R绘图 图形初阶

目录

要点: 创建、修改、保存、组合图形，及低水平画图命令。[R In Action Chapter3]

• 图形的创建和保存(高清渲染库Cairo)
• 自定义符号、线条、颜色和坐标轴
  • 图形参数设定的两种方式
  • 符号与线条
  • 颜色
  • 文本属性:字号、字体
  • 图形尺寸与边界尺寸：2类边界、6种边框type
• 标注文本和标题
  • 标题 title()
  • 坐标轴 axis()
  • 网格线 grid()
  • 参考线 abline()
  • 图例 legend()
  • 文本标注 text(),mtext(),plotmath: 标注公式、R^2、p值
• 组合多个图形
  • par()参数mfrow控制布局
  • layout()函数更精细排版：matrix, widths和heights
  • fig参数精细布局，自由嵌入图形： par(fig=c(), new=T)
  • 图形叠加： par(new=T), add=T

R基础绘图函数很繁琐，很强大，理论上能画出/组合出任何图形，是一个值得研究的R高级技能。

图形的创建和保存

除了pdf()，还可以使用函数win.metafile()、png()、jpeg()、bmp()、tiff()、xfig()和postscript()将图形保存为其他格式。（注意，Windows图元文件格式仅在Windows系统中可用。）

png函数技巧: 把height width和res增大同样比例试一试。发现图片正常，而且清晰度提高了。
png("type.png",width=600*3,height=3*600,res=72*3) #否则字体大小会变得很不协调

R语言的高质量图形渲染库Cairo

Cairo 库在win10下画图，导入AI乱码！ 优先使用 pdf(useDingbats=F)，图放到AI不变形，不乱码。

Cairo使用起来非常简单，和基础包grDevices中的函数对应：
	CairoPNG: 对应grDevices:png()
	CairoJPEG: 对应grDevices:jpeg()
	CairoTIFF: 对应grDevices:tiff()
	CairoSVG: 对应grDevices:svg()
	CairoPDF: 对应grDevices:pdf()
我常用的图形输出，就是pdf和png。

自定义符号、线条、颜色和坐标轴

1.图形参数设定的两种方式

(1)通过par()指定，除非被再次修改，该设定在session结束前一直有效。该语句可一次性定义好，或使用多次。

> par("mar") #[1] 5.1 4.1 4.1 2.1 用于查询当前"mar"参数的值。

> oldPar=par(no.readonly=T) #返回一个当前图形参数列表，可用于恢复设定: par(oldPar)

(2)通过高级绘图函数直接定义，仅对当前图形有效。

(3) 除了par函数，还有options()函数也是如此

2.函数par()中的参数可以分为三大类：

字体、颜色、线条、坐标轴、标题

(1)只能读取，不能进行设置。包括参数cin，cra，csi，cxy， din。

(2)只能通过函数par()进行设置。包括参数：

(3)剩下的参数除了函数par()外，还可以通过各种高级绘图函数进行设置，如函数plot，points，lines，abline，title，text，axis，image，box，contour，rect，arrows等。

> ?par #查看详细文档。或参考 R中设置图形参数--par()参数详解.html

符号和线条参数

cex: 缩放倍数，默认是1；

lwd: 线条宽度。

pch: 指定绘制时使用的符号(见图fig1)

Fig1 对于pch的21-25，还可以指定边界颜色(col=)和填充色(bg=).

lty: 指定线条类型(见图fig2)。Line types can either be specified as an integer (0=blank, 1=solid (default), 2=dashed, 3=dotted, 4=dotdash, 5=longdash, 6=twodash) or as one of the character strings "blank", "solid", "dashed", "dotted", "dotdash", "longdash", or "twodash", where "blank" uses ‘invisible lines’ (i.e., does not draw them).

Fig2 线条类型-6种lty

颜色

在R中，可以通过颜色下标、颜色名称、十六进制的颜色值、RGB值或HSV值来指定颜色。举例来说，col=1、col="white"、col="#FFFFFF"、col=rgb(1,1,1)和col=hsv(0,0,1)都是表示白色的等价方式。

函数rgb()可基于红—绿—蓝三色值生成颜色，而hsv()则基于色相—饱和度—亮度值来生成颜色。

颜色函数: 颜色格式互转、颜色生成

很好很强大的 R颜色列表.pdf。 All colors In R.html, produced by script getAllColors

颜色格式互转、生成颜色:

R自带配色方案

R自带很多套连续颜色集合，包括rainbow()、heat.colors()、terrain.colors()、topo.colors()以及cm.colors()

rainbow(10)可以生成10种连续的“彩虹型”颜色。多阶灰度色可使用gray()函数生成。这时要通过一个元素值为0和1之间的向量来指定各颜色的灰度。gray(0:10/10)将生成10阶灰度色。

colorRampPalette() 自定义颜色组

可以用颜色名称通过colorRampPalette函数产生自己的颜色系列。colorRampPalette的参数如下：

colorRamp(colors, bias = 1, space = c("rgb", "Lab"), interpolate = c("linear", "spline"))

colorRampPalette(colors, ...)

RColorBrewr颜色扩展包

RColorBrewr包提供了3套好看的配色方案。

（1）连续型seq类(sequential)，渐变，适用于从低到高排序明显的数据，浅色数字小，深色数字大。

（2）极端型div类(Diverging)，生成深色强调两端、浅色表示中部的颜色。适用于对极值和中间值比较注重的数据，可用来标注数据中的离群点。

（3）离散型qual类(Qualitative)，生成彼此差异明显的颜色，通常用来标记分类数据。

文本属性

用于指定字体族、字号和字样的参数

执行如下命令：

之后创建的所有图形都将拥有斜体、1.5倍于默认文本大小的坐标轴标签（名称），以及粗斜体、2倍于默认文本大小的标题。

在Mac下，请改用 quartzFonts()函数。

输出pdf、PostScript格式，则修改字体相对简单。

pdf则直接用如下函数找出系统可用字体，

PostScript格式输出，对应函数为 names(postscriptFonts())和postscript(file="myplot.ps", family="fontname")

图形尺寸与边界尺寸

*一英分等于十二分之一英寸。——译者注

两类边界：mar和oma

R plot中包含两类边界:margin和oma / also here，可以在画图前通过par()函数的参数分别设置。mar=设置margin，oma=设置outer margin area。参数都是4参数向量c(bottom, left, top, right)。比如 par(mar=c(4,0,0,0))表示仅底部留下4行空白，其他地方不留白。

也可以使用omi=和mai=来设定，不过单位是inches，不再是lines。

6种边框类型：bty=

bty(box type)6种字符:o" (the default), "l", "7", "c", "u", or "]"("n"是不显示边框)。可以用于plot()中，也可以用于box()中。

添加文本、自定义坐标轴和图例

注意

并非所有函数都支持这些选项。请参考帮助文档。

从更精细的控制和模块化的角度考虑，你可以使用本节余下部分描述的函数来控制标题、坐标轴、图例和文本标注的外观。

某些高级绘图函数已经包含了默认的标题和标签。你可以通过在plot()语句或单独的par()语句中添加ann=FALSE来移除它们。

标题 title()

坐标轴 axis()

创建自定义坐标轴时，要禁用高级绘图函数自动生成的坐标轴。

参数 axes=F将禁用全部坐标轴（包括坐标轴框架线，除非添加了参数 frame.plot=T）。

参数 xaxt="n"和yaxt="n"将分别禁用X和Y轴（会留下框架线，只是去除了刻度）。

除lines()和mtext()外上文都讨论过了。 lines()向现有图形添加线元素，比如在一幅图画两条或更多曲线。 mtext()用于在图形边界添加文本。

需求1: 怎么为y轴刻度值添加不同的颜色呢？

因为axis的col.axis参数不能向量化，所以只能多次使用axis分别标注不同颜色的刻度，或者使用mtext添加坐标轴刻度。

需求2：隐藏坐标轴刻度？col.ticks = "transparent"，设置轴(col)、刻度标签(col.axis)的颜色

次要刻度线

调整轴元素之间的距离：mgp=c()

mgp=c(2.5,1,0) #坐标轴各部件的位置。推荐 mgp=c(1.4,0.5,0) 比较紧凑。

第一个元素为坐标轴位置到坐标轴标签的距离，以文本行高为单位。

第二个元素为坐标轴位置到坐标刻度标签的距离。

第三个元素为坐标轴位置到实际画的坐标轴的距离，通常是0。

坐标轴标签倾斜: srt=45

或者屏蔽默认坐标轴(xaxt="n")，重绘一个满足自己要求的坐标轴。

对数坐标轴 log="xy"

参考文章(Philip Brennecke, NM2013 Fig 3)，以下R代码改写自其补充材料2。

网格线 grid()

更多例子点击查看: Plot grid in R

参考线 abline()

图例 legend()

其他图例参数，bty指定盒子样式，bg指定背景色，cex指定大小，text.col指定文本颜色。 horiz=T将会水平放置图例，默认是竖直放置。更多细节参考 help(legend)

legend() 设置间距(x和y方向)，不要小方块外边框

一幅图解决R语言绘制图例的各种问题

legend(x, y = NULL, legend, fill = NULL,col =, bty = "o",xjust = 0, yjust = 1, x.intersp = 1, y.intersp =1, adj = c(0, 0.5), text.width = NULL,xpd=TRUE)

Legend 定位

1. 如果图例绘在制图区外，必须提前保留绘制legend的空间。如par（mai=c（2,0.5,0.5,0.5）），图例绘制在下方，所以留2，其余3个方向为0.5。

2. 图例绘在制图区外，必须设置参数xpd=TRUE，否则命令正确也不会出图，因为默认xpd=F。

3. 图例位置由x，y决定。legend 默认坐标为左上角的坐标（因为设定xjust=0，yjust=1），因此可以通过xjust，yjust来调节。xjust=1，yjust=0，即为右下角坐标。

Legend布局

1. 如果图例数量太多，则设置多列（ncol=），如ncol=4，分为4列。

2. 如果图例不加边框，则设置bty=“n”，“o”为加边框。

3. 图标和文字的位置，可以通过x.intersp, y.intersp, adj,text.width等来调控。

x(y).intersp指图标和文字之间的绝对距离，adj指图标和文字的相对距离，text.width指图标和文字整体的宽度。

# 命令1:设置绘图参数mai=c(下，左，上，右) 的边界空间。
# 命令2:绘制柱状图。
# 命令3:选取绘图区域左下角和右上角的坐标。
# 命令4:正常绘图，设置xpd=T。xinch()、yinch()，分别表示沿x轴，y轴移动的距离，按绝对距离计算，或按坐标轴的数量级计算。fill=T，即显示图标（默认为矩形填充色）。fill=F的话可以设置pch，选择图标类型。
# 命令5:设置adj=0.6，adj越接近于0，图标与文字的相对距离越远。
# 此参数作用于文字，图标不动。
# 命令6:设置x.intersp=0.6，越接近于0，图标与文字的绝对距离越近。以一侧为标准，图标文字均移动。
# 命令7:设置text.width=1.4，表示图标和文字整体的宽度。当文字太长时可以调节此参数。
# 命令8:text.width与x.intersp结合使用，效果最好。
# 命令9:设置ncol=2，分为两列。

文本标注 text(), mtext()

text()可向绘图区域内部添加文本，而mtext()则向图形的四个边界之一添加文本。

text(location,"text to place",pos,...)

mtext("text to place",side,line=n,...)

其他选项：cex、col和font（分别用来调整字号、颜色和字体样式）。

text()常用来标示图形中的点，只需一系列x,y坐标值作为位置参数，同时以向量形式指定要放置的文本。

mtcars提供的32种车型的车重和每加仑汽油行驶英里数散点图。每个点右侧标注车辆型号。

数学标注 help(plotmath)

使用类似于TeX中的写法为图形添加数学符号和公示。细节和示例参考help(plotmath); demo(plotmath)。expression()中可以使用的数学表达式，比Latex少，但是比matlab多。

也可以用 plotmath() 函数为图形主体或边界上的标题、坐标轴名称或文本标注添加数学符号。

具体使用是利用text()语句中放入expression表达的数学公式。

其他标注公式的函数

公式可以使用 expression(), bquote(), substitute(), parse(text=) 等函数实现。

注: 下文说的“变量替换”，就是把变量名替换为的它的值。

(1)expression(), 见上文，不支持变量替换。

(2)bquote() 函数画公式(支持变量替换)。 除了.()子表达式的内容被它们的值替换外，其它表达式都被引用。

(3) substitute() 函数画公式(支持变量替换): 格式上类python: substitute( paste(nn, x^2), list(nn=labNames[1], x=100))

(4) parse(text=str1)/str2lang(str1)/str2expression(str1) 把字符串转换为公式：先拼接字符串（该步比较复杂），再用这几个函数任意一个转为公式，支持变量替换。

外链: R 语言 | 如何用【非科学计数法】在图中标记P值？(R /ggplot2)

图形的组合

在R中使用函数par()或layout()可以容易的组合多幅图。

par()参数的自动恢复on.exit()

oldPar=par(no.readonly=T) #返回一个当前图形参数列表，可用于恢复设定: par(oldPar)

par()参数mfrow控制布局

par()是使用图形参数 mfrow=c(nrows,ncols) 来创建按行填充的、行数为nrows、列为ncols的图形矩阵。mfcol=c(nrows,ncols)则按列填充。

高级绘图函数hist()包含一个默认的标题，可以使用main=""来禁用它，或ann=F禁用所有标题和标签

使用layout()函数更精细的排版: matrix, widths和heights

如果页面不均等分隔绘制多图，用layout函数分隔页面。它有四个参数，mat，widths，heights和respect。后三个参数有默认值，示例2我们只设置第一个参数mat。它是一个矩阵，表示绘图区分隔的各部分，相同数字的部分合并成一个绘图区，数字也是它们作图时的顺序。下面的矩阵mat有2行3列，我们看看它绘出的图形：

注意：mat参数的值必需从1-n顺序依次取值，不能有间隔。

layout()函数能轻松控制最终图形中子图数量和摆放方式，以及这些子图的相对大小。参考help(layout)。

fig参数精细布局，自由嵌入图形： par(fig=c(), new=T)

可以使用fig=c(x1,x2,y1,y2)的方式将若干图形以任意排布方式组合到单幅图中。

需要把画布理解成左下角为坐标(0,0)，右上角为(1,1)的一个坐标系。fig=c(x1,x2,y1,y2)来设置该参，x1,x2定位绘图区的x轴范围，y1,y2定位绘图区的y轴范围。使用new=TRUE参数来确认是否在原画布上继续画，还重新在一张新画布上开始画。

图形叠加： par(new=T), add=T

叠加hist和density图: 柱状图 + 密度图。左图 通过 par(new=T)来叠加图片。右图 通过次级作图函数叠加图片。

对于hist/curve等图，还可以使用 add=T 参数进行叠加。