1.2 你为什么要选择R

“工欲善其事，必先利其器”，学术绘图软件的选择与使用特别重要。不同学科的研究人员使用的软件有所不同，但是基础的绘图思想与理念是相通的（这部分会在后面的章节讲解）。具有工科背景的人员常使用MATLAB，具有计算机背景的人员常使用Python，具有统计学科背景的人员常使用R，具有医学背景的人员常使用GraphPad Prism等。常用的学术图表绘制软件包括Excel、Origin、SigmPlot、GraphPad Prism、MATLAB、Python、R等，如图1-2-1所示。每个绘图软件的图表都有不同的图表风格。

笔者列出了常用的7款学术图表绘图软件，如表1-2-1所示。从技能要求的角度主要可以分为两大类：编程与界面操作。

像Excel、Origin、SigmaPlot、GraphPad Prism这4款软件，就不需要编程，只要点击界面按钮就可以绘制图表。尽管这些工具都非常容易使用，但也存在一些缺憾。只需鼠标操作无疑十分便捷，但随之而来的却是丧失一些灵活性。你可以改变颜色、字体和标题，但仅限于软件所提供的那些元素。这些软件只能由你去适应它的操作规则，让你使用现有的图表，而并不能创造新的图表。

像MATLAB、Python和R这3款软件，则需要编程才能实现图表的绘制。这些软件本身包含很多数据可视化的函数（function）或者包（package），供用户绘图时使用。尤其是在不同的数据集需要重复操作的情况，如果使用界面绘图软件，则可能需要从头到尾将绘图流程重新实现一遍，而相比之下，通过代码来处理数据就会更加容易，因为针对不同的数据集只需稍微改动一下代码就可以解决。如果你充分掌握代码与算法，那也可以自己编写函数设计新颖的图表。

1．R

相较于其他的所有软件，R的优势之一在于，它是专为数据分析而设计的，它是主要用于统计分析、绘图的语言和操作环境。R是属于GNU系统的一个自由、免费、源代码开放的软件，它是一个用于统计计算和统计制图的优秀工具。R语言有一系列的数据可视化包，包括ggplot2及ggplot2拓展包、lattice、leaflet、playwith、ggvis、ggmaps。

R还提供了部分地图绘制功能，地区数据分析提供了有关地区分析的综合性R工具包列表。另外，用户可以下载《地理统计制图实用指南》——关于如何使用R及其他工具分析空间数据的可免费下载的电子书。

2．Python

Python是一种面向对象的解释型计算机程序设计语言。Python具有丰富和强大的库。它常被昵称为“胶水语言”，能够把用其他语言制作的各种模块（尤其是C/C++）很轻松地连接在一起。程序员们戏称“人生苦短，要学Python”，现在Python越来越流行，尤其应用在机器学习、机器视觉、深度学习、网络爬虫等方面。Python语言也有一系列的数据可视化包，包括Pandas、Plotnine、matplotlib、Seaborn、ggplot、Bokeh、Pygal等。其中Plotnine包是参考R ggplot2图形语法实现的可视化包。虽然Python越来越流行，但是在数据可视化方面与R还是有很大差距的。但是rpy2包可以架起R语言与Python之间的桥梁。rpy2包可以允许用户在Python中调用R中ggplot2等包的函数代码。

3．MATLAB

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析，以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通信、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB软件本身就提供了很多绘图函数，可以满足数据可视化的基本需求。但是还有另外两款MATLAB绘图包很值得推荐使用：PlotPub和Gramm，其中，Gramm包在MATLAB中可以实现R ggplot2的绘图风格，大大提高了MATLAB绘图的美观程度。

4．SigmaPlot

SigmaPlot是一款最佳的学术绘图软件！使用SigmaPlot画出精密的图形是件极容易的事，目前已有超过十万的使用者，特别适合科学家使用。本软件允许用户自行建立任何所需的图形，可插入多条水平轴或垂直轴，指定误差棒（error bar）的方向，让你的图更光彩耀眼，只要用SigmaPlot将图形制作完成即可动态连接给其他软件展示使用，并可输出成EPS、TIFF、JPEG等图形格式，或放置于网站上以供浏览。非常适合网站动态显示图形，使用场合如长时间记录的气象、温度等。

5．Origin

Origin为OriginLab公司出品的较流行的专业函数绘图软件，是公认的简单易学、操作灵活、功能强大的软件，既可以满足一般用户的制图需要，也可以满足高级用户对数据分析、函数拟合的需求。Origin自1991年问世以来，由于其操作简便、功能开放，很快就成为国际流行的分析软件之一，是公认的快速、灵活、易学的制图软件。Origin 2017版本增加了许多颜色主题方案，可以大大改进图表的美观程度。

6．GraphPad Prism

GraphPad Prism是一款集数据分析和作图为一体的数据处理软件，尤其适合生物医学类，可以直接输入原始数据获得高质量的学术图表。它在统计分析上劣于SPSS等统计软件，但是不需要输入程序语言，只需输入原始数据，其操作容易、绘图美观。可与PPT、Word相连接。

7．Excel

几乎所有人都知道这款软件。Microsoft Excel是微软公司的办公软件Microsoft Office的组件之一，是由Microsoft为Windows和Apple Macintosh操作系统的电脑而编写和运行的一款电子表格软件。Excel是微软办公套装软件中一个重要的组成部分，它可以进行各种数据的处理、统计分析和辅助决策操作，广泛地应用于管理、统计财经、金融等众多领域。Excel能实现大部分二维图表的绘制与基础的数据处理与分析，具体可以参考学习《Excel数据之美：科学图表与商业图表的绘制》。

实例分析为更好地了解这7款绘图软件的风格，现采用相同的数据集，分别绘制了散点图、曲线图、（堆积）柱形图和箱形图4种图表，如图1-2-2～图1-2-8所示。

（1）图1-2-2由R ggplot2绘制，其图表风格最为独特与美观，这种图表在部分论文中也是可以直接使用的。使用R ggplot2 Set3的颜色主题，绘图区背景填充颜色为RGB（229, 229, 229）的灰色，以及白色的网格线[主要网格线的颜色为RGB（255, 255, 255），次要网格线的颜色为RGB（242, 242, 242）]。

（2）图1-2-3由Python Seaborn绘制，其图表风格也很有特色，使用Seaborn包的颜色主题方案，绘图区背景填充颜色为RGB（234,234,242）的淡蓝色，以及RGB（255,255,255）的白色的主要网格线（无次要网格线）。

（3）图1-2-4是使用MATLAB 2014b通过编程绘制的图表，使用MATLAB默认的颜色主题方案Parula，网格线设定为“无”。MATLAB通过函数（function）直接绘制的图表，可以通过图表编辑器对图表进行优化，但是并不能实现箱形图颜色的填充。如果MATLAB使用Gramm包，则可以绘制更加美观的图表。

（4）图1-2-5到图1-2-7分别对应SigmaPlot、Origin和GraphPad Prism绘制的图表，这是最为常见的学术图表。它们的图表风格基本相同：绘图区背景填充颜色为RGB（255,255,255）的白色，这样可以使背景不太复杂，尤其适应于图表尺寸较小时，可以保证数据的清晰展示；这些图表使用绘图软件的默认颜色主题，由于不同软件的颜色主题不同，即便是相同的图表样式，也会导致图表的美观存在较大的审美差异。

（5）图1-2-8是使用Excel绘制的图表，使用Excel默认颜色主题方案“Office 2007-2010”。Excel 2016添加了几种新型图表类型，包括矩形树状图、箱形图等；Excel 2013及以前版本只能通过堆积柱形图间接地实现箱形图。

在这么多种绘图软件中，我们为什么要选择R呢？首先因为R是开源的，可以免费使用。其次，R是一套完整的数据处理、计算和制图软件系统。其功能包括：数据存储和处理系统、数组运算工具、完整连贯的统计分析工具、优秀的统计制图功能。尤其是R的ggplot2包及其拓展包以人性化的图形语法，可以快速帮助用户展示数据，并实现个性化的图表。另外，R还有很多其他绘图包，比如可以绘制三维图表的plot3D包等，可以帮助用户绘制几乎所有常见类型的图表。

绘图软件只是一个工具。归根结底，对数据的分析和图表的设计取决于你自己。如果你打算深入研究数据，而且日后可能（或者希望日后）还会接触大量与数据相关的项目，那么现在花些时间学习编程最终会节省其他项目的时间，并且作品也会给人留下更加深刻的印象。你的编程技巧会在每一次项目中获得提高，你会发现编程越来越容易。

心中有剑，落叶飞花，皆是兵器！