息，可以设置大多数绘图的全局参数
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| mfrow/mfcol | 页面摆放，把一个页面平分成n份，表示行数和列数的二维向量，mfrow一行一行从左到右作图，mfcol一列一列从上到下作图 |
| mai/mar | 图形边距, mai（英寸边距）和mar（行边距）。四个边距的顺序是下、左、上、右 |
| mgp | 坐标轴位置，三维数值向量，依次为标题、刻度标签和刻度的位置 |
| oma | 外边界宽度；类似mar，默认为c(0, 0, 0, 0) |
与par函数均分画布不同，layout函数可以不均等的分隔页面
| 参数名称 | 参数解释 |
|---|---|
| mat | 矩阵，提供了作图的顺序以及图形版面的安排，矩阵中的元素为数字1到n，数字的顺序和图形方格的顺序是一样的，相同数字的部分合并成一个绘图区 |
| widths/heights | 提供了各个矩形作图区域的长和宽的比例 |
| respect | 逻辑值，表示各图形内的横纵轴刻度长度的比例尺是否一样 |
10.6保存图形
如果希望将当前画布的图形保存到指定路径，可以使用win.metafile函数，bmp函数，tiff函数，svg函数，postscript函数，png函数，jpeg函数等将接下来的图形绘制到指定文件，并用dev.off函数结束关联。可以使用pdf函数将图形保存为PDF文件格式。
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