R语言之ggplot2绘图序列一

1 什么是ggplot2

ggplot2是用于绘图的R语言扩展包，其理念根植于《Grammar of Graphics》一书。它将绘图视为一种映射，即从数学空间映射到图形元素空间。例如将不同的数值映射到不同的色彩或透明度。该绘图包的特点在于并不去定义具体的图形（如直方图，散点图），而是定义各种底层组件（如线条、方块）来合成复杂的图形，这使它能以非常简洁的函数构建各类图形，而且默认条件下的绘图品质就能达到出版要求。

2 与lattice包的比较

ggplot2和lattice都属于高级的格点绘图包，初学R语言的朋友可能会在二者选择上有所疑惑。从各自特点上来看，lattice入门较容易，作图速度较快，图形函数种类较多，比如它可以进行三维绘图，而ggplot2就不能。ggplot2需要一段时间的学习，但当你跨过这个门槛之后，就能体会到它的简洁和优雅，而且ggplot2可以通过底层组件构造前所未有的图形，你所受到的限制只是你的想象力。

建议两种绘图包都可以研究一下。如果时间紧张，需要在一两天之内为论文做一张图，那么推荐用lattice，如果时间充裕，推荐学习ggplot2。

3 基本概念

• 图层（Layer）：如果你用过photoshop，那么对于图层一定不会陌生。一个图层好比是一张玻璃纸，包含有各种图形元素，你可以分别建立图层然后叠放在一起，组合成图形的最终效果。图层可以允许用户一步步的构建图形，方便单独对图层进行修改、增加统计量、甚至改动数据。
• 标度（Scale）：标度是一种函数，它控制了数学空间到图形元素空间的映射。一组连续数据可以映射到X轴坐标，也可以映射到一组连续的渐变色彩。一组分类数据可以映射成为不同的形状，也可以映射成为不同的大小。
• 坐标系统（Coordinate）：坐标系统控制了图形的坐标轴并影响所有图形元素，最常用的是直角坐标轴，坐标轴可以进行变换以满足不同的需要，如对数坐标。其它可选的还有极坐标轴。
• 位面（Facet）：很多时候需要将数据按某种方法分组，分别进行绘图。位面就是控制分组绘图的方法和排列形式。

4 一个例子

下面用ggplot2包内带的汽车测试数据（mpg）来举个例子，用到的三个变量分别是发动机容量(displ)、高速公路上的每加仑行驶里数(hwy)、汽缸数目(cyl)。首先加载ggplot2包，然后用ggplot定义第一层即数据来源。其中aes参数非常关键，它将displ映射到X轴，将hwy映射到Y轴，将cyl变为分类数据后映射为不同的颜色。然后使用+号添加了两个新的图层，第二层是加上了散点，第三层是加上了loess平滑曲线。

library(ggplot2)
p <- ggplot(data=mpg,aes(x=displ,y=hwy,colour=factor(cyl)))
p + geom_point() + geom_smooth()

上图是对几种不同汽缸的数据分别平滑，如果需要对整体数据进行平滑，可将colour参数设置在散点图层内而非第一层，这样第三层的平滑图形就不会受到colour参数的影响。

p <- ggplot(mpg,aes(x=displ,y=hwy))
p + geom_point(aes(colour=factor(cyl))) + geom_smooth()