R003 基础画图

R基础画图

1. 图形创建及保存

1.1 图形创建

> attach(mtcars)                        ### 绑定了数据框mtcars
> plot(wt,mpg)                          ###打开了一个图形窗口并生成了一幅散点图，横轴表示车身重量，纵轴为每加仑汽油行驶的英里数。
> abline(lm(mpg~wt))                    ###向图形添加了一条最优拟合曲线
> title("Regression of MPG on Weight")  ### 添加了标题
> detach(mtcars)                        ###为数据框解除了绑定

1.2 创建新的图形窗口

在通过执行如plot()、hist()（绘制直方图）或boxplot()这样的高级绘图命令来创建一幅新图形时，通常会覆盖掉先前的图形。在创建多个图形时为随时查看每一个，方法如下：
1）在创建新的图形之前，打开新的图形窗口

> ​​dev.new()
> plot()
> dev.new()
> hist()

2）​你可以通过图形用户界面来查看多个图形。在Mac上，你可以使用Quartz菜单中的“后退”（Back）和“前进”（Forward）来逐个浏览图形。在Windows上，这个过程分为两步。在打开第一个图形窗口以后，勾选“历史”（History）→“记录”（Recording）。然后使用菜单中的“上一个”（Previous）和“下一个”（Next）来逐个查看已经绘制的图形

1.3 dev类函数功能

• 在多个图形设备之间提供控制功能
• 所有的关于图形的操作都在一个设备中进行，即仅有一个设备是“活跃设备”；设备可以有各自的名字，同时有编号，从1到63； 空设备的编号始终是1
• null device：空设备，总是打开的，起着占位作用
• dev.list()：返回打开的设备的名单列表，但不包含空设备；
• dev.off()：关闭指定的设备（缺省情况下为当前设备）；当前设备被关闭后，若还有打开的设备，则紧接着下一个打开的设备变为当前设备；返回新打开的活跃设备的名字和编号。 注意设备1是不能被关闭的，即对设备1进行关闭操作是错误的；
• graphics.off()：关闭所有打开的设备；
• dev.set()： 指定一个特定的设备为活跃设备，但若没有那个指定的设备，等同于dev.next();若指定设备的值为1，则打开一个新的设备，并且指定那个设备为活跃设备。 返回新设备的名字和编号。
• dev.new()：打开一个新的设备。R中经常根据需要自动的打开新的设备，但也能使用跨平台的方式打开更多的设备；返回新设备的名字和编号。
• dev.cur()：查看当前的活跃设备；返回包含当前活跃设备名字和编号的向量；如果是返回值是1,空设备，即没有活跃设备。
• dev.next()：查看紧随当前活跃进程的下一个进程；返回其名字和编号。
• dev.prev()：查看当前活跃进程的前一个进程；返回其名字和编号。

2. 图形参数

2.1 图形参数分类

• readonly参数
  cin，cra，csi，cxy，din
• 仅能通过par()设定参数
  ask，fig，fin，lheight，mai，mar，mex，mfcol，mfrow，mfg，new，oma，omd，omi，pin，plt，ps，pty，usr，xlog，ylog
• 除了par()，也能在其他高级绘图函数中设定的参数
  如函数plot，points，lines，abline，title，text，axis，image，box，contour，rect，arrows等。

2.2 图形参数设置

par函数用于指定一幅图形的多个特征（字体、颜色、坐标轴、标签）。以这种方式设定的参数值除非被再次修改，否则将在会话结束前一直有效。其调用格式为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。

• par()函数

​> str(par())
#### str(objections)函数，也即structure，查看对象objections的内部结构​
List of 72
 $ xlog     : logi FALSE
 $ ylog     : logi FALSE
 $ adj      : num 0.5
 $ ann      : logi TRUE
 $ ask      : logi FALSE
 $ bg       : chr "white"
 $ bty      : chr "o"
 $ cex      : num 1
 $ cex.axis : num 1
 $ cex.lab  : num 1
 $ cex.main : num 1.2
 $ cex.sub  : num 1
 $ cin      : num [1:2] 0.15 0.2
 $ col      : chr "black"
 $ col.axis : chr "black"
 $ col.lab  : chr "black"
 $ col.main : chr "black"
 $ col.sub  : chr "black"
 $ cra      : num [1:2] 14.4 19.2
 $ crt      : num 0
 $ csi      : num 0.2
 $ cxy      : num [1:2] 0.0181 0.0507
 $ din      : num [1:2] 9.51 5.78
 $ err      : int 0
 $ family   : chr ""
 $ fg       : chr "black"
 $ fig      : num [1:4] 0 1 0 1
 $ fin      : num [1:2] 9.51 5.78
 $ font     : int 1
 $ font.axis: int 1
 $ font.lab : int 1
 $ font.main: int 2
 $ font.sub : int 1
 $ lab      : int [1:3] 5 5 7
 $ las      : int 0
 $ lend     : chr "round"
 $ lheight  : num 1
 $ ljoin    : chr "round"
 $ lmitre   : num 10
 $ lty      : chr "solid"
 $ lwd      : num 1
 $ mai      : num [1:4] 1.02 0.82 0.82 0.42
 $ mar      : num [1:4] 5.1 4.1 4.1 2.1
 $ mex      : num 1
 $ mfcol    : int [1:2] 1 1
 $ mfg      : int [1:4] 1 1 1 1
 $ mfrow    : int [1:2] 1 1
 $ mgp      : num [1:3] 3 1 0
 $ mkh      : num 0.001
 $ new      : logi FALSE
 $ oma      : num [1:4] 0 0 0 0
 $ omd      : num [1:4] 0 1 0 1
 $ omi      : num [1:4] 0 0 0 0
 $ page     : logi TRUE
 $ pch      : int 1
 $ pin      : num [1:2] 8.27 3.94
 $ plt      : num [1:4] 0.0862 0.9558 0.1764 0.8582
 $ ps       : int 12
 $ pty      : chr "m"
 $ smo      : num 1
 $ srt      : num 0
 $ tck      : num NA
 $ tcl      : num -0.5
 $ usr      : num [1:4] 0 1 0 1
 $ xaxp     : num [1:3] 0 1 5
 $ xaxs     : chr "r"
 $ xaxt     : chr "s"
 $ xpd      : logi FALSE
 $ yaxp     : num [1:3] 0 1 5
 $ yaxs     : chr "r"
 $ yaxt     : chr "s"
 $ ylbias   : num 0.2

• opar <- par(no.readonly=TRUE)

str(par(no.readonly=TRUE))
List of 66
 $ xlog     : logi FALSE
 $ ylog     : logi FALSE
 $ adj      : num 0.5
 $ ann      : logi TRUE
 $ ask      : logi FALSE
 $ bg       : chr "white"
 $ bty      : chr "o"
 $ cex      : num 1
 $ cex.axis : num 1
 $ cex.lab  : num 1
 $ cex.main : num 1.2
 $ cex.sub  : num 1
 $ col      : chr "black"
 $ col.axis : chr "black"
 $ col.lab  : chr "black"
 $ col.main : chr "black"
 $ col.sub  : chr "black"
 $ crt      : num 0
 $ err      : int 0
 $ family   : chr ""
 $ fg       : chr "black"
 $ fig      : num [1:4] 0 1 0 1
 $ fin      : num [1:2] 9.51 5.78
 $ font     : int 1
 $ font.axis: int 1
 $ font.lab : int 1
 $ font.main: int 2
 $ font.sub : int 1
 $ lab      : int [1:3] 5 5 7
 $ las      : int 0
 $ lend     : chr "round"
 $ lheight  : num 1
 $ ljoin    : chr "round"
 $ lmitre   : num 10
 $ lty      : chr "solid"
 $ lwd      : num 1
 $ mai      : num [1:4] 1.02 0.82 0.82 0.42
 $ mar      : num [1:4] 5.1 4.1 4.1 2.1
 $ mex      : num 1
 $ mfcol    : int [1:2] 1 1
 $ mfg      : int [1:4] 1 1 1 1
 $ mfrow    : int [1:2] 1 1
 $ mgp      : num [1:3] 3 1 0
 $ mkh      : num 0.001
 $ new      : logi FALSE
 $ oma      : num [1:4] 0 0 0 0
 $ omd      : num [1:4] 0 1 0 1
 $ omi      : num [1:4] 0 0 0 0
 $ pch      : int 1
 $ pin      : num [1:2] 8.27 3.94
 $ plt      : num [1:4] 0.0862 0.9558 0.1764 0.8582
 $ ps       : int 12
 $ pty      : chr "m"
 $ smo      : num 1
 $ srt      : num 0
 $ tck      : num NA
 $ tcl      : num -0.5
 $ usr      : num [1:4] 0 1 0 1
 $ xaxp     : num [1:3] 0 1 5
 $ xaxs     : chr "r"
 $ xaxt     : chr "s"
 $ xpd      : logi FALSE
 $ yaxp     : num [1:3] 0 1 5
 $ yaxs     : chr "r"
 $ yaxt     : chr "s"
 $ ylbias   : num 0.2

• par与opar
  readonly只读,no.readonly可修改
  no.readonly=TRUE,将par()中可修改的变量提取出来
  no.readonly=FALSE，par()默认参数为no.readonly=FALSE，也即将par()中所有变量提取出来

2.3 图形参数

2.3.1 符号及线条（point&lines）

• pch：point character，指定绘制点时使用的符号，数值区间为0~25
• cex：指定符号的大小，表示绘图符号相对于默认大小的缩放倍数
• lty：line type，指定线条类型，数值区间为1~6
• lwd：line width，线条宽度，也是以默认值的相对大小表示

2.3.2 颜色（color）

在R中，可以通过颜色下标、颜色名称、十六进制的颜色值、RGB值或HSV值来指定颜色。举例来说，col=1、col="white"、col="#FFFFFF"、col=rgb(1,1,1)和col=hsv(0,0,1)都是表示白色的等价方式。函数rgb()可基于红-绿-蓝三色值生成颜色，而hsv()则基于色相-饱和度-亮度值来生成颜色。

颜色参数设置

• col，默认绘图颜色
• col.axis：坐标轴刻度文字的颜色
• col.lab：labals，坐标轴刻度标签（名称）的颜色
• col.main：主标题颜色
• col.sub：subsidy，副标题颜色
• fg：foreground，前景色
• bg：background，背景色

创建连续型颜色向量的函数

• rainbow()
• heat.colors()
• terrain.colors()
• topo.colors()
• cm.colors()
• RColorBrewer：创建吸引人的颜色配对

2.3.3 文本属性

字号

• cex
• cex.axis
• cex.lab
• cex.main
• cex.sub

字体（font）

• font：整数，用于指定绘图使用的字体格式，其中1=常规，2=粗体，3=斜体，4=粗斜体，5=符号字体
• font.axis
• font.lab
• font.main
• font.sub
• ps：字体的磅值，文本的大小为ps*cex
• family：绘制文本使用的字体族，serif（衬线），sans（无衬线），mono（等宽）

2.3.4 图形尺寸及边界尺寸

• pin：以英寸表示的图形尺寸（宽和高）
• mai：以数值向量表示的边界大小，顺序为（下，左，上，右），单位为英寸
• mar：margins，绘图边距，以数值向量表示的边界大小，顺序为（下，左，上，右），单位为英分，默认值为c(5,4,4,2)+0.1
• mpa：main plot area主绘图区
• oma：out of margin，外围边距

2.3.5 添加文本、自定义坐标轴和图例

• title()函数：为图形添加标题和坐标轴标签

• axis()函数：创建自定义的坐标轴
  side：表示图形的那边绘制坐标轴，1=下，2=左，3=上，4=右
  at：数值型向量，表示需要绘制刻度线的位置
  labels：字符型向量，表示置于刻度线旁边的文字标签
  pos：坐标轴线绘制位置的坐标（也即与另一条坐标轴相交位置的值）
  lty：线条类型
  col：线条和刻度线颜色
  las：标签是否平行（las=0）或垂直（las=2）于坐标轴
  tck：刻度线长度，以相对绘图区域的大小的分数表示，负值表示在图形外侧，正值表示在内侧，0表示禁用刻度，默认值是-0.01，1表示绘制网格线
  axes=FALSE，禁用所有坐标轴，以便使用axes()加入自定义坐标轴
  xaxt=“n”，yaxt=“n”，禁用x，y轴，，仅去除刻度，但会保留框架线
  frame.plot=TRUE,保留坐标轴框架线
  ann=FALSE，去除坐标轴标签
  minor.tick()函数：来自于Hmisc包，用于创建次要刻度线

• 参考线abline()函数

• abline()函数：为图形添加参考线，abline(h=yvalues,v=xvalues)
  h，即horizontal，横线
  v，即vertical，纵线
  abline()函数支持修改颜色，线型等，操作如前述。
  
  plot()在调用时，创建的是一副新图；abline()、lines()是在新图的基础上添加图形信息，并不会产生新的图形；abline()的做的回归线，对象是回归模型；lines()是普通的绘线函数，其对象是（X,Y）点坐标。

• 图例 legend函数

• legend函数：当图形中包含的数据不止一组时，图例可以帮助你辨别出每个条形、扇形区域或折线各代表哪一类数据
  legend(x, y = NULL, legend, fill = NULL, col = par("col"),
  border = "black", lty, lwd, pch,
  angle = 45, density = NULL, bty = "o", bg = par("bg"),
  box.lwd = par("lwd"), box.lty = par("lty"), box.col = par("fg"),
  pt.bg = NA, cex = 1, pt.cex = cex, pt.lwd = lwd,
  xjust = 0, yjust = 1, x.intersp = 1, y.intersp = 1,
  adj = c(0, 0.5), text.width = NULL, text.col = par("col"),
  text.font = NULL, merge = do.lines && has.pch, trace = FALSE,
  plot = TRUE, ncol = 1, horiz = FALSE, title = NULL,
  inset = 0, xpd, title.col = text.col, title.adj = 0.5,
  seg.len = 2)

参数	含义
x, y	x,y用于定位图例，也可用单键词"bottomright", "bottom", "bottomleft", "left", "topleft", "top", "topright", "right" and "center"
legend	字符或表达式向量
fill	用特定的颜色进行填充
col	图例中出现的点或线的颜色
border	当fill = 参数存在的情况下，填充色的边框
lty, lwd	图例中线的类型与宽度
pch	点的类型
angle	阴影的角度
density	阴影线的密度
bty	图例框是否画出，o为画出，默认为n不画出
bg	bty != "n"时，图例的背景色
box.lty, box.lwd, box.col	bty = "o"时，图例框的类型，box.lty决定是否为虚线，box.lwd决定粗线，box.col决定颜色
pt.bg	点的背景色
cex	字符大小
pt.cex	点的大小
pt.lwd	点的边缘的线宽
x.intersp	图例中文字离图片的水平距离
y.intersp	图例中文字离图片的垂直距离
adj	图例中字体的相对位置
text.width	图例字体所占的宽度
text.col	图例字体的颜色
text.font	图例字体
merge	logical, if TRUE，合并点与线，但不填充图例框，默认为TRUE
trace	logical; if TRUE显示图例信息
plot	logical. If FALSE不画出图例
ncol	图例中分类的列数
horiz	logical; if TRUE,水平放置图例
title	给图例加标题
inset	当图例用关键词设置位置后，inset = 分数，可以设置其相对位置
xpd	xpd=FALSE，即不允许在作图区域外作图，改为TRUE即可，与par()参数配合使用
title.col	标题颜色
title.adj	图例标题的相对位置，0.5为默认，在中间。0最左，1为最右
seg.lenlty	与lwd的线长，长度单位为字符宽度

• 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

参考
1.卡巴科弗. R语言实战[M]. 人民邮电出版社, 2013.