本系列是一個新的系列，在此係列中，我將和大家共同學習R語言。由於我對R語言的瞭解也甚少，所以本系列更多以一個學習者的視角來完成。 參考教材：《R語言實戰》第二版（Robert I.Kabacoff），書中所提到的[John Cook的優秀博文](https://www.johndcook.com/blog/r_language_for_programmers/)，關於程式碼規範的《[來自Google的R語言編碼風格指南](https://nanx.me/rstyle/)》。 [Toc] ## Part 1：圖形引數 ### Unit 1：點型和線型 `plot()`是R中為物件作圖的一個泛型函式，它的輸出由所繪製物件的型別不同而不同。如果`x`和`y`是兩個等長的數字向量，則以下程式碼將繪製點集$(x,y)$，並用線段將其連線。 ```R plot(x, y, type="b") ``` 這裡`type="b"`代表同時繪製點和線。還有以下的幾種`type`屬性的選擇： - `"p"`：只繪製點，不繪製線段。 - `"l"`：只繪製線段，不繪製點。 - `"b"`：繪製點和線，但實線不通過點。 - `"o"`：繪製點和線，且實線會通過點，與`"b"`的視覺效果不同。 - `"h"`：只繪製各點到$x$軸的豎線，不繪製點和線。 - `"s"`：繪製階梯型曲線。 - `"S"`：繪製階梯型區間，但是階梯方向不同。 - `"n"`：不繪製任何點、線。 在使用`plot()`作圖**之前**，可以使用`par()`函式修改圖形的引數，這個函式可以任意次呼叫。在使用`par()`修改圖形引數之前，往往會加入以下兩句： ```R opar <- par(no.readonly=TRUE) ... par(opar) ``` 當呼叫`par(opar)`後，將還原**預設引數環境**。 以下是用於指定符號和線條型別的引數： - `pch`：指定繪製點時使用的符號，範圍是$\{0,1,\cdots,25\}$。 - `cex`：指定符號的大小，表示繪圖符號相對於預設大小的縮放倍數，預設值是1。 - `lty`：指定線條型別，範圍是$\{1,2,\cdots,6\}$。 - `lwd`：指定線條寬度，表示之於預設值的相對粗細，預設值是1。 也可以直接在`plot`處加上這四個引數： ```R plot(x, y, type="b", pch=11, lty=2, cex=2, lwd=2) ``` ### Unit 2：顏色 以下是用於指定顏色的引數： - `col`：預設的繪圖顏色，可以傳入一個向量並迴圈使用。 - `col.axis`：座標軸刻度文字的顏色。 - `col.lab`：座標軸標籤文字的顏色。 - `col.main`：標題顏色。 - `col.sub`：副標題顏色。 - `fg`：圖形前景色，如座標軸線。 - `bg`：圖形背景色。 顏色的指定，可以用顏色下標、顏色名字、十六進位制顏色值、RGB值、HSV值來指定，函式`colors()`可以返回所有可用顏色的名稱（657種）。 可以用`rainbow(n)`建立一個$n$種連續的彩虹形顏色列表，可以用`gray(vector)`來獲得一個灰度色列表，常用的`vector=0:n/n`，是一個$[0,1]$之間的均勻列表。 `RColorBrewer`是一個用於建立顏色的常用包，其中`brewer.pal(n, name)`可以從調色盤`name`中建立一個顏色值的向量，以下程式段是一個`brewer.par()`函式的使用示例。 ```R library(RColorBrewer) n <- 9 mycolor <- brewer.pal(n, "Set1") # 使用的顏色集合是"Set1" barplot(rep(1,n), col = mycolor) ``` 可以使用`display.brewer.all()`顯示所有調色盤的顏色，或者`display.brewer.pal(name)`顯示某個調色盤的顏色。`brewer.pal.info`命令可以給出所有調色盤的列表。 ### Unit 3：文字 字型族和字樣通過以下引數進行控制。 - `cex`：相對預設大小的縮放倍數，預設值是1（代表以下一類，**不要直接呼叫**）。 - `cex.axis`：座標軸刻度文字的縮放倍數。 - `cex.lab`：座標軸標籤的縮放倍數。 - `cex.main`：標題的縮放倍數。 - `cex.sub`：副標題的縮放倍數。 - `font`：整數，指定字型樣式。$\{1,2,3,4,5\}$分別代表常規、粗體、斜體、粗斜體、符號字型（代表以下一類，不要直接呼叫）。 - `font.axis`：座標軸刻度文字的字型樣式。 - `font.lab`：座標軸標籤的字型樣式。 - `font.main`：標題的字型樣式。 - `font.sub`：副標題的字型樣式。 - `ps`：字型磅值，文字的最終大小為`ps*cex`。 - `family`：繪製文字時使用的字型族，標準取值為`serif`（襯線）、`sans`（無襯線）、`mono`（等寬）。 字型族的設定稍顯複雜，**在Windows系統中**，`mono`對映為TT Courier New，`sarif`對映為TT Times New Roman，`sans`對映為TT Arial，這裡TT指True Type。如果想要使用其他字型，需要建立新的對映，使用`windowsFonts()`和`windowsFont()`來建立。 ```R x <- c(20, 30, 40, 45, 60) y <- c(16, 20, 27, 40, 60) windowsFonts( A=windowsFont("Arial Black"), B=windowsFont("Bookman Old Style"), C=windowsFont("Comic Sans MS") ) par(pch=17, lty=6, cex=2, lwd=3) # 注意cex引數也會對文字產生影響 par(col='red') par(font.main=4, family="C", ps=6) plot(x, y, type="b", main="A Simple Try") ``` ### Unit 4：圖形尺寸與邊界尺寸 控制圖形尺寸和邊界大小的引數為： - `pin`：以英寸表示的圖形尺寸，是一個二元列表（寬和高）。 - `mai`：以數值向量表示的邊界大小，單位為英寸（下、左、上、右）。 - `mar`：以數值向量表示的邊界大小，單位為英分（下、左、上、右）。 ## Part 2：新增要素 ### Unit 1：新增標題和座標軸標籤 新增標題和座標軸標籤：使用`title()`函式，其呼叫格式為 ```R title(main="main title", sub="subtitle", xlab="x-axis label", ylab="y-axis label") ``` 可以在`title()`函式中新增其他圖形引數，如`col.main`、`col.lab`、`cex.lab`等。 ### Unit 2：添加個性化座標軸 如果要添加個性化的座標軸，通常要在`plot()`函式中設定一些圖形引數： - `ann`：取`FALSE`時，將不會畫出標題，包括主標題和副標題。 - `bty`：設定邊框樣式，預設為`"o"`表示全部畫出，還有`"l"`（左下）、`"7"`（右上）、`"c"`（上下左）、`"u"`（左下右）、`"]"`（上下右）、`"n"`（無）。 - `xaxs`和`yaxs`：設定$x, y$軸的範圍，預設為`"r"`表示比範圍略大，`"i"`表示和給定作圖範圍完全相同。 - `xaxt`和`yaxt`：可以取`"n"`，此時座標軸、刻度線和刻度值將不會畫出。 - `axes`：如果取`FALSE`，則所有座標軸和框線都不會被畫出。 新增自定義的座標軸：使用`axis()`函式，其呼叫格式為 ```R axis(side, at=, labels=, pos=, lty=, col=, las=, tck=, ...) ``` 各個引數的釋義為 - `side`：$\{1,2,3,4\}$，表示在圖形的哪一邊繪製座標軸（下、左、上、右）。 - `at`：數值型向量，表示需要繪製刻度線的位置。 - `labels`：字元型向量，刻度線旁的文字標籤，如果預設則直接使用`at`中的值。 - `pos`：座標軸線繪製位置的座標。 - `lty`：線條型別。 - `col`：線條和刻度線顏色。 - `las`：標籤平行於座標軸`=0`，垂直於座標軸`=2`。 - `tck`：刻度線的長度，以相對於繪圖區域大小的分數表示，預設為-0.01，負值表示在圖形外側。 ```R x <- c(20, 30, 40, 45, 60) y <- c(16, 20, 27, 40, 60) windowsFonts( A=windowsFont("Arial Black"), B=windowsFont("Bookman Old Style"), C=windowsFont("Comic Sans MS") ) par(pch=17, lty=6, cex=1, lwd=3) par(col='red') par(font.main=2, family="C", ps=12) plot(x, y, type="b", main="A Simple Try", yaxt="n") z <- c(20, 21, 22, 23, 24, 26, 28, 30, 35, 42, 50, 60) axis(4, at=z, labels=z, col.axis='blue', pos=50, las=2, lty=2, tck=-0.02, ) ``` ### Unit 3：新增圖例和參考線 要新增參考線，應當使用`abline()`函式，其使用格式為 ```R abline(h=yvalues, v=xvalues) ``` 這裡`h`代表新增水平參考線的高度位置，`v`代表新增垂直參考線的水平位置。可以在其中新增其他圖形引數。 要新增圖例，應當使用`legend()`函式，其使用格式為 ```R legend(location, title, legend, ...) ``` - `location`：指定圖例的位置，可以給定圖例左上角的$x,y$座標，也可以使用`locator(1)`用滑鼠點選，還可以使用`bottom, bottomleft, left, topleft, top, topright, right, bottomright, center`等關鍵字。 - `title`：圖例標題的字串。 - `legend`：圖例標籤組成的字元型向量。 以下給出書上的案例： ```R rm(list=ls()) 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 = T) 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=30, lwd=1.5, lty=2, col="gray") library(Hmisc) minor.tick(nx=3, ny=3, tick.ratio=0.5) # 新增次要刻度線 legend("topleft", inset=0.05, title="Drug Type", c("A", "B"), lty=c(1, 2), pch=c(15, 17), col=c("red", "blue")) par(opar) ``` ### Unit 4：新增輔助文字 文字新增可以通過函式函式`text()`，向圖形內部（通常是各個點）新增文字，使用格式為 ```R text(location, "text to place", pos, ...) ``` - `location`：文字的位置引數，可以是一對$(x, y)$座標，也可以通過`location=locator(1)`用滑鼠來確定擺放位置。 - `pos`：文字相對於位置引數的方位，$\{1,2,3,4\}$代表下、左、上、右。還可以追加指定引數`offset`作為偏移量。 還可以通過`mtext()`向圖形的四個邊界之一新增文字，使用格式為 ```R mtext("text to place", side, line=n, ...) ``` - `side`：指定擺放文字的邊，$\{1,2,3,4\}$代表下、左、上、右。 - `line`：內移或外移文字，值越大，文字外移的程度越大。 - `adj`：文字可以向左下對齊`=0`，或向右上對齊`=1`。 ## Part 3：圖形組合 規則排布：可以使用`par()`函式中的圖形引數`mfrow=c(nrows, ncols)`來建立按行填充的、行數為`nrows`、列數為`ncols`的圖形矩陣。以下案例書上的例項程式碼，資料集為R語言內建的`mtcars`。 ```R rm(list=ls()) opar <- par(no.readonly = T) par(mfrow=c(2, 2)) # 將繪圖區域分成四塊 attach(mtcars) plot(wt, mpg, main="Scatterplot of wt vs. mpg") # 第一個圖 plot(wt, disp, main="Scatterplot of wt vs. disp") # 第二個圖 hist(wt, main="Histogram of wt") # 第三個圖 boxplot(wt, main="Boxplot of wt") # 第四個圖 detach(mtcars) par(opar) ``` 複雜排布：可以使用`layout(matrix)`函式來組合圖形，這裡`matrix`給定了圖形的所在位置，如 $$ \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 2 & 3 \end{pmatrix} $$ 就代表第一幅圖位於第一行的1、2列，第二幅圖位於第二行第一列，第三幅圖位於第二行第二列。 ```R rm(list=ls()) opar <- par(no.readonly = T) attach(mtcars) mat <- matrix(c(1, 1, 2, 3), nrow=2, ncol=2, byrow=T) layout(mat) # 按照mat矩陣給出劃分 hist(wt, main = "Graph_1") hist(mpg, main = "Graph_2") hist(disp, main = "Graph_3") detach(mtcars) par(opar) ``` 為了精細控制每幅圖形的相對大小，可以在`layout()`函式中使用`widths`和`heights`兩個引數，它們分別是各列寬度值構成的向量與各行寬度值構成的向量。現在，在上述程式碼中加入這兩個引數。 ```R rm(list=ls()) opar <- par(no.readonly = T) attach(mtcars) mat <- matrix(c(1, 1, 2, 3), nrow=2, ncol=2, byrow=T) layout(mat, widths = c(3, 1), heights = c(1, 1.5)) # 按照mat矩陣給出劃分 hist(wt, main = "Graph_1") hist(mpg, main = "Graph_2") hist(disp, main = "Graph_3") detach(mtcars) par(opar) ``` 精細控制：可以使用`par()`函式的引數`fig`來精細控制，它接受四個$[0,1]$之間的數，分別代表圖形在視窗內所佔有矩形的四個端點。一般還要加入`new=TRUE`，使得新加入的圖形與原圖形位於同樣的畫布中。 注意，如果遇到`Error in plot.new(): figure margins too large`，則應當**修改引數**，這是因為由於裝置的原因，子圖所需的大小與設定的引數衝