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R语言绘图基础教程(新手入门推荐!)

R语言怎么绘图 R语言绘图函数 r语言画流程图 2022-11-13 19:11:21 387人浏览独家记忆

摘要

目录一、R语言绘图初阶1、图形参数2、符号和线条3、颜色4、文本属性5、图形尺寸与边界尺寸6、添加文本、自定义坐标轴和图例7、图形的组合二、R语言基本图形绘制1、条形图1.1 简单条

一、R语言绘图初阶

首先下载包，绘制一张图：

#install.packages(c("Hmisc", "RColorBrewer"))
#install.packages(c("vcd", "plotrix", "sm", "vioplot"))
library(ggplot2, lib.loc=""~/R/lib"")

#生存一个可以修改的当前图形参数列表
par(ask=TRUE)
opar <- par(no.readonly=TRUE)

#载入数据集
attach(mtcars) # mtcars是R中自带的数据集，包含多种汽车的数据
plot(wt, mpg)
abline(lm(mpg~wt)) #abline是画一条或多条直线，lm是线性模型
title("Regression of MPG on Weight")

#不用了一定要detach
detach(mtcars)

1、图形参数

字体、颜色、坐标轴、标签等通过**函数par()**来指定选项。以这种方式设定的参数值除非被再次修改，否则将在
会话结束前一直有效。其调用格式为：

par(optionname=value,optionname=name,...)

不加参数地执行par()将生成一个含有当前图形参数设置的列表。添加参数no.readonly=TRUE可以生成一个可以修改的当前图形参数列表

例如一个药品的例子：

# Input data for drug example
dose  <- c(20, 30, 40, 45, 60)
drugA <- c(16, 20, 27, 40, 60)
drugB <- c(15, 18, 25, 31, 40)
plot(dose, drugA, type="b")
opar <- par(no.readonly=TRUE) #很重要

2、符号和线条

对上面的例子，现修改一些参数：

par(lty=2, pch=17)            # change line type and symbol
plot(dose, drugA, type="b")   # generate a plot
par(opar)                     # restore the original settings，恢复原设置 

plot(dose, drugA, type="b", lty=3, lwd=3, pch=17, cex=2)

3、颜色

# choosing colors
library(RColorBrewer)
n <- 7
mycolors <- brewer.pal(n, "Set1")
barplot(rep(1,n), col=mycolors)

n <- 10
mycolors <- rainbow(n)
pie(rep(1, n), labels=mycolors, col=mycolors)

把饼图改成灰色：

mygrays <- gray(0:n/n)
pie(rep(1, n), labels=mygrays, col=mygrays)

4、文本属性

# View font families 
opar <- par(no.readonly=TRUE)
par(cex=1.5)
plot(1:7,1:7,type="n")
text(3,3,"Example of default text")
text(4,4,family="mono","Example of mono-spaced text")
text(5,5,family="serif","Example of serif text")
par(opar)

仍用上方药物例子：

par(lwd=2, cex=1.5)
par(cex.axis=.75, font.axis=3)
plot(dose, drugA, type="b", pch=19, lty=2, col="red")
plot(dose, drugB, type="b", pch=23, lty=6, col="blue", bg="green")
par(opar)

5、图形尺寸与边界尺寸

par(pin=c(2, 3))#图形大小

6、添加文本、自定义坐标轴和图例

可使用title()函数为图形添加标题和坐标轴标签，调用格式：

 title(main="maintitle", sub="subtitle", xlab="x-axis label", ylab="y-axis label")

plot(dose, drugA, type="b",  
     col="red", lty=2, pch=2, lwd=2,
     main="Clinical Trials for Drug A", 
     sub="This is hypothetical data", 
     xlab="Dosage", ylab="Drug Response",
     xlim=c(18, 60), ylim=c(0, 70)) #x轴刻度大小

你可以使用函数axis()来创建自定义的坐标轴，而非使用R中的默认坐标轴，其格式为：

axis(side, at=, labels=, pos=, lty=, col=, las=, tck=, ...) #例子在下面

函数**abline()**可以用来为图形添加参考线，其使用格式为：

dose <- c(20, 30, 40, 45, 60)
drugA <- c(16, 20, 27, 40, 60)
drugB <- c(15, 18, 25, 31, 40)
opar <- par(no.readonly=TRUE)
par(lwd=2, cex=1.5, font.lab=2)
plot(dose, drugA, type="b",
     pch=15, lty=1, col="red", ylim=c(0, 60),
     main="Drug A vs. Drug B",
     xlab="Drug Dosage", ylab="Drug Response")
lines(dose, drugB, type="b",
      pch=17, lty=2, col="blue")
abline(h=c(30), lwd=1.5, lty=2, col="gray")
abline(h=yvalues,v=xvalues)

我们可以使用**函数legend()**来添加图例，其使用格式为：

legend(location,title, legend, ...)

也可以这样理解：先绘制drugA的图，在这基础上加一天B的线，接下来添加图例：

library(Hmisc)
minor.tick(nx=3, ny=3, tick.ratio=0.005) #自己加一些小的刻度线
legend("topleft", inset=.005, title="Drug Type", c("A","B"),
       lty=c(1, 2), pch=c(15, 17), col=c("red", "blue"))
par(opar)

函数text()和mtext()将文本添加到图形上。 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，使用格式分别为：

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

x <- c(1:10)
y <- x
z <- 10/x
opar <- par(no.readonly=TRUE)  # make a copy of current settings
par(mar=c(5, 4, 4, 8) + 0.1)
plot(x, y, type="b",
     pch=21, col="red",
     yaxt="n",lty=3, ann=FALSE)
     #yaxt指y轴类型，“n”指阻止y轴画出，ann指注释，此处为了下方自己添加，所以都去掉了
lines(x, z, type="b", pch=22, col="blue", lty=2)
axis(2, at=x, labels=x, col.axis="red", las=2) #坐标轴另一种加法
axis(4, at=z, labels=round(z, digits=2),
     col.axis="blue", las=2, cex.axis=0.7, tck=-.01)
mtext("y=1/x", side=4, line=3, cex.lab=1, las=2, col="blue")
title("An Example of Creative Axes",
      xlab="X values",
      ylab="Y=X")
par(opar)

又如：

attach(mtcars)
plot(wt, mpg,
     main="Mileage vs. Car Weight",
     xlab="Weight", ylab="Mileage",
     pch=18, col="blue")
text(wt, mpg,
     row.names(mtcars),
     cex=0.6, pos=4, col="red")
detach(mtcars)

7、图形的组合

par()函数中使用图形参数 mfrow=c(nrows, ncols) 来创建按行填充的、行数为nrows、列数为ncols的图形矩阵。另外，可以使用 mfcol=c(nrows, ncols) 按列填充矩阵

可以自己选择布局大小：

attach(mtcars)
opar <- par(no.readonly=TRUE)
par(mfrow=c(2,2))
plot(wt,mpg, main="Scatterplot of wt vs. mpg")
plot(wt,disp, main="Scatterplot of wt vs. disp")
hist(wt, main="Histogram of wt")
boxplot(wt, main="Boxplot of wt")
par(opar)
detach(mtcars)

也可以尝试下三行一列：

attach(mtcars)
opar <- par(no.readonly=TRUE)
par(mfrow=c(3,1))
hist(wt)
hist(mpg)
hist(disp)
par(opar)
detach(mtcars)

填充矩阵：

attach(mtcars)
layout(matrix(c(1,1,2,3), 2, 2, byrow = TRUE))
hist(wt)
hist(mpg)
hist(disp)
detach(mtcars)

attach(mtcars)
layout(matrix(c(1, 1, 2, 3), 2, 2, byrow = TRUE),
       widths=c(3, 1), heights=c(1, 2))
hist(wt)
hist(mpg)
hist(disp)
detach(mtcars)

还可以这样布局：

opar <- par(no.readonly=TRUE)
par(fig=c(0, 0.8, 0, 0.8))
plot(mtcars$wt, mtcars$mpg,
     xlab="Miles Per Gallon",
     ylab="Car Weight")
par(fig=c(0, 0.8, 0.55, 1), new=TRUE)
boxplot(mtcars$wt, horizontal=TRUE, axes=FALSE)
par(fig=c(0.65, 1, 0, 0.8), new=TRUE)
boxplot(mtcars$mpg, axes=FALSE)
mtext("Enhanced Scatterplot", side=3, outer=TRUE, line=-3)
par(opar)

二、R语言基本图形绘制

1、条形图

1.1 简单条形图

若height是一个向量，则它的值就确定了各条形的高度，并将绘制一幅垂直的条形图。使用选项horiz=TRUE则会生成一幅水平条形图。你也可以添加标注选项。选项main可添加一个图形标题，而选项xlab和ylab则会分别添加x轴和y轴标签

par(ask=TRUE)
opar <- par(no.readonly=TRUE) # save original parameter settings

library(vcd)
counts <- table(Arthritis$Improved) #自带的
counts

#大致查看一下数据前几行
head(Arthritis)

barplot(counts, 
        main="Simple Bar Plot",
        xlab="Improvement", ylab="Frequency")

# 水平条形图   
barplot(counts, 
        main="Horizontal Bar Plot", 
        xlab="Frequency", ylab="Improvement", 
        horiz=TRUE)

1.2 堆砌条形图和分组条形图

如果height是一个矩阵而不是一个向量，则绘图结果将是一幅堆砌条形图或分组条形图。若beside=FALSE（默认值），则矩阵中的每一列都将生成图中的一个条形，各列中的值将给出堆砌的“子条”的高度。若beside=TRUE，则矩阵中的每一列都表示一个分组，各列中的值将并列而不是堆砌

堆砌条形图

library(vcd)
counts <- table(Arthritis$Improved, Arthritis$Treatment)
counts

barplot(counts, 
        main="Stacked Bar Plot",
        xlab="Treatment", ylab="Frequency", 
        col=c("red", "yellow","green"),  
        legend=rownames(counts)) 
        
#调整下图例大小：如果图例过大遮住图形，可以设置一下电脑的显示比例，调小

分组条形图

barplot(counts, 
        main="Grouped Bar Plot", 
        xlab="Treatment", ylab="Frequency",
        col=c("red", "yellow", "green"),
        legend=rownames(counts), beside=TRUE)

1.3 均值条形图

条形图并不一定要基于计数数据或频率数据。你可以使用数据整合函数并将结果传递给barplot()函数，来创建表示均值、中位数、标准差等的条形图

states <- data.frame(state.region, state.x77) #本身有的数据集
means <- aggregate(states$Illiteracy, by=list(state.region), FUN=mean)
means

means <- means[order(means$x),]  
means

barplot(means$x, names.arg=means$Group.1) 
title("Mean Illiteracy Rate")

1.4 条形图的微调

有若干种方式可以微调条形图的外观。例如，随着条数的增多，条形的标签可能会开始重叠。你可以使用参数cex.names来减小字号。将其指定为小于1的值可以缩小标签的大小。可选的参数names.arg允许你指定一个字符向量作为条形的标签名，你同样可以使用图形参数辅助调整文本间隔

# Listing 6.4 - Fitting labels in bar plots
par(las=2)                # set label text perpendicular to the axis
par(mar=c(5,8,4,2))       # increase the y-axis margin
counts <- table(Arthritis$Improved) # get the data for the bars

# produce the graph
barplot(counts, 
        main="Treatment Outcome", horiz=TRUE, cex.names=0.8,
        names.arg=c("No Improvement", "Some Improvement", "Marked Improvement")
)
par(opar)

2、棘状图

是一种特殊的条形图，它称为棘状图（spinogram）。棘状图对堆砌条形图进行了重缩放，这样每个条形的高度均为1，每一段的高度即表示比例。棘状图可由vcd包中的函数 spine() 绘制

library(vcd)
attach(Arthritis)
counts <- table(Treatment,Improved)
spine(counts, main="Spinogram Example")
detach(Arthritis)

3、饼图

饼图可由以下函数创建： pie(x, labels)，其中x是一个非负数值向量，表示每个扇形的面积，而labels则是表示各扇形标签的字符型向量

par(mfrow=c(2,2)) #画布的位置                             
slices <- c(10, 12, 4, 16, 8) #对应下方5个国家位置
lbls <- c("US", "UK", "Australia", "Germany", "France")

pie(slices, labels = lbls, 
    main="Simple Pie Chart")

#更复杂一点
pct <- round(slices/sum(slices)*100)  #算百分比比例                    
lbls <- paste(lbls, pct) 
lbls <- paste(lbls,"%",sep="")
pie(slices,labels = lbls, col=rainbow(length(lbls)),
    main="Pie Chart with Percentages")

#画立体饼图
library(plotrix)                                               
pie3D(slices, labels=lbls,explode=0.1,
      main="3D Pie Chart ") #设置explode立体效果
      
mytable <- table(state.region)                                   
lbls <- paste(names(mytable), "\n", mytable, sep="")
pie(mytable, labels = lbls, 
    main="Pie Chart from a dataframe\n (with sample sizes)") 
par(opar)

在医学中，饼图与扇形图用的都不多

下面列出扇形图：

library(plotrix)
slices <- c(10, 12,4, 16, 8) 
lbls <- c("US", "UK", "Australia", "Germany", "France")   
fan.plot(slices, labels = lbls, main="Fan Plot")

4、直方图

直方图通过在x轴上将值域分割为一定数量的组，在y轴上显示相应值的频数，展示了连续型变量的分布。可以使用如下函数创建直方图： hist(x)

其中的x是一个由数据值组成的数值向量。参数 freq=FALSE 表示根据概率密度而不是频数绘制图形。参数breaks用于控制组的数量。在定义直方图中的单元时，默认将生成等距切分

hist(mtcars$mpg)

调整下间隔：

#频数分布直方图
hist(mtcars$mpg, 
     breaks=12, 
     col="red", 
     xlab="Miles Per Gallon", 
     main="Colored histogram with 12 bins")

#密度直方图，根据概率密度绘图
hist(mtcars$mpg, 
     freq=FALSE, 
     breaks=12, 
     col="red", 
     xlab="Miles Per Gallon", 
     main="Histogram, rug plot, density curve")  
rug(jitter(mtcars$mpg)) #添加对应的线
lines(density(mtcars$mpg), col="blue", lwd=2) #画一条曲线

我们往往希望加入正态分布曲线：

# histogram with superimposed nORMal curve (Thanks to Peter Dalgaard)  
x <- mtcars$mpg 
h<-hist(x, 
        breaks=12, 
        col="red", 
        xlab="Miles Per Gallon", 
        main="Histogram with normal curve and box") 
xfit<-seq(min(x),max(x),length=40) 
yfit<-dnorm(xfit,mean=mean(x),sd=sd(x)) 
yfit <- yfit*diff(h$mids[1:2])*length(x) 
lines(xfit, yfit, col="blue", lwd=2)
box()

5、核密度图

用术语来说，核密度估计是用于估计随机变量概率密度函数的一种非参数方法。虽然其数学细节已经超出了本书
的范畴，但从总体上讲，核密度图不失为一种用来观察连续型变量分布的有效方法。绘制密度图的方法（不叠加到另一幅图上方）为： plot(density(x))

其中的x是一个数值型向量。由于plot()函数会创建一幅新的图形，所以要向一幅已经存在的图形上叠加一条密度曲线，可以使用lines()函数
使用sm包中的sm.density.compare()函数可向图形叠加两组或更多的核密度图，使用格式为：

sm.density.compare(x, factor)

d <- density(mtcars$mpg) # returns the density data  
plot(d) # plots the results 

d <- density(mtcars$mpg)                                  
plot(d, main="Kernel Density of Miles Per Gallon")       
polyGon(d, col="red", border="blue") #填充颜色                     
rug(mtcars$mpg, col="brown")

par(lwd=2)                                                       
library(sm)
attach(mtcars)

# create value labels 
cyl.f <- factor(cyl, levels= c(4, 6, 8),                               
                labels = c("4 cylinder", "6 cylinder", "8 cylinder")) #设置一个因子与它的水平

# plot densities 
sm.density.compare(mpg, cyl, xlab="Miles Per Gallon")                
title(main="MPG Distribution by Car Cylinders")

#加图例
colfill<-c(2:(2+length(levels(cyl.f)))) 
cat("Use mouse to place legend...","\n\n")
legend(locator(1), levels(cyl.f), fill=colfill) 
detach(mtcars)

6、箱式图

箱线图（又称盒须图）通过绘制连续型变量的五数总括，即最小值、下四分位数（第25百分位数）、中位数（第50百分位数）、上四分位数（第75百分位数）以及最大值，描述了连续型变量的分布。箱线图能够显示出可能为离群点（范围±1.5*IQR以外的值， IQR表示四分位距，即上四分位数与下四分位数的差值）的观测，如：

boxplot(mtcars$mpg, main="Box plot", ylab="Miles per Gallon")

boxplot(mpg~cyl,data=mtcars,
        main="Car Milage Data", 
        xlab="Number of Cylinders", 
        ylab="Miles Per Gallon")

# notched box plots凹槽箱式图
boxplot(mpg~cyl,data=mtcars, 
        notch=TRUE, 
        varwidth=TRUE,
        col="red",
        main="Car Mileage Data", 
        xlab="Number of Cylinders", 
        ylab="Miles Per Gallon")

7、使用并列箱线图进行跨组比较

箱线图可展示单个变量或分组变量。使用格式：

 boxplot(formula,data=dataframe)

其中的formula是一个公式， dataframe代表提供数据的数据框（或列表）。一个示例公式为y ~A，这将为类别型变量A的每个值并列地生成数值型变量y的箱线图。公式y ~ A*B则将为类别型变量A和B所有水平的两两组合生成数值型变量y的箱线图

添加参数varwidth=TRUE 将使箱线图的宽度与其样本大小的平方根成正比。参数horizontal=TRUE可以反转坐标轴的方向
箱线图灵活多变，通过添加notch=TRUE，可以得到含凹槽的箱线图。若两个箱的凹槽互不重叠，则表明它们的中位数有显著差异

# Listing 6.9 - Box plots for two crossed factors
# create a factor for number of cylinders
mtcars$cyl.f <- factor(mtcars$cyl,
                       levels=c(4,6,8),
                       labels=c("4","6","8"))

# create a factor for transmission type
mtcars$am.f <- factor(mtcars$am, 
                      levels=c(0,1), 
                      labels=c("auto","standard"))

# generate boxplot
boxplot(mpg ~ am.f *cyl.f, 
        data=mtcars, 
        varwidth=TRUE,
        col=c("gold", "darkgreen"),
        main="MPG Distribution by Auto Type", 
        xlab="Auto Type")

8、小提琴图

小提琴图是箱线图与核密度图的结合。你可以使用vioplot包中的vioplot()函数绘制它。请在第一次使用之前安装vioplot包，vioplot()函数的使用格式为：

 vioplot(x1, x2, ... , names=, col=)

其中x1, x2, …表示要绘制的一个或多个数值向量（将为每个向量绘制一幅小提琴图）。参数names是小提琴图中标签的字符向量，而col是一个为每幅小提琴图指定颜色的向量

x1 <- mtcars$mpg[mtcars$cyl==4] #是一个向量，包含mpg与所有cy1为4的值
x2 <- mtcars$mpg[mtcars$cyl==6]
x3 <- mtcars$mpg[mtcars$cyl==8]
vioplot(x1, x2, x3, 
        names=c("4 cyl", "6 cyl", "8 cyl"), 
        col="gold")
title("Violin Plots of Miles Per Gallon")

9、点图与散点图

点图提供了一种在简单水平刻度上绘制大量有标签值的方法。你可以使用dotchart()函数创建点图，格式为：

 dotchart(x, labels=)

其中的x是一个数值向量，而labels则是由每个点的标签组成的向量。你可以通过添加参数groups来选定一个因子，用以指定x中元素的分组方式。如果这样做，则参数GColor可以控制不同组标签的颜色， cex可以控制标签的大小

dotchart(mtcars$mpg,labels=row.names(mtcars),cex=.7, #每加仑跑的里程
         main="Gas Mileage for Car Models", 
         xlab="Miles Per Gallon")

x <- mtcars[order(mtcars$mpg),]                      
x$cyl <- factor(x$cyl)                                 
x$color[x$cyl==4] <- "red"                              
x$color[x$cyl==6] <- "blue"
x$color[x$cyl==8] <- "darkgreen" 
dotchart(x$mpg,
         labels = row.names(x),                               
         cex=.7, 
         pch=19,                                              
         groups = x$cyl,                                       
         gcolor = "black",
         color = x$color,
         main = "Gas Mileage for Car Models\ngrouped by cylinder",
         xlab = "Miles Per Gallon")

R中创建散点图的基础函数是plot(x, y)，其中， x和y是数值型向量，代表着图形的(x, y)点

# install.packages(c("car", "scatterplot3d", "gclus", "hexbin", "IDPmisc", "Hmisc",  #
#                    "corrgram", "vcd", "rld"))  

par(ask=TRUE)
opar <- par(no.readonly=TRUE) # record current settings

# Listing 11.1 - A scatter plot with best fit lines
attach(mtcars)                                                     
plot(wt, mpg, 
     main="Basic Scatterplot of MPG vs. Weight",       
     xlab="Car Weight (lbs/1000)", 
     ylab="Miles Per Gallon ", pch=19)
abline(lm(mpg ~ wt), col="red", lwd=2, lty=1)            
lines(lowess(wt, mpg), col="blue", lwd=2, lty=2)
detach(mtcars)

10、折线图

如果将散点图上的点从左往右连接起来，就会得到一个折线图。以基础安装中的Orange数据集为例，它包含五种橘树的树龄和年轮数据

library(car) 
scatterplot(mpg ~ wt | cyl, data=mtcars, lwd=2,
            main="Scatter Plot of MPG vs. Weight by # Cylinders", 
            xlab="Weight of Car (lbs/1000)", 
            ylab="Miles Per Gallon", id.method="identify",
            legend.plot=TRUE, labels=row.names(mtcars), 
            boxplots="xy")

# Listing 11.2 - Creating side by side scatter and line plots
opar <- par(no.readonly=TRUE)
par(mfrow=c(1,2)) #设置画布，一行两列
t1 <- subset(Orange, Tree==1) #自带的数据集
plot(t1$age, t1$circumference,
     xlab="Age (days)",
     ylab="Circumference (mm)",
     main="Orange Tree 1 Growth")
plot(t1$age, t1$circumference,
     xlab="Age (days)",
     ylab="Circumference (mm)",
     main="Orange Tree 1 Growth",
     type="b")
par(opar)

t | cyl, data=mtcars, lwd=2,
main=“Scatter Plot of MPG vs. Weight by # Cylinders”,
xlab=“Weight of Car (lbs/1000)”,
ylab=“Miles Per Gallon”, id.method=“identify”,
legend.plot=TRUE, labels=row.names(mtcars),
boxplots=“xy”)

Listing 11.2 - Creating side by side scatter and line plots

opar <- par(no.readonly=TRUE)
par(mfrow=c(1,2)) #设置画布，一行两列
t1 <- subset(Orange, Tree==1) #自带的数据集
plot(t1 a g e , t 1 age, t1 age,t1circumference,
xlab=“Age (days)”,
ylab=“Circumference (mm)”,
main=“Orange Tree 1 Growth”)
plot(t1 a g e , t 1 age, t1 age,t1circumference,
xlab=“Age (days)”,
ylab=“Circumference (mm)”,
main=“Orange Tree 1 Growth”,
type=“b”)
par(opar)