1.6 ggplot2图形语法

ggplot2是一个功能强大且灵活的R包，由Hadley Wickham编写，它可以生成优雅而实用的图形。ggplot2中的gg表示图形语法（grammar of graphic），这是一个通过使用“语法”来绘图的图形概念。ggplot2主张模块间的协调与分工，整个ggplot2的语法框架如图1-6-1所示，主要包括数据绘图部分与美化细节部分。R ggplot2图形语法的主要特点如下所示。

图1-6-1 ggplot2语法框架

（1）采用图层的设计方式，有利于结构化思维实现数据可视化。有明确的起始（ggplot()开始）与终止，图层之间的叠加是靠“+”实现的，越往后，其图层越在上方。通常一条geom_×××()函数或stat_×××()函数可以绘制一个图层。

（2）将表征数据和图形细节分开，能快速将图形表现出来，使创造性的绘图更加容易实现。而且通过stat_×××()函数将常见的统计变换融入绘图中。

（3）图形美观，扩展包（extension package）丰富，有专门调整颜色（color）、字体（font）和主题（theme）等辅助包。可以帮助用户快读定制个性化的图表。

ggplot2的绘图基本语法结构如图1-6-2所示。其中所需的图表输入信息如下所示。

图1-6-2 ggplot2绘图的基本语法结构

（1）ggplot()：底层绘图函数。DATA为数据集，主要是数据框（data.frame）格式的数据集；MAPPINGS变量的视觉通道映射，用来表示变量x和y，还可以用来控制颜色（color）、大小（size）或形状（shape）等视觉通道；STAT表示统计变换，与stat_×××()相对应，默认为"identity"（无数据变换）；POSITION表示绘图数据系列的位置调整，默认为"identity"（无位置调整），关于POSITION的具体内容可见第3章3.1节。

（2）geom_×××() | stat_×××()：几何图层或统计变换，比如常见的geom_point()（散点图）、geom_bar()（柱形图）、geom_histogram()（统计直方图）、geom_ boxplot()（箱形图）、geom_line()（折线图）等。我们通常使用geom_×××()函数就可以绘制大部分图表，有时候通过设定stat参数可以先实现统计变换。

可选的图表输入信息包括如下5个部分，主要是实现图表的美化与变换等。

（1）scale_×××()：度量调整，调整具体的度量，包括颜色（color）、大小（size）或形状（shape）等，跟MAPPINGS的映射变量相对应；

（2）coord_×××()：坐标变换，默认笛卡儿坐标系，还包括极坐标系、地理空间坐标系等；

（3）facet_×××()：分面系统，将某个变量进行分面变换，包括按行、列和网格等形式分面绘图，这部分内容具体可见第9章9.4节。

（4）guides()：图例调整，主要包括连续型和离散型两种类型的图例。

（5）theme()：主题设定，主要用于调整图表的细节，包括图表背景颜色、网格线的间隔与颜色等。