技巧 | ggplot2绘图如何添加多块矩形框标注
在绘图时，对于需要进行强调的区域通常会使用矩形框对其高亮显示。本篇就来介绍在ggplot2绘图系统中，如何方便地添加多块矩形框。
「矩形函数」
在ggplot2工具包中，一共有三个矩形函数：geom_rect()、geom_tile()、geom_raster()。它们的帮助文档也在同一界面，其描述部分（Description）译成中文如下：
❝❞
geom_rect()和geom_tile()函数的功能是一致的，但是参数有所区别：geom_rect()使用的是矩形四个顶点的位置，即xmin、xmax、ymin和ymax，而geom_tile()使用的是矩形的中心位置及其尺寸，即x、y、width、height。geom_tile()是geom_tile()的特例，其要求所有矩形的尺寸相同。
下面分别使用geom_rect()和geom_tile()函数绘制矩形。
geom_rect()
library(ggplot2)
library(RColorBrewer)
ggplot() +
geom_rect(aes(xmin = c(0,1,2,5),
xmax = c(1,2,5,9),
ymin = 0, ymax = 2,
fill = I(brewer.pal(4, "Set3"))))
❝❞
在绘图时，
xmin参数的四个元素指定了四个矩形水平方向的起始位置，xmax参数则指定了它们水平方向的终止位置；由于四个矩形在垂直方向的起始、终止位置相同，因此ymin、ymax参数只需要一个元素。
geom_tile()
ggplot() +
geom_tile(aes(x = c(0.5,1.5,3.5,7), y = 1,
width = c(1,1,3,4), height = 2,
fill = I(brewer.pal(4, "Set3"))))
❝❞
该图与上一幅图效果一致。两个函数的参数可以进行如下换算：x = (xmin + xmax)/2，width = xmax - xmin；垂直方向同理。
「单个矩形标注」
例如，对如下图添加一个矩形标注。
p <- ggplot(mtcars) +
geom_point(aes(mpg, qsec, col = factor(vs))) +
labs(col = "vs") +
theme_bw() +
theme(text = element_text(family = "mono", size = 15))
p
col = brewer.pal(11, "RdYlGn")
p +
geom_rect(aes(xmin = 12, xmax = 30,
ymin = 16, ymax = 20),
fill = col[9], alpha = 0.03)
「多个矩形标注」
如果需要将高亮区域分为三块，分别使用不同颜色的矩形矩形标注。
p +
geom_rect(aes(xmin = c(12,15,25),
xmax = c(15,25,30),
ymin = 16, ymax = 20),
fill = col[7:9], alpha = 0.2)以上代码在运行时，会出现以下错误：
❝Error in
❞check_aesthetics():
! Aesthetics must be either length 1 or the same as the data (32): xmin and xmax
从报错信息上可以看出，这是因为全局数据mtcars共有32个样本，ggplot2绘图系统要求局部数据的样本量为1，或与全局数据一致；而在上面代码中，geom_rect()函数使用的局部数据的样本量为3。
针对这种情况，一种方法是使用三次geom_rect()函数来绘制三个矩形框，但是这种方法比较繁琐，且不具有一般性。
p +
geom_rect(aes(xmin = 12, xmax = 15,
ymin = 16, ymax = 20),
fill = col[9], alpha = 0.02) +
geom_rect(aes(xmin = 15, xmax = 25,
ymin = 16, ymax = 20),
fill = col[8], alpha = 0.02) +
geom_rect(aes(xmin = 25, xmax = 30,
ymin = 16, ymax = 20),
fill = col[7], alpha = 0.02)
另外一种方法是使用注释函数annotate()。关于注释函数的用法，在基础系列已经有所介绍，详见推文ggplot2 | 注释函数。
p +
annotate("rect", xmin = c(12,15,25), xmax = c(15,25,30),
ymin = 16, ymax = 20,
fill = col[9:7], alpha = 0.2)
在上述代码中，alpha参数用来调整透明度，数值在[0,1]之间，数值越小，透明度越高。但是可以看出，在geom_rect()函数中alpha = 0.02的透明效果还不如annotate()函数下的alpha = 0.2。暂时还不知道其原理。