作者：Li_Yuhui
四川大学研究生在读

本文是ggplot2_可视化_速成的第3节
第2节：coor_xxx()坐标系变换
第4节：facet_xxx()分面系统
第5节：Guides图例与增加坐标轴
第6节：themes主题系统

文章目录

    • 作者：Li_Yuhui 四川大学研究生在读
    • @[TOC]
  • `scale_xxx()`标度调整
    • 坐标轴标度与scales包
    • 颜色fill/color，灰度grey，色相hue, 色盲颜色
      • color/fill
      • 透明度、色相、灰度
      • 色盲友好色
    • shape点型，linetype线型
    • 尺寸(size/area/radius)
    • 时间轴
  • [`facet_xxx()`分面系统](https://blog.csdn.net/weixin_43528109/article/details/83859327)
  • [Guides图例与增加坐标轴](https://blog.csdn.net/weixin_43528109/article/details/83859566)
  • [themes主题系统](https://blog.csdn.net/weixin_43528109/article/details/83859657)

scale_xxx()标度调整

标度用于控制变量映射到视觉对象的具体细节，如坐标轴标签和图例
视觉对象分为：
坐标轴，alpha透明度，color/fill颜色，date/time时间轴, hue色相, grey灰度,
shape点形, size尺寸, linetype线型, radius半径, area面积
它们都有相应的标度函数
分为简单函数和复合函数，复合函数内包含简单函数，简单函数如下：

函数名称 描述
xlab() 指定x轴的名称
ylab() 指定y轴的名称
ggtitle() 指定标题和副标题的内容
labs() 指定坐标轴的名称，和其它映射参数在图例中的名称,还包括标题title、副标题subtitle和底部注释caption的内容
xlim() 指定x轴的显示范围，反区间表示坐标轴顺序翻转，如xlim(20, 15)表示x轴范围从20(左边)显示到15(右边)
ylim() 指定y轴的显示范围，同样支持反区间操作，使坐标轴顺序翻转
lims() 指定其它映射参数在在图中的显示范围，不在范围的也不会显示在图例中
expand_limits() 扩展映射参数的显示范围，不能缩小，只能扩展

复合标度函数：
除去默认的8个系统默认的标度scale_xxx_identity()，软件默认的一般用不上，用得上就不需要改了，
这8个分别是：
scale_color_identity(), scale_fill_identity(), scale_shape_identity(), scale_linetype_identity(),
scale_alpha_identity(), scale_size_identity(), scale_discrete_identity(), scale_continuous_identity()
还有一个手动处理任意离散变量的标度函数scale_discrete_manual(),其增加了1个映射参数，如aesthetics = c("color", "fill")
现在还剩下11组标度函数，分类如下：

视觉对象 变量类型 标度函数 描述及关键参数
轴 连续变量 scale_x_continuous() name,breaks,labels,limits,expand, trans,postion
scale_y_continuous() 还有：minor_breaks, sec.axis 更多trans及自定义
scale_x_log10()/sqrt() 只有trans参数不一样,相当于trans=“log10”/“sqrt”
scale_x_log10()/sqrt()
scale_x_reverse() 翻转x轴，相当于trans=“reverse”，其它参数相同
scale_y_reverse()
离散变量 scale_x_discrete() name,breaks,labels,limits,expand,na.value, position
scale_y_discrete() 与上面相同
颜色 连续变量 scale_colour_continuous() type=“gradient”, type=“viridis”(色盲渐变)
scale_fill_continuous()
连续色板 scale_colour_distiller() 将离散色板连续化,来自RColorBrewer色板，type,palette, direction
scale_fill_distiller()
连续渐变 scale_colour_gradient() 单极渐变, low,high
scale_colour_gradient2() 两极渐变, low,mid,hight
scale_colour_gradientn() 多色渐变，colors,如colours = terrain.colors(10)
scale_fill_gradient()
scale_fill_gradient2()
scale_fill_gradientn()
离散色板 scale_colour_brewer() type, palette,direction指定标度顺序(1/-1)
scale_fill_brewer()
自定义 scale_colour_manual() values,默认名称属性匹配，否则字母顺序匹配, 因子水平匹配最好
scale_fill_manual()
透明度 连续变量 scale_alpha() range,limits, breaks, labels
scale_alpha_continuous() range,limits, breaks, labels
离散变量 scale_alpha_discrete() range,limits, breaks, lables
scale_alpha_ordinal() range,limits, breaks, labels
自定义 scale_alpha_manual() values
色相 离散变量 scale_colour_hue() h, c, l, h.start, direction
scale_fill_hue() h, c, l, h.start, direction
灰度 连续渐变 scale_colour_grey() start, end
scale_fill_grey() start, end
shape 离散变量 scale_shape() name, limits, breaks, labels
自定义 scale_shape_manual() values
线型 连续变量 scale_linetype_continuous() name, limits, breaks, labels，不常用连续变量
离散变量 scale_linetype() name, limits, breaks, labels
scale_linetype_discrete() name, limits, breaks, labels
自定义 scale_linetype() values
尺寸 数值 scale_radius() 圆半径，name,limits, breaks, labels, range
数值 scale_size() size面积/线宽，参数与radius相同。不建议size映射离散变量
数值 scale_size_area() area面积,0映射到零面积，参数与上面相同
自定义 scale_size_manual() values
时间 时间序列 scale_x_date() 用于时间轴的标度设置，参数包括：name, breaks,labels
scale_y_date() 和：date_breaks(时间跨度), date_labels,limits, expand,position 等
scale_x_time() 参数与_date()相同，增加obb参数(out of bounds)处理limits外的数据
scale_y_time()
scale_x_datetime() 参数比xxx_date()增加了：timezone
scale_y_datetime()
色盲 离散变量 scale_colour_viridis_d() 色盲友好颜色，使用viridis colormap色板，参数与下面相同
scale_fill_viridis_d() alpha, begin, end, direction,option,option指定具体的色条
连续渐变 scale_colour_viridis_c() 参数与上面相同，option: “A”=“magma”, “B”=“inferno”
scale_fill_viridis_c() option: “C”=“plasma”, “D”=“viridis”(默认), “E”=“cividis”

坐标轴标度与scales包

视觉对象 变量类型 标度函数 描述及关键参数
轴 连续变量 scale_x_continuous() name,breaks,labels,limits,expand, trans,postion
scale_y_continuous() 还有：minor_breaks, sec.axis
scale_x_log10()/sqrt() 只有trans参数不一样,相当于trans=“log10”/“sqrt”
scale_x_log10()/sqrt()
scale_x_reverse() 翻转x轴，相当于trans="reverse"和limits反区间，其它参数相同
scale_y_reverse()
离散变量 scale_x_discrete() name,breaks,labels,limits,expand,na.value, position
scale_y_discrete() 与上面相同

参数解释：

  • name 表示指定坐标轴名称，也将作为对应的图例名称
  • breaks 表示指定坐标轴刻度位置，即粗网格线位置
  • labels 表示指定坐标轴刻度标签内容
  • limits 表示指定坐标轴显示范围，支持反区间
  • expand 表示扩展坐标轴显示范围，不能缩小
  • trans 表示指定坐标轴变换函数，自带有"asn",“atanh”,“boxcox”,“exp”,“identity”,“log”,“log10”,“log1p”,“log2”,“logit”,“probability”,
    “probit”,“reciprocal”。还支持scales包内的其它变换函数，如scales::percent()百分比刻度,自定义scales::trans_new()
  • position 表示指定坐标轴显示位置，x轴为"left"和"right", y轴为"top"和"bottom"
  • minor_breaks 表示指定细网格线对应位置，细网线没有标签对应，没有labels参数
  • sec.axis 表示是否开启次坐标轴
    例：
library(ggplot2)
p1 <- ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +geom_point()
p1 p1 + scale_x_continuous(name = "发动机排量/L", limits = c(2,6), breaks = c(2, 4, 6), labels = c("two", "four", "six"), minor_breaks = c(3, 5)) + # 重新指定坐标轴名称, 只显示区间(2, 6)范围的元素, 更改坐标轴刻度和标签scale_y_continuous(name = "高速公路油耗" )  # 重新指定坐标轴名称set.seed(14)
df <- data.frame(x = rnorm(10) * 100000,y = seq(0, 1, length.out = 10)
)p2 <- ggplot(df, aes(x, y)) + geom_point(shape=21, color = "purple", fill = "cyan", size = 5)
p2 + scale_y_continuous(labels = scales::percent) # y轴百分号显示p2 + scale_x_continuous(labels = scales::comma) + # 数字逗号分割，每3位数增加1个逗号scale_y_continuous(labels = scales::dollar) # y轴美元单位显示



颜色fill/color，灰度grey，色相hue, 色盲颜色

视觉对象 变量类型 标度函数 描述及关键参数
颜色 连续变量 scale_colour_continuous() type=“gradient”, type=“viridis”(色盲渐变)
scale_fill_continuous()
连续色板 scale_colour_distiller() 将离散色板连续化,来自RColorBrewer色板，type,palette, direction
scale_fill_distiller()
连续渐变 scale_colour_gradient() 单极渐变, low,high
scale_colour_gradient2() 两极渐变, low,mid,hight
scale_colour_gradientn() 多色渐变，colors,如colours = terrain.colors(10)
scale_fill_gradient()
scale_fill_gradient2()
scale_fill_gradientn()
离散色板 scale_colour_brewer() type, palette,direction指定标度顺序(1/-1)
scale_fill_brewer()
自定义 scale_colour_manual() values,默认名称属性匹配，否则字母顺序匹配, 因子水平匹配最好
scale_fill_manual()
透明度 连续变量 scale_alpha() range,limits, breaks, labels
scale_alpha_continuous() range,limits, breaks, labels
离散变量 scale_alpha_discrete() range,limits, breaks, lables
scale_alpha_ordinal() range,limits, breaks, labels
自定义 scale_alpha_manual() values
色相 离散变量 scale_colour_hue() h, c, l, h.start, direction
scale_fill_hue() h, c, l, h.start, direction
灰度 连续渐变 scale_colour_grey() start, end
scale_fill_grey() start, end
色盲 离散变量 scale_colour_viridis_d() 色盲友好颜色，使用viridis colormap色板，参数与下面相同
scale_fill_viridis_d() alpha, begin, end, direction,option,option指定具体的色条
连续渐变 scale_colour_viridis_c() 参数与上面相同，option: “A”=“magma”, “B”=“inferno”
scale_fill_viridis_c() option: “C”=“plasma”, “D”=“viridis”(默认), “E”=“cividis”

参数解释：

  • type 在scale_color_continuous中表示指定变化类型，是普通渐变"gradient"还是色盲渐变"viridis"
    在scale_xxx_distiller()中表示指定色板类型，是"seq"渐变,"qual"离散对比,还是"div"两极色板
  • palette 表示指定色条类型，当type色板类型已经指定的情况下，可以用序号指定，若type未指定，则必须用色条名称指定
  • direction 表示指定标度与变量的匹配方向，direction=-1表示方向翻转
    在scale_xxx_hue()中，direction=1表示色轮的顺时针方向，direction=-1表示逆时针方向
  • low, high表示渐变的颜色两极颜色名称或HEX色值，如果用颜色名称指定，则可用muted("color")指定某个暗色
  • mid 表示指定渐变的中点颜色
  • midpoint 表示指定渐变的中点对应的变量值
  • colors/colours 多色渐变中，指定颜色向量， 如colour = terrain.colors(10)取10个地形图颜色作为渐变的基础色
  • values 表示指定自定义颜色向量，如果变量为数字类型，则默认按数字大小顺序与values匹配，
    如果变量为字符类型，则默认按变量字母顺序与values匹配，
    为了按照想要的顺序匹配，可以给变量增加一个因子水平，然后自动按照因子水平与values匹配(自上而下，由低到高)
    也可给values向量设置名称属性，名称与要映射的变量值一样，然后按照名称属性匹配
  • range 表示指定指定显示的透明度范围，在[0, 1]区间内，0表示不透明，1表示不透明
  • limits 表示设定显示范围
  • breaks 表示设定图例刻度位置
  • labels 表示指定图例刻度处显示标签
  • h 表示指定色相范围，在区间[0, 360]内
  • c 表示指定chroma(色度，鲜艳或是暗淡)值，最大值取决于hue和luminance
  • l 表示指定luminance(亮度)，在区间[0, 100]内
  • start 表示指定灰度起点，从0到1,0表示白色，1表示黑色
  • end 表示灰度结束点，通常end，默认end更黑,若设定start>end,则翻转标度
  • end 表示灰度结束点，通常end，默认end更黑
  • 其它公共参数：name图例名称，palette, breaks, labels, limits, expand, position(标签在图例的上\下\左\右)
  • 只有连续的标度函数，如scale_xxx_gradient^()才支持trans内置参数

色轮图：
以红色和橙色的界限作为0刻度，开始旋转

color/fill

library(ggplot2)# scale_fill_continuous
v <- ggplot(faithfuld, aes(waiting, eruptions, fill = density)) +
geom_tile()
v
v + scale_fill_continuous(type = "gradient", name = "密度", breaks = c(0, 0.05, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04),labels = c(0, 0.05, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04), position = "left")# 更改图例名称，不支持刻度点，图例标签位置,匹配方向等参数
v + scale_fill_continuous(type = "viridis" ) # 结果与scale_fill_viridis_c()一样# scale_color_distiller
set.seed(19)
dsamp <- diamonds[sample(nrow(diamonds), 1000), ]
(d <- ggplot(dsamp, aes(carat, price)) +geom_point(aes(colour = clarity)))
v <- ggplot(faithfuld) +geom_tile(aes(waiting, eruptions, fill = density))
v
v + scale_fill_distiller(palette = "Spectral", breaks = c(0, 0.05, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04), labels = c(0, 0.05, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04)) # 更改图例刻度及标签失败# scale_xxx_gradient^()
set.seed(18)
df <- data.frame(x = runif(100),y = runif(100),z1 = rnorm(100),z2 = abs(rnorm(100))
)ggplot(df, aes(x, y)) +geom_point(aes(colour = z2)) # 默认从light blue到dark blueggplot(df, aes(x, y)) +geom_point(aes(colour = z2)) +scale_colour_gradient(low = "white", high = "black", name = "这是图例名称", breaks = c(0, 0.5, 1, 2, 3, 4),labels = c(0, 0.5, 1, 2, 3, 4)) # 灰度渐变,修改图例名称，图例刻度及刻度标签ggplot(df, aes(x, y)) +geom_point(aes(colour = z1), size = 2) +scale_colour_gradient2() # 两极渐变，ggplot(df, aes(x, y)) +geom_point(aes(fill = z2), shape = 21, size = 3) +scale_fill_gradient2(low = "blue", mid = "red", midpoint = 2, high = "cyan", name = "这是图例名称") # 修改基础颜色，ggplot(df, aes(x, y)) +geom_point(aes(colour = z1)) +scale_colour_gradientn(colours = terrain.colors(10), name = "这是图例名称") # 应用terrain.colors内置色板，更改标度方向失败
library(ggplot2)# scale_color_brewer
dsamp <- diamonds[sample(nrow(diamonds), 1000), ]
(d <- ggplot(dsamp, aes(carat, price)) +geom_point(aes(colour = clarity)))
d + scale_colour_brewer(name = "钻石透明度", palette= "Greens", direction = -1, position = "left") # 更改图例名称，色板，标度方向，更改位置失败
d + scale_colour_brewer(palette = "Set1", name = "钻石透明度") # 多种颜色也可以渐变，非常方便# scale_color_manual
p <- ggplot(mtcars, aes(mpg, wt)) +geom_point(aes(colour = factor(cyl)))
p + scale_colour_manual(values = c("red", "blue", "green"))# 按名称属性匹配
cols <- c("8" = "red", "4" = "blue", "6" = "darkgreen", "10" = "orange") # 设定名称属性
p + scale_colour_manual(values = cols) # 名称属性匹配p + scale_colour_manual(name = "这是图例名字", values = cols,breaks = c("4", "6", "8"),labels = c("four", "six", "eight"),limits = c("4", "6", "8", "10")
)















透明度、色相、灰度

library(ggplot2)p <- ggplot(mpg, aes(displ, hwy)) +geom_point(aes(alpha = year))
p
p + scale_alpha(range = c(0.4, 0.8), name = "这是图例名称") # 设定透明度范围为0.4到0.8dsamp <- diamonds[sample(nrow(diamonds), 1000), ]
d <- ggplot(dsamp, aes(carat, price)) + geom_point(aes(colour = clarity))d + scale_colour_hue(name = "这是图例名称") # 默认全色轮
d + scale_colour_hue(l = 70, c = 150, name = "这是图例名称")# 调整色度和亮度
d + scale_colour_hue(h = c(0, 90), "这是图例名称") # 设定色相范围,0代表红色与橙色的分界
d + scale_colour_hue(h = c(90, 180), "这是图例名称")
d + scale_colour_hue(h = c(270, 360), "这是图例名称")# 灰度
p <- ggplot(mtcars, aes(mpg, wt)) + geom_point(aes(colour = factor(cyl)))
p + scale_colour_grey()
p + scale_colour_grey(start = 0.8, end = 0.2, name = "这是图例名称") # 修改灰度范围# 灰度增加缺失值映射
miss <- factor(sample(c(NA, 1:5), nrow(mtcars), replace = TRUE))
ggplot(mtcars, aes(mpg, wt)) +geom_point(aes(colour = miss)) + # 若缺失向量是data数据的子集，则可以映射scale_colour_grey(na.value = "green", name = "这是图例名称") # 增加缺失值为绿色









色盲友好色

library(ggplot2)# 离散变量
txsamp <- subset(txhousing, city %in%c("Houston", "Fort Worth", "San Antonio", "Dallas", "Austin"))
d <- ggplot(data = txsamp, aes(x = sales, y = median)) +geom_point(aes(colour = city))
dd + scale_colour_viridis_d() # 默认viridis色板
d + scale_colour_viridis_d(option = "plasma", name = "这是图例名称") # 更改色板为plasma
d + scale_colour_viridis_d(option = "B", name = "这是图例名称") # 更改色板为inferno
d + scale_colour_viridis_d(option = "magma", name = "这是图例名称")
d + scale_colour_viridis_d(option = "cividis", name = "这是图例名称") # 连续变量
v <- ggplot(faithfuld) +geom_tile(aes(waiting, eruptions, fill = density))
v + scale_fill_viridis_c()
v + scale_fill_viridis_c(option = "plasma", name = "这是图例名称")








shape点型，linetype线型

视觉对象 变量类型 标度函数 描述及关键参数
shape 离散变量 scale_shape() name, limits, breaks, labels
自定义 scale_shape_manual() values
线型 连续变量 scale_linetype_continuous() name, limits, breaks, labels，不常用连续变量
离散变量 scale_linetype() name, limits, breaks, labels
scale_linetype_discrete() name, limits, breaks, labels

参数解释：

  • name 表示指定图例的名称
  • breaks 表示指定图例的刻度位置
  • labels 表示指定图例刻度的显示标签
  • limits 表示指定该标度显示范围
  • values 为向量，表示手动指定shape，通过给变量增加一个因子水平，然后就按因子水平与values对应顺序匹配
  • direction 表示指定标度匹配顺序
set.seed(15)
dsmall <- diamonds[sample(nrow(diamonds), 100), ]
d <- ggplot(dsmall, aes(carat, price)) + geom_point(aes(shape = cut),color = "blue", position = position_jitter(width = 0.1, height = 0.3))
d
d + scale_shape(name = "钻石切割水平", breaks = c("Fair", "Good", "Very Good", "Premium", "Ideal"), labels = c("一般", "还行", "很好", "上好", "顶级")) # 设置图例的名称和刻度标签oneshape <- c(25:21)
levels(dsmall$cut) <- c("Fair", "Good", "Very Good", "Premium", "Ideal") # 给要映射的变量增加因子水平，然后通过因子水平匹配
dsmall <- diamonds[sample(nrow(diamonds), 100), ]
d <- ggplot(dsmall, aes(carat, price)) + geom_point(aes(shape = cut),color = "blue", position = position_jitter(width = 0.1, height = 0.3)) #
d + scale_shape_manual(values = oneshape, name = "切割工艺")  # values的顺序与变量的因子水平一致



尺寸(size/area/radius)

视觉对象 变量类型 标度函数 描述及关键参数
尺寸 数值 scale_radius() 圆半径，name,limits, breaks, labels, range, trans
数值 scale_size() size面积/线宽，参数与radius相同。不建议size映射离散变量
数值 scale_size_area() area面积,0映射到零面积，没有trans和range参数, 新增max_size参数
自定义 scale_size_manual() values

参数解释：

  • name 表示指定在所对应图例的标题内容
  • limits 表示设置显示范围，其变量的范围，不是尺寸的范围
  • breaks 表示指定图例刻度位置
  • labels 表示指定图例刻度显示标签
  • range 表示指定trans转化后半径/线宽后的尺寸显示范围，与limits参数不同
  • trans 表示指定尺寸转化公式，指定后尺寸与变量不是线性关系
    例：
p <- ggplot(mpg, aes(displ, hwy, size = hwy)) +geom_point(position = position_jitter(width = 0.1, height = 0.2), shape = 21, fill = "green")
p
p + scale_radius(name = "高速公路油耗", range = c(2, 10), limits = c(0, 30))# 指定半径从2变化到10，即最小半径为2，最大半径为10,只显示值小于30的数据点
p + scale_size(name = "高速公路油耗", range = c(2, 10), limits = c(0, 30),breaks = c(2, 12, 25, 30), labels = c("2L", "12L", "25L", "30L")) # 设置图例刻度及标签
p + scale_size_area(name = "高速公路油耗", max_size = 8,breaks = c(2, 12, 25, 30), labels = c("2L", "12L", "25L", "30L")) # 指定最大面积为8，最小面积从0开始




时间轴

视觉对象 变量类型 标度函数 描述及关键参数
时间 时间序列 scale_x_date() 用于时间轴的标度设置，参数包括：name, breaks,labels
scale_y_date() 和：date_breaks(时间跨度), date_labels,limits, expand,position 等
scale_x_time() 参数与_date()相同，增加obb参数(out of bounds)处理limits外的数据
scale_y_time()
scale_x_datetime() 参数比xxx_date()增加了：timezone
scale_y_datetime()

所谓时间轴，就是当横轴或纵轴是由时间、日期序列映射产生的。

  • scale_xxx_date() 要求变量是Date格式
  • scale_xxx_datetime() 要求变量是POSIXct格式
  • scale_xxx_time() 要求变量是hms格式
    参数解释：
  • name 表示指定坐标轴名称
  • breaks 表示指定坐标轴刻度位置，即粗网格线位置, Date/POSIXct向量格式
  • labels 表示指定坐标轴刻度显示标签，即breaks点显示文字内容
  • date_breaks 表示指定时间跨度(如"2 weeks", “10 years”)，当与breaks同时指定时，优先级高于breaks
  • date_labels 刻度显示标签, strftime()格式, 如果与labels同时指定，优先级高于labels
  • minor_breaks 表示细网格刻度位置，与breaks类型相同
  • date_minor_breaks 与date_breaks类型相同，表示细网格跨度
  • limits 表示指定显示范围
  • expand 表示扩展显示范围
  • position 表示时间轴位置，x为"top"或"bottom", y为"left"和"right"
  • timezone 表示切换时区，默认为原时间时区
  • obb 表示指定处理在limits之外是时间函数， 默认为NA

例：

library(ggplot2)
last_month <- Sys.Date() - 0:29
set.seed(16)
df <- data.frame(date = last_month,price = runif(30)
)
base <- ggplot(df, aes(date, price)) + geom_line() base + scale_x_date(name = "日期", date_labels = "%b %d") # 格式化参数，%b表示月份英文缩小，%d表示月份中第几天
base + scale_x_date(name = "日期", date_breaks = "1 week", date_labels = "第%W周",date_minor_breaks = "1 day", limits = c(Sys.Date() - 7, NA)) # 时间跨度为1周，%W表示年内的星期数，第几周, 设定细网格时间跨度为1天, 设定显示范围为7天前至今

facet_xxx()分面系统

Guides图例与增加坐标轴

themes主题系统

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