ggplot2基础（5）——配色与图例

参考《R数据可视化手册》、《R绘图：一文了解ggplot2颜色的设置》、《ggplot2图例设置》、《Continuous colour bar guide》、《ggplot2学习笔记——图例系统及其调整函数》

在ggplot2中颜色是一个图形属性(aesthetic)。一般而言我们会将数据中的某个属性映射为颜色，以便于在帮助读者来理解图片的内容，而在R中，变量可以分为以下几种：

• 连续变量
• 离散变量

其中离散变量又可以分为

• 有序的分类变量
• 无序的分类变量

对于不同类型的变量，我们可以使用不同的方法进行映射

查看R中的颜色名称可以使用colors()函数

1 颜色

1.1连续型变量的映射函数

填充色函数

填充色函数包括

• scale_fill_gradient() 两色渐变
• scale_fill_gradient2() 三色渐变
• scale_fill_gradientn() 等间隔的n种颜色的渐变色
• scale_fill_viridis_c() viridis调色板

轮廓色函数

轮廓色函数包括：

• scale_colour_gradient() 两色渐变
• scale_colour_gradient2() 三色渐变
• scale_colour_gradientn() 等间隔的n种颜色的渐变色
• scale_colour_viridis_c() viridis调色板

在使用两色渐变的时候，需要指定参数low和high；
在使用三色渐变的时候，还需要指定参数mid；
使用间隔n中间色渐变的时候，需要指定colous；

viridis调色板是对色盲友好的调色板，ggplot2（3.0.0）附带了该调色板

library(ggplot2)
library(scales)
library(cowplot)


p <- ggplot(mtcars, aes(x = wt, y = mpg, colour=disp)) + 
    geom_point(size=3)

p1 <- p + scale_colour_gradient(low="black", high="white")

p2 <- p + scale_colour_gradient2(low=muted("red"), mid="white", high=muted("blue"), midpoint=10)

p3 <- p + scale_colour_gradientn(colours=c("darkred", "orange", "yellow", "white"))

p4 <- p + scale_colour_viridis_c()

plot_grid(p, p1, p2, p3, p4)

image.png

1.2 离散型变量的映射函数

填充色函数

• scale_fill_discrete()/scale_fill_hue 色轮周围均匀等距色
• scale_fill_grey() 灰度调色板
• scale_fill_viridis_d() viridis调色板
• scale_fill_brewer() ColorBrewer调色板
• scale_fill_manual() 自定义颜色

轮廓色函数

• scale_colour_discrete()/scale_colour_hue 色轮周围均匀等距色
• scale_colour_grey() 灰度调色板
• scale_colour_viridis_d() viridis调色板
• scale_colour_brewer() ColorBrewer调色板
• scale_colour_manual() 自定义颜色

先看几个简单的例子：

library(ggplot2)
library(scales)
library(cowplot)


p <- ggplot(mtcars, aes(x = wt, y = mpg, colour=factor(cyl))) + 
    geom_point(size=3)

p1 <- p + scale_colour_viridis_d()

p2 <- p + scale_colour_hue(l=45)

p3 <- p + scale_colour_brewer(palette = "Oranges")

p4 <- p + scale_colour_grey()

plot_grid(p, p1, p2, p3, p4)

image.png

最后重点说一下自定义调色板，在使用自定义调色板的时候，需要指定参数values，需要注意的是values参数在指定过程中，其颜色的数量需要与离散变量的数量相一致，不过不想使用默认的颜色顺序，也可在values中指定。

library(viridis)

p <- ggplot(mtcars, aes(x = wt, y = mpg, colour=factor(cyl))) + 
    geom_point(size=3)

p1 <- p + scale_colour_manual(values=c("red", "blue", "yellow"))

p2 <- p + scale_colour_manual(values=c("6"="red", "8"="blue", "4"="yellow"))

p3 <- p + scale_colour_manual(values=viridis(3))

plot_grid(p, p1, p2, p3)

image.png

2 图例

对于图例的操作，主要涉及三类函数，分别是：

• guides()
• theme()
• scale_fill_****()和scale_colour_****()

2.1 guide()

guides()函数的定义为：

guides(
    colour/fill = guide_colorbar()/guide_legend(),
    size = guide_legend(),
    shape = guide_legend(),
    linetype = guide_legend(),
    alpha = guide_legend()
)

其中guide_colorbar()主要用于处理连续型变量，guide_legend()用于处理离散型变量。

guide_colorbar()函数的定义为：

guide_colorbar(
    title = waiver(),
    title.position = NULL,
    title.theme = NULL,
    title.hjust = NULL,
    title.vjust = NULL,
    label = TRUE,
    label.position = NULL,
    label.theme = NULL,
    label.hjust = NULL,
    label.vjust = NULL,
    barwidth = NULL,
    barheight = NULL,
    nbin = 300,
    raster = TRUE,
    frame.colour = NULL,
    frame.linewidth = 0.5,
    frame.linetype = 1,
    ticks = TRUE,
    ticks.colour = "white",
    ticks.linewidth = 0.5,
    draw.ulim = TRUE,
    draw.llim = TRUE,
    direction = NULL,
    default.unit = "line",
    reverse = FALSE,
    order = 0,
    available_aes = c("colour","color", "fill")
    ...
)

在此只介绍一些比较重要的参数：

• title 图例的标题
• title.position 图例的位置
• title.theme 通过element_text()函数设置图例标题文字的大小、字体、颜色、倾斜角度等样式
• label 是否显示图例
• label.position 图例标签的位置
• label.theme 通过element_text()函数设置图例标签文字的大小、字体、颜色、倾斜角度等样式
• barwidth与barheight 使用unit()函数设置图例的宽度和高度
• ticks 色条上的刻度是否可见
• draw.ulim和draw.llim 上下刻度线是否可见
• direction 图例水平放置还是垂直放置，可以设置为"horizontal"或"vertical"
• reverse 图例刻度的顺序是否颠倒
• order 多类图例时，图例的排序

guide_legend()函数的定义为：

guide_legend(
    title = waiver(), 
    title.position = NULL, 
    title.theme = NULL, 
    title.hjust = NULL, 
    title.vjust = NULL, 
    label = TRUE, 
    label.position = NULL, 
    label.theme = NULL, 
    label.hjust = NULL, 
    label.vjust = NULL, 
    keywidth = NULL, 
    keyheight = NULL, 
    direction = NULL, 
    default.unit = "line", 
    override.aes = list(), 
    nrow = NULL, 
    ncol = NULL, 
    byrow = FALSE, 
    reverse = FALSE, 
    order = 0, 
    ...
) 

其中绝大多数参数与guide_colorbar相一致，差别在于：

• key.width/key.height/key.size 用于控制图例中小矩形块（key）的宽、高、大小

library(ggplot2)
library(scales)
library(cowplot)


p <- ggplot(mtcars, aes(x = wt, y = mpg, colour=disp, shape=factor(cyl))) + 
    geom_point(size=3)
    

p1 <- p +
    guides(
        color = guide_colorbar(
            title = "Legend 1",
            ticks = FALSE,
            label.position='left',
            order = 2,
        ),
        shape = guide_legend(
            title = "Legend 2",
            label.position='top',
            order = 1,
        )
    )

p2 <- p +
    guides(
        color = guide_colorbar(
            title = "Legend 1",
            ticks = FALSE,
            label.position='left',
            reverse = TRUE,
            order = 1,
        ),
        shape = guide_legend(
            title = "Legend 2",
            label.position='top',
            order = 2
        )
    )

plot_grid(p, p1, p2)

image.png

2.2 theme()

在主题中，也能够对图例进行一定的设置，其参数为以legend开头的一些参数，包括：

• legend.background 图例的背景色，使用element_rect()进行设置
• legend.margin 图例的边界
• legend.spacing 图例间的空距，使用unit()进行设置
• legend.spacing.x
• legend.spacing.y
• legend.key 图例符号
• legend.key.size 图例符号的大小
• legend.text 图例文本标签
• legend.text.align 图例文本标签的对齐方式（0为左对齐，1为右对齐）
• legend.title 图例标题，使用element_text()进行设置
• legend.title.align 图例标题的对齐方式
• legend.position 图例位置（"none", "top", "bottom", "left", "right"）
• legend.direction 图例水平放置还是垂直放置，可以设置为"horizontal"或"vertical"
• legend.justification 图例居中的方式
• legend.box 多图例的排列方式，可以设置为"horizontal"或"vertical"
• legend.box.just 多图例的居中方式
• legend.box.margin
• legend.box.background
• legend.box.spacing

其中需要说明的是：

• legend.position除了可以设置为"none", "top", "bottom", "left", "right"外，还可以设置为c(x, y)的形式，x/y的取值范围为(0,1)，其中图片的左下角为(0, 0)，右上角为(1, 1)；而legend.justification用来设定图例的那个点放置到legend.position所指定的坐标上（默认为(0.5, 0.5)）

library(ggplot2)
library(scales)
library(cowplot)


p <- ggplot(mtcars, aes(x = wt, y = mpg, colour=disp, shape=factor(cyl))) + 
    geom_point(size=3)

p1 <- p + theme(
        legend.position = c(1,0), 
        legend.justification=c(1,0),
        
    )

p2 <- p1 + theme(
    legend.background = element_blank(),
    legend.key = element_blank(),
    legend.title = element_text(
        face = "italic",
        color = "red",
        size = 14,
    )
)

plot_grid(p, p1, p2)

image.png

2.3 scale_fill_****()和scale_colour_****()

这两个函数在颜色部分已经做了比较细致的介绍了，在此只介绍一些和图例相关的设置

• labs 图例的标签名称
• limits 可以用于设置类别的顺序