數(shù)據(jù)分析方法與R軟件4-R的繪圖操作

首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)

統(tǒng)計(jì)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(jí)繪圖語(yǔ)句低級(jí)繪圖語(yǔ)句交互繪圖語(yǔ)句其它繪圖語(yǔ)句繪圖命令參數(shù)ggplot2程序包3R是強(qiáng)大的圖形構(gòu)建平臺(tái)，例如：4R是強(qiáng)大的圖形構(gòu)建平臺(tái)，例如：5R是強(qiáng)大的圖形構(gòu)建平臺(tái)，例如：6R是強(qiáng)大的圖形構(gòu)建平臺(tái)，例如：7繪圖語(yǔ)句的分類繪圖語(yǔ)句可以分成了三個(gè)基本的類：高級(jí)繪圖語(yǔ)句在圖形設(shè)備上產(chǎn)生一個(gè)新的圖區(qū)，它可能包括坐標(biāo)軸，標(biāo)簽，標(biāo)題等等低級(jí)繪圖語(yǔ)句會(huì)在一個(gè)已經(jīng)存在的圖上加上更多的圖形元素，如額外的點(diǎn)，線和標(biāo)簽交互繪圖語(yǔ)句允許你交互式地用定點(diǎn)設(shè)備（如鼠標(biāo)）在一個(gè)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(jí)繪圖語(yǔ)句低級(jí)繪圖語(yǔ)句交互繪圖語(yǔ)句其它繪圖語(yǔ)句繪圖命令參數(shù)ggplot2程序包9高級(jí)繪圖語(yǔ)句高級(jí)圖形顯示函數(shù)是用來(lái)產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)的完整圖片圖中應(yīng)具備的坐標(biāo)軸，標(biāo)簽和標(biāo)題會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生高級(jí)圖形顯示語(yǔ)句會(huì)開(kāi)始一個(gè)新的圖區(qū)，必要時(shí)會(huì)清空當(dāng)前的圖區(qū)10plot()函數(shù)在R里面最常用的一個(gè)圖形函數(shù)是plot()，這是一個(gè)泛型函數(shù)：產(chǎn)生的圖形依賴于第一個(gè)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(duì)x

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

是一個(gè)時(shí)間序列，將產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間序列圖如果x是一個(gè)數(shù)值向量，將產(chǎn)生一個(gè)向量值對(duì)該向量索引的圖如果x是一個(gè)復(fù)向量，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向量元素虛部對(duì)實(shí)部的圖11plot()函數(shù)plot(f)：f是一個(gè)因子對(duì)象，則產(chǎn)生f的直方圖plot(f,y)：f是一個(gè)因子對(duì)象，y是一個(gè)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(gè)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(gè)對(duì)象名被“+”分割的表列（如，a+b+c），則產(chǎn)生一系列指定對(duì)象的分布圖plot(y~expr)：y是任何對(duì)象，expr同上，則得到y(tǒng)相對(duì)expr中各個(gè)對(duì)象畫(huà)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(gè)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(diǎn)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(duì)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(duì)分位的直線qqplot(x,y)產(chǎn)生x的分位對(duì)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(huì)自動(dòng)選擇適合的分類數(shù)目，但可以通過(guò)設(shè)定參數(shù)nclass=

來(lái)改變分類數(shù)還有一種方法是，通過(guò)參數(shù)breaks=

精確設(shè)置斷點(diǎn)（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(jí)繪圖語(yǔ)句低級(jí)繪圖語(yǔ)句交互繪圖語(yǔ)句其它繪圖語(yǔ)句繪圖命令參數(shù)ggplot2程序包29低級(jí)繪圖語(yǔ)句有些時(shí)候，高級(jí)繪圖函數(shù)不能準(zhǔn)確產(chǎn)生你想要的圖此時(shí)，低級(jí)繪圖語(yǔ)句可以在當(dāng)前圖上精確增加一些額外信息（如點(diǎn)，線或者文字）注意，低級(jí)繪圖語(yǔ)句無(wú)法單獨(dú)使用，必須從屬于某一個(gè)高級(jí)繪圖語(yǔ)句換句話說(shuō)，只有當(dāng)我們使用高級(jí)繪圖語(yǔ)句創(chuàng)建了一個(gè)圖形后，才能使用低級(jí)繪圖語(yǔ)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(diǎn)，點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)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(diǎn)，點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)分別由向量x和y給出，例如：32lines(x,y)函數(shù)將點(diǎn)（坐標(biāo)由向量x和y給出）按順序連成線，例如：33lines(x,y)函數(shù)將點(diǎn)（坐標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(diǎn)所圍成的多邊形42其它低級(jí)繪圖語(yǔ)句legend(x,y,legend,...)在當(dāng)前圖的特定位置增加圖例（legend）。標(biāo)識(shí)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(gè)含有畫(huà)圖單位對(duì)應(yīng)值的參數(shù)v（一個(gè)和legend

長(zhǎng)度一致的向量）：legend(,fill=v)：填充盒子的顏色legend(,col=v)：點(diǎn)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(biāo)識(shí)字符(字符向量)43其它低級(jí)繪圖語(yǔ)句title(main,sub)將main

定義的標(biāo)題以大字體的形式放在當(dāng)前圖的頂部，同時(shí)可以將sub

定義的小標(biāo)題以小字體的形式放在下部（可選）axis(side,...)在第一個(gè)參數(shù)（1到4，從底部順時(shí)鐘方式數(shù)）定義的某一側(cè)增加一個(gè)坐標(biāo)軸。另一個(gè)參數(shù)控制坐標(biāo)軸相對(duì)圖區(qū)的位置，刻度位置和標(biāo)簽位置。這對(duì)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(biāo)軸非常有用44一個(gè)復(fù)雜圖形的例子45一個(gè)復(fù)雜圖形的例子46本章主要內(nèi)容高級(jí)繪圖語(yǔ)句低級(jí)繪圖語(yǔ)句交互繪圖語(yǔ)句其它繪圖語(yǔ)句繪圖命令參數(shù)ggplot2程序包47交互繪圖語(yǔ)句無(wú)論是高級(jí)繪圖語(yǔ)句還是低級(jí)繪圖語(yǔ)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(yǔ)句允許用戶在已經(jīng)生成的圖形上進(jìn)行操作，從而使圖形具有動(dòng)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(biāo)左鍵在當(dāng)前圖上點(diǎn)擊的位置的坐標(biāo)參數(shù)n

（默認(rèn)值為512）表示最大的點(diǎn)擊次數(shù)函數(shù)運(yùn)行結(jié)束的條件是點(diǎn)擊次數(shù)達(dá)到n次或用戶點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵并選擇“停止”參數(shù)type

允許在被點(diǎn)擊的位置上添加點(diǎn)、星號(hào)等；默認(rèn)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(gè)向量的列表，記錄了被點(diǎn)擊位置的橫、縱坐標(biāo)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(diǎn)中，通過(guò)鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊選擇一些點(diǎn)參數(shù)labels

定義的標(biāo)簽將別放置在被選中的點(diǎn)旁邊（labels為空時(shí)，默認(rèn)為點(diǎn)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(diǎn)的坐標(biāo)，當(dāng)用戶在圖形中點(diǎn)擊時(shí)，距離點(diǎn)擊位置最近的備選點(diǎn)會(huì)被選中函數(shù)的返回值是被選中點(diǎn)的索引值53identify(x,y,labels)函數(shù)有時(shí)候我們想標(biāo)定圖上的一些特定點(diǎn)，而不是它們的位置，即我們需要的是這個(gè)點(diǎn)的索引值，而不是其坐標(biāo)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(diǎn)，然后將這些點(diǎn)的索引值記錄下來(lái)此時(shí)，identify()函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想54identify(x,y,labels)函數(shù)例如，確定圖中的奇異點(diǎn)：55identify(x,y,labels)函數(shù)例如，確定圖中的奇異點(diǎn)：56identify(x,y,labels)函數(shù)例如，確定圖中的奇異點(diǎn)：57identify(x,y,labels)函數(shù)例如，確定圖中的奇異點(diǎn)：58本章主要內(nèi)容高級(jí)繪圖語(yǔ)句低級(jí)繪圖語(yǔ)句交互繪圖語(yǔ)句其它繪圖語(yǔ)句繪圖命令參數(shù)ggplot2程序包59使用lowess()函數(shù)平滑散點(diǎn)lowess()函數(shù)使用非參數(shù)回歸的方法擬合出散點(diǎn)的平滑曲線，如：60使用lowess()函數(shù)平滑散點(diǎn)lowess()函數(shù)使用非參數(shù)回歸的方法擬合出散點(diǎn)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(biāo)顯示范圍，默認(rèn)為NULLn為用于繪制曲線所需要計(jì)算的點(diǎn)的個(gè)數(shù)，默認(rèn)為101add表示是創(chuàng)建新圖還是在已有圖形中添加曲線，默認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布曲線65本章主要內(nèi)容高級(jí)繪圖語(yǔ)句低級(jí)繪圖語(yǔ)句交互繪圖語(yǔ)句其它繪圖語(yǔ)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(shí)，R的默認(rèn)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(gè)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(duì)齊等方面的參數(shù)每一個(gè)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(huì)話中一直有效；要么是臨時(shí)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(wèn)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(gè)參數(shù)的當(dāng)前值par(col=4,lty=2)：改變col和lty兩個(gè)參數(shù)的當(dāng)前值68永久性地改變:par()函數(shù)69臨時(shí)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(gè)以加號(hào)為標(biāo)符的散點(diǎn)圖。這個(gè)語(yǔ)句不會(huì)影響后面的圖形語(yǔ)句的默認(rèn)圖標(biāo)70高級(jí)繪圖語(yǔ)句的參數(shù)xlab=string、ylab=string：設(shè)定x和y軸的標(biāo)簽?？梢杂眠@些參數(shù)修改默認(rèn)標(biāo)簽。默認(rèn)標(biāo)簽常常是用于高級(jí)繪圖函數(shù)中的對(duì)象的名字main=string

：圖形標(biāo)題，以大字體置于圖形的頂部sub=string

：子標(biāo)題，以小字體放在x-軸底部axes=FALSE

：禁止產(chǎn)生坐標(biāo)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(diǎn)（默認(rèn)）type="l"顯示線條type="b"同時(shí)顯示點(diǎn)和線type="o"將點(diǎn)覆蓋在線上type

="h"繪制從點(diǎn)到零軸（x軸）的垂直線type="n"圖形不顯示，但是坐標(biāo)軸仍然顯示（默認(rèn)），并且坐標(biāo)依然以數(shù)據(jù)設(shè)定。這個(gè)非常適合隨后用低級(jí)繪圖函數(shù)畫(huà)圖。72常用圖形參數(shù)pch="+"：以引號(hào)中的字符作為點(diǎn)的標(biāo)志pch=4：當(dāng)為pch設(shè)定一個(gè)0到25之間的整數(shù)時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)特定的符標(biāo)lty=2：設(shè)定線條類型。類型1是實(shí)線，類型0是不可見(jiàn)的，類型2和其他是點(diǎn)線和虛線，或者是點(diǎn)劃線lwd=2：設(shè)定線條寬度col=2：點(diǎn)，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(duì)應(yīng)于純文本，2對(duì)應(yīng)粗體，3對(duì)應(yīng)斜體，4對(duì)應(yīng)粗斜體，5對(duì)應(yīng)符號(hào)體（包括希臘字母）73多重圖形環(huán)境R允許你在一個(gè)單頁(yè)上創(chuàng)建一個(gè)n×m圖形陣列。每一個(gè)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(gè)值是行數(shù)；第二個(gè)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(biāo)軸范圍xlim和ylim選項(xiàng)可以改變坐標(biāo)軸范圍，如：75改變坐標(biāo)軸范圍xlim和ylim選項(xiàng)可以改變坐標(biāo)軸范圍，如：76本章主要內(nèi)容高級(jí)繪圖語(yǔ)句低級(jí)繪圖語(yǔ)句交互繪圖語(yǔ)句其它繪圖語(yǔ)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(yǔ)法上的統(tǒng)一性，通過(guò)圖形語(yǔ)法來(lái)支持繪圖功能ggplot2可以避免諸如添加圖例等繁瑣的細(xì)節(jié)與很多統(tǒng)計(jì)軟件一樣，

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