1.5 R语言绘图基础

在R里，主要有两大底层图形系统，一是基础图形系统，二是grid图形系统。lattice包与ggplot2包正是基于grid图形系统构建的，而基础绘图函数由graphics包提供，它们都有自己独特的语法。

grid图形系统可以很容易地控制图形基础单元，给予编程者创作图形极大的灵活性。grid图形系统还可以产生可编辑的图形组件，这些图形组件可以被复用和重组，并能通过grid.layout（）等函数，把图形输出到指定的位置上。但是因为grid包中没有提供生成统计图形及完整绘图的函数，因此很少直接使用grid包来分析与展示数据。

lattice包通过一维、二维或三维条件绘图，即所谓的栅栏（trellis）图来对多元变量关系进行直观展示。相较基础绘图函数，是直接在图形设备上绘图的，lattic包绘图函数返回trellis对象。在命令执行时，栅栏图会被自动打印，所以看起来就像是lattice（）函数直接完成了绘图[15]。更多关于graphics、grid和lattice的语法可以参考Murrell和Paul所撰写的书籍R graphics[15]。

ggplot2包则基于一种全面的图形语法，提供了一种全新的图形创建方式，这套图形语法把绘图过程归纳为数据（data）、转换（transformation）、度量（scale）、坐标系（coordinate）、元素（element）、指引（guide）、显示（display）等一系列独立的步骤，通过将这些步骤搭配组合，来实现个性化的统计绘图。于是，得益于该图形语法，Hadley Wickham所开发的ggplot2包是如此人性化，不同于R graphics包的基础绘图和先前的lattice包那样参数繁多，而是摈弃了诸多烦琐细节，并以人性化的思维进行高质量作图。在ggplot2包中，加号（+）的引入是革命性的，这个神奇的符号完成了一系列图形语法叠加[16][17]。更多ggplot2的使用与学习可以参考两本关于ggplot2的经典书籍：ggplot2 Elegant Graphics for Data Analysis[16]和R Graphics Cookbook[17]。

R语言基础安装中就包含graphics、grid和lattice三个包，无须另外下载。但是除了graphics包，其他包依旧需要使用library（）函数加载后，才能使用。使用graphics、lattice和ggplot2包绘制的散点图、统计直方图和箱形图，如图1-5-1、图1-5-2和图1-5-3所示。

图1-5-1 graphics包绘制的图表示例

图1-5-2 lattice包绘制的图表示例

图1-5-3 ggplot2包绘制的图表示例

使用graphics、lattice和ggplot2包绘制的散点图、统计直方图和箱形图的具体代码如表1-5-1所示。df是一个包含SOD、tau和Class（Control、Impaired和Uncertain）三列的数据框。其中，graphics和lattice语法最大的问题就是参数繁多、条理不清。而ggplot2语法相对来说很清晰，可以绘制很美观的个性化图表。本书将会以图表类型为线索，详细地介绍常用图表的绘制方法，以ggplo2图形语法为主，但是有时候也会使用graphics和lattice等图形语法。

表1-5-1 不同图形语法的代码示例