第三章 图形初阶

3.3 图形参数

通过修改图形参数来自定义一幅图形的多个特征（字体、颜色、坐标轴、标签）

1、使用par()

个人为记忆这些函数会选择匹配下他们对应的单词，我认为这个par是单词parameter的缩写，其中文意思就是参数、参量的意思。调用该函数的格式为

par(optionname=value,optionname=name,…)

不加参数地执行par()将生成一个含有当前图形参数设置的列表。添加参数no.readonly=TRUE可以生成一个可以修改的当前图形参数列表。

举例：

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 = TRUE) #复制了一份当前的图形参数设置

#将默认的线条类型修改为虚线（lty=2）,将默认的点符号改为了实心三角（pch=17）
par(lty=2, pch=17) 

plot(dose, drugA, type="b")# 绘制了图形
par(opar) #还原了原始设置

Rplot03

2、高级绘图函数直接提供optionname=value的键值对。

plot(dose, drugA, type="b", lty=2, pch=17)

这样做出来的图和上面一样。

注意：并不是所有的高级绘图函数都允许指定全部可能的图形参数。你需要参考每个特定绘图函数的帮助文档以确定哪些参数可以以这种方式设置。

3.3.1 符号和线条

图1

符号21-25，可以指定边界颜色（col=）和填充色（bg=）

图2

3.3.2 颜色

用于指定颜色的参数

R中有一些自带的配色函数比如：rainbow()、gray()等，举例来说，rainbow(10)可以生成10种连续的“彩虹型”颜色。当然还有一些专门的配色R包，比如RColorBrewer，想学习这个R包，可以查看下我的上一个推送内容~

n <- 10
mycolor <- rainbow(n)
pie(rep(1,n), labels = mycolor, col = mycolor)

mygray <- gray(0:n/n)
pie(rep(1,n), labels = mygray, col = mygray)

注意：多阶灰度色可使用gray()函数生成。这时要通过一个元素值为0和1之间的向量来指定各颜色的灰度。gray(0:10/10)将生成10阶灰度色。

Rplot04

Rplot05

3.3.3 文本属性

用于指定文本大小的参数

用于指定字体族、字号和字样的参数

par(font.axis = 1, cex.axis = 2, font.lab =4, cex.lab = 2)
plot(dose, drugA, type = 'b', lty = 3, lwd = 3, pch = 15, cex = 2)

par(font.axis = 1, cex.axis = 2, font.lab =4, cex.lab = 1)
plot(dose, drugA, type = 'b', lty = 3, lwd = 3, pch = 15, cex = 2)

Rplot07

Rplot06

上面两个图，对比了cex.lab的作用，就是控制坐标轴名称（dose drugA）的缩放倍数。

3.3.4 图形尺寸与边界尺寸

用于控制图形尺寸和边界大小的参数

3.4 添加文本、自定义坐标轴和图例

除了图形参数，许多高级绘图函数（例如plot、hist、boxplot）也允许自行设定坐标轴
和文本标注选项。例如：添加了标题（main）、副标题（sub）、坐标轴标签（xlab、ylab）并指定坐标轴范围（xlim、ylim）。

plot(dose, drugA, type = 'b',
     col = 'red', lty = 2, pch = 2, lwd  = 2,
     main = 'Clinical Trials for drugA',
     sub = 'hurry',
     xlab = 'Dosage',
     ylab = 'Durg response',
     xlim = c(0,60),
     ylim = c(0,70))

Rplot08

注意：

1、再次提醒，并非所有函数都支持这些选项。请参考相应函数的帮助以了解其可以接受哪些选项。

2、 某些高级绘图函数已经包含了默认的标题和标签。你可以通过在plot()语句或单独 的par()语句中添加ann=FALSE来移除它们。

3.4.1 标题

title()函数为图形添加标题和坐标轴标签，亦可指定其他图形参数（如文本大小、字体、旋转角度和颜色）。如下代码：

plot(dose, drugA, type = 'b',
     col = 'red', lty = 2, pch = 2, lwd  = 2,
     main = 'Clinical Trials for drugA',
     sub = 'hurry',
     xlab = 'Dosage',
     ylab = 'Durg response',
     xlim = c(0,60),
     ylim = c(0,70), ann = F) #注意这里虽然设置了标题等参数，但我使用ann=F移除了
title(main = 'my title',col.main = 'red',cex.main = 3,
      sub = 'my sub', col.sub = 'yellow',cex.sub = 2,
      xlab = 'xlab',ylab = 'ylab',
      col.lab = 'blue', cex.lab = 2)

Rplot09

对比以下这个图和前一张图的区别就知道title()函数的作用了~

函数title()一般被用于添加信息到一个默认标题和坐标轴标签被ann=FALSE选项吸除的图形中。

3.4.2 坐标轴

函数axis()来创建自定义的坐标轴，而非使用R中的默认坐标轴。

axis(side, at=, labels=, pos=, lty=, col=, las=, tck=, ...)

坐标轴选项

创建自定义坐标轴时：

1、应当先禁用高级绘图函数自动生成的坐标轴。参数axes=FALSE将禁用全部坐标轴（包括坐标轴框架线，除非你添加了参数frame.plot=TRUE）。

2、参数xaxt="n"和yaxt="n"将分别禁用X轴或Y轴（会留下框架线，只是去除了刻度）。

# 生成数据
x <- c(1:10)
y <- x
z <- 10/x

# 保存当前的图形参数设置
opar <- par(no.readonly = TRUE)

# 增加边界大小，右侧多加了6英分。
par(mar = c(5,4,4,8)+0.1)

#绘制x对y的图形
plot(x,y,type = 'o',
     pch = 21, col = 'red',
     yaxt = 'n', lty = 1, ann = FALSE) #禁用y轴+移除默认标题和标签
     
# 添加x对1/x的线
lines(x, z, type = 'b', pch = 22, col = 'blue', lty = 2)

# 在左侧绘制y轴
axis(2,at = y, labels = y, col.axis = 'red', las  = 0)

# 在右侧绘制z值的轴
axis(4, at = z, labels = round(z,3), col.axis = 'blue', las = 2, cex.axis = 0.7, tck = -0.01)

# 添加标题和文本
mtext('y=1/x', side = 4, line = 3, cex.lab = 1, las = 2, col = 'blue')
title(main = 'an example of creative axes',
      xlab = 'X values',
      ylab = 'Y=X')
par(opar)# 还原默认图形参数

Rplot10

line()语句，你可以为一幅现有图形添加新的图形元素。

函数mtext()用于在图形的边界添加文本。

3.4.3 参考线

函数abline()可以用来为图形添加参考线。其使用格式为：

abline(h = yvalues, v = xvalues)

h(horizontal水平线)、v(vertical垂直线)

abline(v = seq(1, 10, 2), lty = 2, col = "blue", lwd = 3)

上面代码的意思是x为1、3、5、7、9的位置添加了垂直的宽度为默认3倍的蓝色虚线

3.4.4 图例

legend()函数，格式如下

legend(location, title, legend, ...)

图例选项

书上有一幅图，我还原了下

library(Hmisc) # 这个包是添加次要刻度线的包。

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 = TRUE)

plot(dose, drugA,type = 'b', pch = 15, lty = 1,
     xlim = c(20,60), xlab = 'Drug Dosage',
     ylim = c(0, 60), ylab = "Drug Response")
lines(dose, drugB, type = 'b',pch = 17, lty = 2)
abline(h = c(30), lty = 3)
title(main = 'Drug A vs. Drug B')
# minor.tick函数是Hmisc包的函数，nx和ny分别指定x和y轴每两条主刻度线之间通过次刻度# 线划分得到的区间数；tick.ratio代表次要刻度线相对于主刻度线的大小比例。
minor.tick(nx = 3, ny = 3, tick.ratio = 0.5) 
legend(x = 20,y = 60, title = 'Drug Type', legend = c('A','B'), 
       pch = c(15, 17), lty = c(1, 2))

par(opar)

Rplot11

这次我们用关键词"topleft"来决定图例的位置

plot(dose, drugA,type = 'b', pch = 15, lty = 1,
     xlim = c(20,60), xlab = 'Drug Dosage',
     ylim = c(0, 60), ylab = "Drug Response")
lines(dose, drugB, type = 'b',pch = 17, lty = 2)
abline(h = c(30), lty = 3)
title(main = 'Drug A vs. Drug B')
minor.tick(nx = 3, ny = 3, tick.ratio = 0.5)
legend('topleft', inset = 0.5,title = 'Drug Type', legend = c('A','B'), 
       pch = c(15, 17), lty = c(1, 2))

Rplot12

我们可以发现参数inset=的含义是图例的左上角坐标向图形内部移动的大小。=0.5代表移到图形内部正中。

3.4.5 文本标注

text()向绘图区域内部添加文本

mtext()向图形的四个边界之一添加文本

text(location, labels = 'text to place', pos, ...)
mtext('text to place', side, line = n, ...)

函数text()和mtext()的选项

其他常用选项：cex、col、font分别用来调整字号、颜色和字体样式。

注意：除了用来添加文本标注以外，text()函数也通常用来标示图形中的点。我们只需指定一系列的x, y坐标作为位置参数，同时以向量的形式指定要放置的文本。x、y和文本标签向量的长度应当相同。

with(mtcars,{
    plot(wt, mpg,
         pch = 18,
         xlab = "Weight",
         ylab = "Mileage",
         main = "Mileage vs. Car Weight")
    text(wt, mpg,  #一系列的xy坐标轴
         labels = row.names(mtcars), # 放置的文本内容（以向量形式）
         pos = 4, #放置的文本相对于位置参数的方位，4表示右。
         offset = 1, #指定了方位后该参数表示偏移量，=1代表偏移1个字符宽度
         cex = 0.6, #设置字体相对默认值缩放倍数
         col = 'red')#设置字体颜色
    mtext('边界放置文字', #想在边界加的文字
          side = 4, #指定哪个边界（1下，2左，3上，4右）
          line = 1) #添加的文字在边线上的位置，从0开始向外数，=1代表向外数1，-1代                     #表向内数1
})

Rplot14

3.5 图形的组合

使用函数par()或layout()可以容易地组合多幅图形为一幅总括图形。

1、par()函数中使用图形参数mfrow=c(nrows, ncols)来创建按行填充、行数为nrows、列数为ncols的图形矩阵。另外，可以使用nfcol=c(nrows, ncols)按列填充矩阵。

par = par(no.readonly = TRUE)
par(mfrow = c(2,2))
with(mtcars,{
    plot(wt,mpg)
    plot(wt, disp)
    hist(wt)
    boxplot(wt)
})
par(opar)

Rplot15

2、layout()函数调用形式为layout(mat)，其中的mat是一个矩阵，它指定了所要组合的
多个图形的所在位置。

layout(matrix(c(1,1,2,3),2,2,byrow = TRUE))
with(mtcars,{
    plot(wt,mpg)
    plot(wt, disp)
    hist(wt)
})

Rplot16

这个代码就是把第一幅图放于第一行，令两幅放在第二行。可以这样理解，先运行下layout里面的代码：

matrix(c(1,1,2,3),2,2,byrow = TRUE)
##       [,1] [,2]
## [1,]    1    1
## [2,]    2    3

这个数字就是我们对应的第1，2，3副图，第一行只有1，那就是放第一幅图。

3、接下来探索下，如何人为控制合并的图形中的宽与高。

layout()的两个参数：widths=和heights=

• widths = 各列宽度值组成的一个向量
• heights = 各行高度值组成的一个向量

Tips：相对宽度可以直接通过数值指定，绝对宽度（以厘米为单位）可以通过函数lcm()来指定。

练习：将一幅图形置于第1行，两幅图形置于第2行。但第1行中图形的高度是第2行中图形高度的三分之一。除此之外，右下角图形的宽度是左下角图形宽度的四分之一：

layout(matrix(c(1,1,2,3),2,2,byrow = TRUE),
       heights = c(1,2),  # 设置上下高度比为1：2
       widths = c(3,1))   # 设置左右宽度比为3：1
with(mtcars,{
    plot(wt,mpg)
    plot(wt, disp)
    hist(wt)
})

Rplot17

图形布局的精细控制

精细控制需要用到函数par()中的参数fig=

练习：在散点图上添加两幅箱线图。

opar = par(no.readonly = T)
#画散点图
par(fig = c(0,0.8,0,0.8))
plot(mtcars$wt, mtcars$mpg,
     xlab = "wt",
     ylab = 'mpg')
     
#向右侧加箱线图
par(fig = c(0.7,1,0,0.8),new = TRUE)
boxplot(mtcars$mpg, axes = FALSE)

#向上方加箱线图
par(fig = c(0,0.8,0.5,1),new = TRUE)
boxplot(mtcars$wt, horizontal = TRUE, axes = FALSE)

#添加标题
mtext("生信知识笔记", 
      side = 3,  #指定文字添加在上方
      cex = 2,    #文字大小是默认的2倍
      line = -2)  #与边界的距离向内数2
par(opar)

Rplot18

理解这幅图需要理解绘图区域：试想完整的绘图区域：左下角坐标为(0,0)，而右上角坐标为(1,1)。下图是一幅示意图。参数fig=的取值是一个形如c(x1, x2, y1, y2)的数值向量。

2

第一个fig=将散点图设定为占据横向范围0_{0.8，纵向范围0}0.8。上方的箱线图横向占据0_{0.8，纵向0.5}1。右侧的箱线图横向占据0.7_1，纵向00.8。fig=默认会新建一幅图形，所以在添加一幅图到一幅现有图形上时，请设定参数new=TRUE。

我将参数选择为0.5而不是0.8，这样上方的图形就不会和散点图拉得太远。类似地，我选择了参数0.7以拉近右侧箱线图和散点图的距离。你需要不断尝试找到合适的位置参数。尝试过程中有可能会报错“Error in plot.new(): figure margins too large”。多试几次。

小结

1、掌握par(mfrow=c(nrows, ncols))、layout(mat, heights = vector, widths = vector)、par(fig=c(x1,x2,y1,y2))这些参数的应用

2、基础的绘图包理解就好，现在画图大多都用ggplot2

参考资料：R语言实战第2版