ggplot2

• ggplot2: Elegant Graphics for Data Analysis
• The R Graph Gallery
  • 色々なグラフの例とコード

基本的な使い方

使い方の例

set.seed(7)
data_df <- 
  data.frame( var1 = 1:10,
              var2 = rnorm(10),
              var3 = rep(LETTERS[1:3], length.out = 10))

ggplot(data = data_df) +
  geom_point(aes(x = var1, y = var2, color = var3)) +
  geom_line(aes(x = var1, y = var2, color = var3))

ggplot() 関数で ggplot オブジェクトを作成し、その ggplot オブジェクトに対して、 + 演算子を使って作図したいグラフの種類（geom_*() 関数）を指定する。 geom_*() 関数の中で aes() 関数を使って作図に使用する変数を指定する。

ggplot()

ggplot(data = NULL, mapping = aes(), ...)

• data : プロットしたいデータを含むデータフレームを渡す。データフレームは tidydata の形式になっていることが想定されている。
• mapping : 作図に使用する列名を aes() 関数を介して指定する。 例 : aes(x = longitude, y = latitude, color = height, fill = height)

geom_*()

グラフの種類ごとに geom_*() 関数が存在する

ちなみに geom は geometry （ジオメトリ）の略、グラフの基礎となる構造を指定する

geom_line()
geom_point()

aes()

aes() 関数は、 ggplot() や geom_*() の中で使う。具体的には aes() の出力を ggplot() や geom_*() の　mapping 引数に渡す。基本的には geom_*() 関数の中で使うのが一般的。

aes() 関数は、散布図や折れ線などのグラフの座標（x, y）や線の色（color）、塗りつぶしの色（fill）、サイズ (size) などに 「使用する列」 を指定する。

ちなみに aes　は aesthetic（エステティック） の略、軸や色の指定に使用する変数を指定する

# 都市の位置（ longitude, latitude）に点をプロット
# 都市名 (city) で色分け
# 点のサイズは人口 (population) に比例

data(data_df) +
 geom_point(aes(x = longitude, y = latitude, color = city, size = population)) 

データのグループ分け

例えば、 geom_path() などでグループごとに別々の線を書きたい場合などに使う

aes(x = X, y = Y, group = A)  # 変数Aの値を使ってグループ分け
aes(x = X, y = Y, group = interaction(A , B)) # 複数変数を使う場合

グラフの種類: geom_*()

geom は geometry （ジオメトリ）の略、グラフの基礎となる構造を指定する

散布図

geom_point(aes(x, y))

点の種類

shape

• color = 外部色　フチなし

• 1 丸, color 色指定 外部が塗りつぶされる

• color = 縁の色 縁あり

• 19

geom_point(aes(fill=id, size=id), colour="black”, shape=21, stroke = 2)

折れ線・経路

geom_line(aes(x, y))
geom_path(aes(x, y))

geom_line() や geom_path() で x 軸に指定した変数が factor の場合は aes(group=1) を指定する。

ヒストグラム・密度分布

連続変数 x の値のビンごとの度数、頻度を、棒グラフ、曲線、折線で描画する

geom_histogram() # 棒グラフ（デフォルトは頻度分布）
geom_density()   # なめらかな曲線（デフォルトは密度文王）
geom_freqpoly()  # 折線（デフォルトは頻度）

頻度分布と密度分布の切り替え

いずれの geom_* でも、aes() の中で y を指定することで縦軸をカウント ..count.. 、密度（%） ..density.. のどちらにも対応できる

geom_histogram(aes(x, y = ..density..))
geom_density(  aes(x, y = ..count..  ))

色分けした変数の位置

position = "identity" # 重ね描き
position = "stack"    # 積み上げ
position = "dodge"`   # 隣接
position = "fill"     # 割合

ビンの切り方: stat_bin()

stat_bin() の binwidth から下の引数は geom_*() の中でも指定できる。

つまり、次の２つの書き方は等価

geom_histgram(aes(x), binwidth = 0.1)
geom_histgram(aes(x)) + stat_bin(binwidth = 0.1)

stat_bin(
  mapping = NULL,
  data = NULL,
  geom = "bar",
  position = "stack",
  ...,
  binwidth = NULL, # ビン幅
  bins = NULL,     # ビン数
  center = NULL,
  boundary = NULL,
  breaks = NULL,   # ビンの切れ目
  closed = c("right", "left"),
  pad = FALSE,
  na.rm = FALSE,
  orientation = NA,
  show.legend = NA,
  inherit.aes = TRUE
)

x が離散変数なら stat_count() の方がいい

連続変数の離散化

# 変数 x を10個の等間隔のbinに切る
cut_interval(x, 10)

棒グラフ

1変数（カテゴリ変数）だけ指定すると、指定されたカテゴリ変数の値の数をそれぞれカウントした値が Y 軸になる。stat = "count" がデフォルトなので、暗黙に stat_count() が使用される。

ggplot(df) + 
geom_bar(aes(x = category)) 
# 以下は上と同義
#geom_bar(aes(x = category), stat = "count")

X 軸（カテゴリ変数）と Y 軸（量的変数）の値を別々に指定する場合 stat = "identity"

ggplot(df) + 
geom_bar(aes(x = category, y = value), stat = "identity")

stat = "identity" は geom_bar(aes(x = category, y = value)) + stat_identity() と同じ意味になる？

棒の間に隙間を開けない時は width = 1

geom_bar(aes(x = category), width = 1) 

積み上げ棒グラフ

X 軸（カテゴリ変数）と Y 軸（量的変数）のほかに、変数Z（カテゴリ変数）で色分けした積み上げ棒グラフ aes(fill = z)

ggplot(df) + 
geom_bar(aes(x = category, y = value, fill = category2), stat = "identity")

積み上げ棒グラフの縦軸を割合にする position = "fill"

ggplot(df) + 
geom_bar(aes(x = category, y = value, fill = category2), stat = "identity", position = "fill") +
scale_y_continuous(labels = percent)

棒の順序を変える

数が多い順に棒を並べ替えるなど。基本的には、予め、x軸（カテゴリ）ごとのy軸の値（カウントなど）を計算しておく必要がある。つまり、 stat = "identity" を指定するやり方が前提。

変数 y 軸の値を使って x 軸の順番を並べ替える。

# 昇順の場合
ggplot(df, aes(x=reorder(x, y), y=y), stat = "identity")

# 降順の場合
ggplot(df, aes(x=reorder(x, desc(y)), y=y), stat = "identity")

reorder(x, y) は基本的に relevel() の特殊なバージョン、つまり、変数 x を factor に変換し、その level の順序を 変数 y の値に戻づいて設定する。

棒の向きを水平にする

横向きの棒グラフを作成するには最後に coord_flip() を付け加えるだけ

ggplot(df) + 
geom_bar(aes(x = category, y = value, fill = category2), stat = "identity") +
coord_flip()

箱ひげ図・バイオリンプロット

geom_violin(
  mapping = NULL,
  data = NULL,
  stat = "ydensity",
  position = "dodge",
  ...,
  draw_quantiles = NULL,
  trim = TRUE,
  scale = "area",
  na.rm = FALSE,
  orientation = NA,
  show.legend = NA,
  inherit.aes = TRUE
)

線分

# 垂直線
geom_vline(xintercept = 10)
# 水平線
geom_hline(yintercept = 110)
# 傾いた線
geom_abline(intercept = 37, slope = -5)+

linetype="dashed”

テキストラベル

# 文字列
geom_text()
# Boxで囲まれた文字列
geom_label()

# 同じ
annotate("text", x = bbox["xmin"], y = bbox["ymax"], label = "hoge", vjust=1, hjust=1) 
annotate("label", x = bbox["xmin"], y = bbox["ymax"], label = "hoge, vjust=1, hjust=1)

p <- ggplot(mtcars, aes(x = wt, y = mpg)) + geom_point()
p + annotate("text", x = 4, y = 25, label = "Some text")
p + annotate("text", x = 2:5, y = 25, label = "Some text")
p + annotate("rect", xmin = 3, xmax = 4.2, ymin = 12, ymax = 21,
  alpha = .2)
p + annotate("segment", x = 2.5, xend = 4, y = 15, yend = 25,
  colour = "blue")
p + annotate("pointrange", x = 3.5, y = 20, ymin = 12, ymax = 28,
  colour = "red", size = 1.5)

p + annotate("text", x = 2:3, y = 20:21, label = c("my label", "label 2"))

p + annotate("text", x = 4, y = 25, label = "italic(R) ^ 2 == 0.75",
  parse = TRUE)
p + annotate("text", x = 4, y = 25,
  label = "paste(italic(R) ^ 2, \" = .75\")", parse = TRUE)

点の形

geom_point() の shape 引数に数値を指定することで点の形を指定する

色の指定

色分けに使用する変数は aes() の中で aes(color = var1, fill = var2) のように指定する。

color （線や点の色）に対しては scale_color_gradient()

fill （塗りつぶし色）に対しては scale_fill_gradient()

をそれぞれ使用する。

色もある種の軸であるので　scale_x_continuous() と同様に scale_color_continuous() や scale_fill_continuous() のように scale_*_()関数の一種として扱われている。

色の種類

連続値に対する色つけ : scale_*_gradient

連続値: integer, numeric

integer は factor にしないと離散値とはみなされない

scale_colour_gradient(..., low = "#132B43", high = "#56B1F7",
  space = "Lab", na.value = "grey50", guide = "colourbar",
  aesthetics = "colour")

scale_fill_gradient(..., low = "#132B43", high = "#56B1F7",
  space = "Lab", na.value = "grey50", guide = "colourbar",
  aesthetics = "fill")

scale_colour_gradient2(..., low = muted("red"), mid = "white",
  high = muted("blue"), midpoint = 0, space = "Lab",
  na.value = "grey50", guide = "colourbar", aesthetics = "colour")

scale_fill_gradient2(..., low = muted("red"), mid = "white",
  high = muted("blue"), midpoint = 0, space = "Lab",
  na.value = "grey50", guide = "colourbar", aesthetics = "fill")

scale_colour_gradientn(..., colours, values = NULL, space = "Lab",
  na.value = "grey50", guide = "colourbar", aesthetics = "colour",
  colors)

scale_fill_gradientn(..., colours, values = NULL, space = "Lab",
  na.value = "grey50", guide = "colourbar", aesthetics = "fill",
  colors)

離散値に対する色つけ

離散値: character, factor

integer は factor にしないと離散値とはみなされない

レイヤーごとに異なる色の軸を指定する

ggnewscale::new_scale("color")
ggnewscale::new_scale("fill")
ggnewscale::new_scale_color()
ggnewscale::new_scale_fill()

new_scale(new_aes)

new_scale_colour()

タイトル

labs(
  title = waiver(),    # タイトル
  subtitle = waiver(), # サブタイトル
  caption = waiver(),  # キャプション、右下
  tag = waiver()       # タグ、上左
)

タイトルとサブタイトル

ggtitle(label, subtitle = waiver())

軸のスケールや目盛の設定: scale_*()

軸に対する様々な設定は scale_軸_データ型() 関数により行う。

• 軸の種類： x, y, color, fill, alpha, size, linetype, radius, shape
• 軸のデータ型: condinuous,descrete,date, datetime, binned

scale_軸_データ型()

scale_[x,y,color,fill]_[condinuous,descrete,date](
  breaks=c(1,2,3,4), # 目盛位置
  labels = c("01","02", "03","04"), # 目盛に表示する値のラベル
  limits=c(0,120),   # 表示する値の範囲
  # 表示する値の範囲を絞った時に、範囲外の値をどのように表示するか
  # oob = scales::censor, # NAに置換する
  # oob = scales::squish, # 範囲外の値に変換する
  # oob = scales::squish_infinite, # 無限値を範囲外の値に変換する
  oob = scales::censor(), 
  trans = "log10",   # 軸のスケールを変換する関数 
  name = "X axis",   # 軸の名前
  guide = guide_axis(n.dodge = 2), # 目盛のラベルが重なっているときに位置をずらす
  expand = c(0,0) # x軸, y軸に対して、上下の隙間の大きさ、c(0,0)は隙間なし
)

geom_barやgeom_histgramでの軸の変換

軸の名前

X軸ラベル、Y軸ラベル

xlab(label)
ylab(label)

2軸グラフ

# Value used to transform the data
coeff <- 30

ggplot(count_df, aes(x=date)) +
  
  geom_line( aes(y=n_vessel), color = "red") + 
  geom_line( aes(y=n_data / coeff), color="blue") + # Divide by 10 to get the same range than the temperature
  
  scale_y_continuous(

    # Features of the first axis
    name = "First Axis",

    # Add a second axis and specify its features
    sec.axis = sec_axis(~.*coeff, name="Second Axis")
  )

凡例

凡例を消す

特定の凡例（colour）を消す１

guides(colour=FALSE)

特定の凡例（colour）を消す２

scale_colour_discrete(guide=FALSE)

全ての凡例を消す

theme(legend.position = 'none')

凡例のタイトルを消す

theme(legend.title = element_blank())

凡例の位置

# テキストで位置を指定
# "none"、"left"、"right"、"bottom"、"top"
theme(legend.position="right") # 右

# 数値ベクトルc(x,y)で位置を指定
theme(legend.position=c(0,0)) # 左下
theme(legend.position=c(1,1)) # 右上
theme(legend.position=c(0.5,0.5)) # 中央

凡例の点のサイズ変更

デフォルトでは geom_*() で指定したサイズで凡例の点も表示されるが、点が小さい時には困る。凡例だけで大きいサイズでプロットしたい場合。

ggplot()+

  # guides() 関数の中で指定する場合
  guides()(color = guide_legend(override.aes = list(size = 5)))+

  # scale_*() 関数の中で指定する場合
  scale_fill_manual(
    values = c(
      "A" = "blue",
      "B" = "cyan",
      "C" = "yellow"
    ),
    guide = guide_legend(override.aes = list(size = 5))
  ) 

凡例の名前（変数名）を変更する

labs(shape="Male/Female", colour="Male/Female")

画像として保存する : ggsave()

gsave(
    filename,
    plot = last_plot(),
    device = NULL,
    path = NULL,
    scale = 1,
    width = NA,
    height = NA,
    units = c("in", "cm", "mm"),
    dpi = 300,
    limitsize = TRUE,
     ...)

• filename : ファイル名、拡張子で出力形式は自動で判別される
• plot : ggplotオブジェクト、デフォルトでは最後にプロットしたものが使われる
• device : 出力形式：“eps”, “ps”, “tex” (pictex), “pdf”, “jpeg”, “tiff”, “png”, “bmp”, “svg” or “wmf” (windows only)
• path : 保存先のパス filename と合体する
• scale : 指定した出力サイズを scale 倍する
• width : 幅
• height : 高さ
• units : 幅と高さの単位 (“in”, “cm”, “mm”)
• dpi : ラスター画像の解像度 dot per inch、文字列でも指定できる “retina” (320), “print” (300), or “screen” (72)
• limitsize : TRUE だと 50x50インチより大きいサイズでプロットしない、エラーを防ぐため

テーマ

テーマの要素の色を変える

詳しくはこちら

https://www.rdocumentation.org/packages/ggplot2/versions/3.3.2/topics/theme

color <- "black"

  theme(#rect = element_rect(colour = color, fill = color),
        #text = element_text(color = "white"),

        # プロット領域の背景
        plot.background = element_rect(colour = color, fill = color),

        # パネル全体の背景
        panel.background = element_rect(colour = color, fill = color),

        #legend.key = element_rect(colour = color, fill = color),
        #panel.border = element_rect(fill = NA, colour = "white", size = 1),
        #panel.grid.major = element_line(colour = "grey60"),
        #panel.grid.minor = element_line(colour = "grey30"),
        
        #axis.text = element_text(colour = "white"),
  )+

複数のプロットを１つをまとめる

patchwork パッケージを使うのが楽ちん

https://qiita.com/nozma/items/4512623bea296ccb74ba

基本的には + 演算子で複数の ggplot オブジェクトを1つにまとめる

library(ggplot2)
library(patchwork)

p1 <- ggplot(mtcars) + geom_point(aes(mpg, disp))
p2 <- ggplot(mtcars) + geom_boxplot(aes(gear, disp, group = gear))
p1 + p2

p1 + p2 は p1 と p2 を左右に並べる

p1 と p2 を縦方向に並べるときは plot_layout(ncol = 1) を加える

p1 + p2 + plot_layout(ncol = 1, heights = c(3, 1))

間隔を開けたいときは plot_spacer()

p1 + plot_spacer() + p2

複雑な構造を指定するときは {} を使用する

# p1 は左、p2は右上、p3は右下
p1 + {p2 + p3 + plot_layout(ncol = 1)}

図全体のタイトルや、サブ図ごとの図表番号などの指定

p1 + p2 +

plot_annotation(
    title = "Title",
    subtitle = "Subtitle",
    caption = "Caption",
    tag_levels = "A",
    tag_prefix = "fig ",
    tag_suffix = ":"
  )

凡例が共通の時は1つにまとめることができる。

p1 + p2 + plot_layout(guides = "collect") &
# さらに凡例の位置を下にする
  theme(legend.position='bottom')

特定の変数の値を使って図を分離する

facet_grid() や facet_wrap() を使う

facet_grid() は図を2次元に配置する

ggplot(diamonds, aes(x=carat, y=price)) +
  geom_point(aes(colour=clarity)) +
  facet_grid(. ~ color)   # Horizontal 横に並べる
  #facet_grid(color ~ .)  # Vertical 縦に並べる

テキストボックスを追加する

ggtext パッケージを使うのが楽

library(ggtext)

gglot()+
  geom_textbox(aes(x, y, label, ))

引数

• nudge_x, nudge_y ボックスの位置座標からのオフセット
• box.padding : 長さ4のベクトル、ボックス外の余白を指定 grid::unit(c(1,1,1,1), “cm”))
• box.margin : 長さ4のベクトル、ボックス外の余白を指定
• box.r : 長さ1のベクトル、ボックスの角の丸みを指定 grid::unit(c(1), “cm”))
• width, height : 長さ1のベクトル、ボックスの幅と高さを指定 grid::unit(c(1), “cm”))
• minwidth, maxwidth: ボックスの幅の最小最大値
• minheight, maxheight: ボックスの高さの最小最大値

aes()

• x : ボックス位置のx座標
• y : ボックス位置のy座標
• label : テキスト
• colour : テキストとボックスの縁線の色
• box.colour : ボックスの縁線の色
• box.size : ボックスの縁線の太さ
• fill : ボックスの色
• alpha : 透明度
• halign ボックス外のテキストの水平位置 0なら左寄せ、1なら右寄せ
• valign ボックス外のテキストの垂直位置 0なら下寄せ、1なら上寄せ
• orientation : テキストの向き “upright”, “left-rotated”, “right-rotated”, “inverted”.
• hjust : 0ならボックスの左端を座標に合わせる、1なら右端を座標に合わせる
• vjust : 0ならボックスの下端を座標に合わせる、1なら上端を座標に合わせる
• text.colour : テキストの色
• size : フォントサイズ
• family : フォント
• fontface : bold italic
• lineheight : ?
• group : ?