數(shù)據(jù)分析方法與R軟件4-R的繪圖操作

首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)

統(tǒng)計學(xué)院任韜數(shù)據(jù)分析方法與R程序R的繪圖操作本章主要內(nèi)容高級繪圖語句低級繪圖語句交互繪圖語句其它繪圖語句繪圖命令參數(shù)ggplot2程序包3R是強大的圖形構(gòu)建平臺，例如：4R是強大的圖形構(gòu)建平臺，例如：5R是強大的圖形構(gòu)建平臺，例如：6R是強大的圖形構(gòu)建平臺，例如：7繪圖語句的分類繪圖語句可以分成了三個基本的類：高級繪圖語句在圖形設(shè)備上產(chǎn)生一個新的圖區(qū)，它可能包括坐標軸，標簽，標題等等低級繪圖語句會在一個已經(jīng)存在的圖上加上更多的圖形元素，如額外的點，線和標簽交互繪圖語句允許你交互式地用定點設(shè)備（如鼠標）在一個已經(jīng)存在的圖上添加圖形信息或者提取圖形信息8本章主要內(nèi)容高級繪圖語句低級繪圖語句交互繪圖語句其它繪圖語句繪圖命令參數(shù)ggplot2程序包9高級繪圖語句高級圖形顯示函數(shù)是用來產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)的完整圖片圖中應(yīng)具備的坐標軸，標簽和標題會自動產(chǎn)生高級圖形顯示語句會開始一個新的圖區(qū)，必要時會清空當(dāng)前的圖區(qū)10plot()函數(shù)在R里面最常用的一個圖形函數(shù)是plot()，這是一個泛型函數(shù)：產(chǎn)生的圖形依賴于第一個參數(shù)的類型plot(x,y)：如果x和y是向量，則plot(x,y)將產(chǎn)生y

對x

的散點圖用包含兩個分量x和y的列表或是一個雙列的矩陣作為一個參數(shù)也能得到一樣的結(jié)果plot(x)：如果x

是一個時間序列，將產(chǎn)生一個時間序列圖如果x是一個數(shù)值向量，將產(chǎn)生一個向量值對該向量索引的圖如果x是一個復(fù)向量，將會產(chǎn)生一個向量元素虛部對實部的圖11plot()函數(shù)plot(f)：f是一個因子對象，則產(chǎn)生f的直方圖plot(f,y)：f是一個因子對象，y是一個數(shù)值向量則產(chǎn)生y

在f

的各種水平下的盒狀圖plot(df)：df是一個數(shù)據(jù)框，則產(chǎn)生數(shù)據(jù)框中變量的分布圖plot(~expr)：

expr是一個對象名被“+”分割的表列（如，a+b+c），則產(chǎn)生一系列指定對象的分布圖plot(y~expr)：y是任何對象，expr同上，則得到y(tǒng)相對expr中各個對象畫的圖12plot()的例子plot(ATO,ROE)plot(ROE)plot(a)plot(~ROE+ATO+PM)plot(ROE~ATO+PM)13plot()的例子plot(ATO,ROE)plot(ROE)plot(a)plot(~ROE+ATO+PM)plot(ROE~ATO+PM)14plot()的例子plot(ATO,ROE)plot(ROE)plot(a)plot(~ROE+ATO+PM)plot(ROE~ATO+PM)15plot()的例子plot(ATO,ROE)plot(ROE)plot(a)plot(~ROE+ATO+PM)plot(ROE~ATO+PM)16plot()的例子plot(ATO,ROE)plot(ROE)plot(a)plot(~ROE+ATO+PM)plot(ROE~ATO+PM)17pairs()函數(shù)如果X是一個數(shù)值矩陣或者數(shù)據(jù)框，pairs(X)將產(chǎn)生X的列之間的散點圖矩陣18pairs()函數(shù)19qqnorm(x),qqline(x),qqplot(x,y)函數(shù)qqnorm(x)顯示數(shù)值向量x相對期望的正態(tài)有序分值（Normalorderscores）的比較圖（正態(tài)分值圖）qqline(x)是在上述圖上加一條理論上的分位對分位的直線qqplot(x,y)產(chǎn)生x的分位對y的分位的圖以比較二者的分布是否一致20qqnorm(x),qqline(x),qqplot(x,y)函數(shù)qqnorm(x)qqline(x)qqplot(x,y)21qqnorm(x),qqline(x),qqplot(x,y)函數(shù)qqnorm(x)qqline(x)qqplot(x,y)22qqnorm(x),qqline(x),qqplot(x,y)函數(shù)qqnorm(x)qqline(x)qqplot(x,y)23hist()函數(shù)hist(x)、hist(x,nclass=n)、hist(x,breaks=b,...)產(chǎn)生數(shù)值向量x的直方圖程序會自動選擇適合的分類數(shù)目，但可以通過設(shè)定參數(shù)nclass=

來改變分類數(shù)還有一種方法是，通過參數(shù)breaks=

精確設(shè)置斷點（breakpoint）如果設(shè)定參數(shù)probability=TRUE，柱高度將表示頻率而不是頻數(shù)。24hist()函數(shù)hist(x)hist(x,nclass=6)b=seq(40,90,by=2)

hist(x,breaks=b)b=seq(40,90,by=2)

hist(x,breaks=b,

probability=TRUE)25hist()函數(shù)hist(x)hist(x,nclass=6)b=seq(40,90,by=2)

hist(x,breaks=b)b=seq(40,90,by=2)

hist(x,breaks=b,

probability=TRUE)26hist()函數(shù)hist(x)hist(x,nclass=6)b=seq(40,90,by=2)

hist(x,breaks=b)b=seq(40,90,by=2)

hist(x,breaks=b,

probability=TRUE)27hist()函數(shù)hist(x)hist(x,nclass=6)b=seq(40,90,by=2)

hist(x,breaks=b)b=seq(40,90,by=2)

hist(x,breaks=b,

probability=TRUE)28本章主要內(nèi)容高級繪圖語句低級繪圖語句交互繪圖語句其它繪圖語句繪圖命令參數(shù)ggplot2程序包29低級繪圖語句有些時候，高級繪圖函數(shù)不能準確產(chǎn)生你想要的圖此時，低級繪圖語句可以在當(dāng)前圖上精確增加一些額外信息（如點，線或者文字）注意，低級繪圖語句無法單獨使用，必須從屬于某一個高級繪圖語句換句話說，只有當(dāng)我們使用高級繪圖語句創(chuàng)建了一個圖形后，才能使用低級繪圖語句在該圖形上添加內(nèi)容30points(x,y)函數(shù)在當(dāng)前圖上增加（若干）點，點的橫、縱坐標分別由向量x和y給出，例如：31points(x,y)函數(shù)在當(dāng)前圖上增加（若干）點，點的橫、縱坐標分別由向量x和y給出，例如：32lines(x,y)函數(shù)將點（坐標由向量x和y給出）按順序連成線，例如：33lines(x,y)函數(shù)將點（坐標由向量x和y給出）按順序連成線，例如：34text(x,y,labels,...)函數(shù)在圖上指定的位置（坐標由向量x和y給出）添加由labels給定的文字。例如：35text(x,y,labels,...)函數(shù)在圖上指定的位置（坐標由向量x和y給出）添加由labels給定的文字。例如：36abline()函數(shù)abline(a,b)：在當(dāng)前圖上添加斜率為b

截距為a

的直線abline(h=y)：在縱軸的y位置添加水平線abline(v=x)：在橫軸的x位置條件垂直線abline(lm（x~y）)：繪制obj所示的一元線性回歸直線37abline()函數(shù)abline(25,0.3)abline(h=36)abline(v=50)abline(lm(y~x))

38abline()函數(shù)abline(25,0.3)abline(h=36)abline(v=50)abline(lm(y~x))

39abline()函數(shù)abline(25,0.3)abline(h=36)abline(v=50)abline(lm(y~x))

40abline()函數(shù)abline(25,0.3)abline(h=36)abline(v=50)abline(lm(y~x))

41polygon(x,y,...)函數(shù)繪制由向量x和y定義的頂點所圍成的多邊形42其它低級繪圖語句legend(x,y,legend,...)在當(dāng)前圖的特定位置增加圖例（legend）。標識字符，線條格式，顏色等都是被字符向量legend

中的具體參數(shù)所注釋必須給定一個含有畫圖單位對應(yīng)值的參數(shù)v（一個和legend

長度一致的向量）：legend(,fill=v)：填充盒子的顏色legend(,col=v)：點或者線條的顏色legend(,lty=v)：線條樣式legend(,lwd=v)：線條寬度legend(,pch=v)：標識字符(字符向量)43其它低級繪圖語句title(main,sub)將main

定義的標題以大字體的形式放在當(dāng)前圖的頂部，同時可以將sub

定義的小標題以小字體的形式放在下部（可選）axis(side,...)在第一個參數(shù)（1到4，從底部順時鐘方式數(shù)）定義的某一側(cè)增加一個坐標軸。另一個參數(shù)控制坐標軸相對圖區(qū)的位置，刻度位置和標簽位置。這對調(diào)用參數(shù)設(shè)置為axes=FALSE的plot()函數(shù)后增加定制的坐標軸非常有用44一個復(fù)雜圖形的例子45一個復(fù)雜圖形的例子46本章主要內(nèi)容高級繪圖語句低級繪圖語句交互繪圖語句其它繪圖語句繪圖命令參數(shù)ggplot2程序包47交互繪圖語句無論是高級繪圖語句還是低級繪圖語句都是靜態(tài)的，即圖形生成以后除了添加新的元素?zé)o法做其他改變交互繪圖語句允許用戶在已經(jīng)生成的圖形上進行操作，從而使圖形具有動態(tài)調(diào)整的能力48locator(n,type)函數(shù)locator()函數(shù)的功能是返回用戶鼠標左鍵在當(dāng)前圖上點擊的位置的坐標參數(shù)n

（默認值為512）表示最大的點擊次數(shù)函數(shù)運行結(jié)束的條件是點擊次數(shù)達到n次或用戶點擊鼠標右鍵并選擇“停止”參數(shù)type

允許在被點擊的位置上添加點、星號等；默認值為n，表示不添加任何內(nèi)容函數(shù)返回值是包含名為x和y兩個向量的列表，記錄了被點擊位置的橫、縱坐標值49locator(n,type)函數(shù)50locator(n,type)函數(shù)51locator(n,type)函數(shù)52identify(x,y,labels)函數(shù)identify()函數(shù)允許用戶在已經(jīng)顯示在圖上的一系列點中，通過鼠標左鍵點擊選擇一些點參數(shù)labels

定義的標簽將別放置在被選中的點旁邊（labels為空時，默認為點的索引值）參數(shù)x和y給出了所有顯示在圖中的備選的點的坐標，當(dāng)用戶在圖形中點擊時，距離點擊位置最近的備選點會被選中函數(shù)的返回值是被選中點的索引值53identify(x,y,labels)函數(shù)有時候我們想標定圖上的一些特定點，而不是它們的位置，即我們需要的是這個點的索引值，而不是其坐標例如，我們可能期望用戶能在圖形顯示上選擇一些有意思的點，然后將這些點的索引值記錄下來此時，identify()函數(shù)可以實現(xiàn)這一設(shè)想54identify(x,y,labels)函數(shù)例如，確定圖中的奇異點：55identify(x,y,labels)函數(shù)例如，確定圖中的奇異點：56identify(x,y,labels)函數(shù)例如，確定圖中的奇異點：57identify(x,y,labels)函數(shù)例如，確定圖中的奇異點：58本章主要內(nèi)容高級繪圖語句低級繪圖語句交互繪圖語句其它繪圖語句繪圖命令參數(shù)ggplot2程序包59使用lowess()函數(shù)平滑散點lowess()函數(shù)使用非參數(shù)回歸的方法擬合出散點的平滑曲線，如：60使用lowess()函數(shù)平滑散點lowess()函數(shù)使用非參數(shù)回歸的方法擬合出散點的平滑曲線，如：61使用curve()函數(shù)繪制方程圖形curve()函數(shù)可以繪制出給定方程的曲線，其形式為curve(expr,from=NULL,to=NULL,n=101,add=FALSE,...)expr為方程式from和to為橫坐標顯示范圍，默認為NULLn為用于繪制曲線所需要計算的點的個數(shù)，默認為101add表示是創(chuàng)建新圖還是在已有圖形中添加曲線，默認是FALSE其他圖形參數(shù)在這里同樣適用62使用curve()函數(shù)繪制方程圖形例如繪制標準正態(tài)分布曲線63使用curve()函數(shù)繪制方程圖形向已存在的圖添加標準正態(tài)分布曲線64使用curve()函數(shù)繪制方程圖形向已存在的圖添加標準正態(tài)分布曲線65本章主要內(nèi)容高級繪圖語句低級繪圖語句交互繪圖語句其它繪圖語句繪圖命令參數(shù)ggplot2程序包66關(guān)于繪圖參數(shù)當(dāng)創(chuàng)建圖形時，R的默認設(shè)置往往不能符合要求利用圖形參數(shù)幾乎可以定制任何你想顯示的方式R擁有一個數(shù)目很大的圖形參數(shù)列表，該列表包括控制線條樣式，顏色，圖形排列和文字對齊等方面的參數(shù)每一個圖形參數(shù)都有名字（如“col”，設(shè)置顏色）和值（如顏色值）圖形參數(shù)可以用兩種方式設(shè)定：要么是永久性的，在一次R的會話中一直有效；要么是臨時性的，僅僅影響當(dāng)前圖形67永久性地改變:par()函數(shù)函數(shù)par()用于訪問和修改當(dāng)前圖形設(shè)備的參數(shù)列表直接使用par()函數(shù)，將返回所有圖形參數(shù)的列表和當(dāng)前設(shè)備的設(shè)定值par(c(“col”,“l(fā)ty”))：僅僅返回col和lty兩個參數(shù)的當(dāng)前值par(col=4,lty=2)：改變col和lty兩個參數(shù)的當(dāng)前值68永久性地改變:par()函數(shù)69臨時性地改變：繪圖函數(shù)的參數(shù)例如：plot(x,y,pch="+")這將產(chǎn)生一個以加號為標符的散點圖。這個語句不會影響后面的圖形語句的默認圖標70高級繪圖語句的參數(shù)xlab=string、ylab=string：設(shè)定x和y軸的標簽?？梢杂眠@些參數(shù)修改默認標簽。默認標簽常常是用于高級繪圖函數(shù)中的對象的名字main=string

：圖形標題，以大字體置于圖形的頂部sub=string

：子標題，以小字體放在x-軸底部axes=FALSE

：禁止產(chǎn)生坐標軸71常用圖形參數(shù)type=

：控制輸出圖形（特別是線條）的類型type="p"只顯示點（默認）type="l"顯示線條type="b"同時顯示點和線type="o"將點覆蓋在線上type

="h"繪制從點到零軸（x軸）的垂直線type="n"圖形不顯示，但是坐標軸仍然顯示（默認），并且坐標依然以數(shù)據(jù)設(shè)定。這個非常適合隨后用低級繪圖函數(shù)畫圖。72常用圖形參數(shù)pch="+"：以引號中的字符作為點的標志pch=4：當(dāng)為pch設(shè)定一個0到25之間的整數(shù)時，將產(chǎn)生一個特定的符標lty=2：設(shè)定線條類型。類型1是實線，類型0是不可見的，類型2和其他是點線和虛線，或者是點劃線lwd=2：設(shè)定線條寬度col=2：點，線，文本，填充區(qū)域和圖像的顏色設(shè)置font=2：設(shè)定字體，1對應(yīng)于純文本，2對應(yīng)粗體，3對應(yīng)斜體，4對應(yīng)粗斜體，5對應(yīng)符號體（包括希臘字母）73多重圖形環(huán)境R允許你在一個單頁上創(chuàng)建一個n×m圖形陣列。每一個圖有它自己的邊緣，圖形陣列是被可選的外邊緣（outermargin）包圍著mfcol=c(3,2)：設(shè)置多重圖形陣列的大小。第一個值是行數(shù)；第二個值是列數(shù)，使得圖片以列的方式放置mfrow=c(2,4)：使得圖片以行的方式放置74改變坐標軸范圍xlim和ylim選項可以改變坐標軸范圍，如：75改變坐標軸范圍xlim和ylim選項可以改變坐標軸范圍，如：76本章主要內(nèi)容高級繪圖語句低級繪圖語句交互繪圖語句其它繪圖語句繪圖命令參數(shù)ggplot2程序包77什么是ggplot2ggplot2是當(dāng)前非常流行的R環(huán)境下的繪圖程序包與R本身的繪圖功能相比，

ggplot2具有語法上的統(tǒng)一性，通過圖形語法來支持繪圖功能ggplot2可以避免諸如添加圖例等繁瑣的細節(jié)與很多統(tǒng)計軟件一樣，

ggplot2有很多預(yù)設(shè)圖形，同時還可以很方便的將各種圖形元素進行組合ggplot2還具有圖層的概念78圖形語法Wilkinson（2005）創(chuàng)建了一套用來描述所有統(tǒng)計圖形深層特性的語法規(guī)則，即圖形語法根據(jù)該語法，一張統(tǒng)計圖形就是從數(shù)據(jù)到幾何對象（geometricobject，縮寫為geom，包括點、線，條等）的圖形屬性（aestheticattributes，縮寫為aes，包括顏色、形狀、大小等）的一個映射，并繪制在某個特定的坐標系（coordinatesystem，縮寫為coord）中。圖形中還可能包含數(shù)據(jù)的統(tǒng)計變換（statisticaltransformation，縮寫為stats）通過分面（facet）可以生成數(shù)