用R语言进行数据可视化的综合指南(一)

让我们快速浏览一下这张图表:


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这张可视化数据图(最初用Tableau软件创建 )是如何利用数据可视化来帮助决策者的一个很好的例子。想象一下,如果这些信息通过表格来告诉投资者,你认为你会花多长时间来向他解释?


如今的世界里,随着数据量的不断增长,很难不用可视化的形式来呈现你数据里的全部信息。虽然有专门的工具,如Tableau, QlikView 和 d3.js,但没有任何东西能代替有很好可视化能力的建模/统计工具。尤其是它有助于做若干探索性数据分析和特征化工程。这就是R语言,它提供了令人难以置信的帮助。


R语言提供了令人满意的一套内置函数和库(如 ggplot2, leaflet, lattice)用来建立可视化效果以呈现数据。在本文中,我已经涉及了用R语言编程来创建既常见又先进的可视化效果的步骤。但是,在介绍那些之前,让我们快速浏览一下数据可视化简史。如果您对历史不感兴趣,没问题,您可以跳到下一节。


数据可视化简史

从历史来看,数据可视化的进化已经被著名的从业者在工作中完成了。威廉.普莱菲(William Playfair)是统计图形化方法的创始人。威廉.普莱菲发明了四种类型的图表:线图、经济学数据的柱状图、饼状图和圆图。约瑟夫·普里斯特利(Joseph Priestly)创建了第一个划时代的时间线图,其中的每一个柱形是用来显示一个人的寿命(1765)。没错,时间线图被发明于250年前,而不是Facebook发明的!


最著名的早期可视化数据是由Charles Minard所描绘的Napoleon’s March(俄法战争)。可视化数据中包含了随着时间的变化,气温对拿破仑入侵俄国产生广泛影响的信息。在图形中,值得注意的是,在二个维度上的六种类型数据,分别表示:拿破仑军队的数量,距离,温度,纬度和经度,行军方向和跟特定日期有关的位置。


弗洛伦斯·南丁格尔(Florence Nightangle)也是数据可视化的先驱。她用数据图表的方式描述了疾病对军队的死亡率的影响(1858)。琼恩·雪诺(John Snow)(不是《权力的游戏》里的人物)是把地图用在图表和空间分析的先驱。在1854年的伦敦,用这地图发现了霍乱疫情的源头与公共水泵有关,信息图帮助精确定位爆发源到某一个泵的位置。


用R语言进行数据可视化

在这篇文章中,我们将创建以下可视化效果:


基本可视化效果

1. 直方图

2. 条形图/线型图

3. 箱式图

4. 散点图


高级可视化效果

1. 热点图

2. 影像镶嵌图

3. 地图可视化

4. 3维图

5. 相关图


R语言 小窍门:


HistData软件包提供了一个小数据集,它很有趣并且在统计和数据可视化的历史上很重要。


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基本可视化效果


便签:

  1. 基本图形可以很容易地用R语言进行创建。绘图(plot)命令是要关注的命令。


2. 它的参数有x轴数据、y轴数据、x轴标签、y轴标签、颜色和标题。要创建线图,只需简单地使用参数,类型选择为l。


3. 如果你想要箱式图,你可以选用箱式图(boxplot),要条形图就用条形图函数。


1.直方图


基本上,直方图是将数据分解为一个个的小格子(或间隔),并显示它们的频率分布。您可以更改间隔,看看这样做对数据可视化可理解性的影响。


给您举个例子。


注意:我们使用的par(mfrow=c(2,5))命令,为的是清晰地把多个图放在同一页上(参看下面的代码)。


library(RColorBrewer)

data(VADeaths)

par(mfrow=c(2,3))

hist(VADeaths,breaks=10, col=brewer.pal(3,"Set3"),main="Set3 3 colors")

hist(VADeaths,breaks=3 ,col=brewer.pal(3,"Set2"),main="Set2 3 colors")

hist(VADeaths,breaks=7, col=brewer.pal(3,"Set1"),main="Set1 3 colors")

hist(VADeaths,,breaks= 2, col=brewer.pal(8,"Set3"),main="Set3 8 colors")

hist(VADeaths,col=brewer.pal(8,"Greys"),main="Greys 8 colors")

hist(VADeaths,col=brewer.pal(8,"Greens"),main="Greens 8 colors")


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请注意,如果间隔数少于被指定的颜色数,颜色会变成极值,如上图中的“Set3 8 colors”图。如果间隔数目超过了颜色的数目,则颜色会开始像在第一行中一样地重复出现。


2.条形图/线型图


线型图


下面的折线图显示了在给定时间内飞机乘客数的增长情况。折线图通常是分析一段时间内延伸趋势的首选。此外,当我们需要比较数量随着某种变量(例如时间)的相对变化时,线型图也是适用的。下面是代码:


plot(AirPassengers,type="l") #Simple Line Plot


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条形图


条形图适用于显示跨几个组别的累计汇总之间的比较。层叠图用于跨类别的条形图。下面是代码:


barplot(iris$Petal.Length) #Creating simple Bar Graph

barplot(iris$Sepal.Length,col = brewer.pal(3,"Set1"))

barplot(table(iris$Species,iris$Sepal.Length),col = brewer.pal(3,"Set1")) #Stacked Plot


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3. 箱式图


箱式图显示5个有统计学意义的数字,分别是最小数、第一四分数位、中位数、第三四分位数和最大数。因此,它在数据延伸的可视化上非常有用,还能得出相应的推论。下面是简单的代码:


boxplot(iris$Petal.Length~iris$Species) #Creating Box Plot between two variable



让我们来理解下面的代码:


在下面的例子中,我在屏幕上显示了4个图。通过使用~符号,我可以将(萼片的长度)的伸展是如何跨各种类别(的物种)进行可视化。我在最后的两个图中演示了调色板。调色板是一组颜色,用来使图标更有吸引力,而且能帮助在数据中创建醒目的区别。


data(iris)

par(mfrow=c(2,2))

boxplot(iris$Sepal.Length,col="red")

boxplot(iris$Sepal.Length~iris$Species,col="red")

oxplot(iris$Sepal.Length~iris$Species,col=heat.colors(3))

boxplot(iris$Sepal.Length~iris$Species,col=topo.colors(3))


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要了解更多关于R语言中调色板的使用,请参看http://decisionstats.com/2011/04/21/using-color-palettes-in-r/


4. 散点图(包括3D等功能


散点图有助于轻松地把数据可视化和进行简单的数据检查。这里有简单散点图和多元散点图的代码:


plot(x=iris$Petal.Length) #Simple Scatter Plot

plot(x=iris$Petal.Length,y=iris$Species) #Multivariate Scatter Plot


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散点图矩阵可以帮助将彼此交叉的多个变量可视化。


plot(iris,col=brewer.pal(3,"Set1"))


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您可能会想,我还没有把饼图列表成基本图形。这不是失误,而是我故意这么做的。这是因为,数据可视化专业人员不赞成使用饼图来表示数据。因为人的眼睛不能像目测线性距离那样精确地目测出圆的距离。只需要简单地把任何可用饼图表示的东西都用线图表示。但是,如果你喜欢饼图,可使用:


pie(table(iris$Species))


到这里为止,我们已经学过的所有图表列表如下:


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