2017-01-26 17:23:55

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绘图设备

什么是绘图设备(Graphics Device)

图形的呈现媒介，基础的绘图设备驱动包含在grDevices包中

  • 屏幕 (screen device)
    • Windows: windows()
    • MacOS: quartz()
    • Linux/Unix: x11()
  • 文件设备 (file device: pdf, jpg, svg, …)
    • 自带: pdf(), jpg(), …
    • 附加包提供的: svglite包的svglite(), Cairo包的CairoPDF()

文件设备

  • 矢量图格式: 不随拉伸缩放而损失清晰度
    • pdf: 便携性、缩放性较好，适用于线条图。图形元素一般不宜过多
    • svg: 基于XML的可缩放矢量图形(scalable vector graphics)，对于动画和交互图(如d3)支持良好，适用于浏览器
    • win.metafile: Windows metafile 格式 (仅限Windows)
    • postscript: 较旧的矢量图格式，用于打印机
  • 位图格式: 会随拉伸缩放而损失清晰度
    • png: 使用无损压缩的位图，多数浏览器支持良好，可以绘制大量散点、线条和色块。缩放性一般
    • jpeg: 使用有损压缩的位图，多数操作系统支持良好，适合用于照片，绘制线条效果一般。缩放性一般。
    • tiff: tiff格式位图，支持无损压缩
    • bmp: Windows内建的位图格式

出图到屏幕设备

  • 制图函数: plot / lattice::xyplot / ggplot2::ggplot
  • 默认出图到屏幕设备
  • 注释/加工
library(datasets)
with(faithful, plot(eruptions, waiting))  ## 出图到屏幕
title(main = "Old Faithful Eruptions")    ## 加工

出图到文件设备

  • 初始化一个新设备: 如pdf() / png()
  • 制图函数: plot / lattice::xyplot / ggplot2::ggplot，这时屏幕上不再出图
  • 注释/加工
  • [必须]关闭设备(dev.off())
pdf(file =  "old_faithful.pdf")           ## 打开一个pdf设备，在工作目录下创建'old_faithful.pdf'
with(faithful, plot(eruptions, waiting))  ## 出图到pdf设备
title(main = "Old Faithful Eruptions")    ## 加工标题
dev.off()                                 ## 关闭该pdf设备

多个绘图设备

  • 可以打开多个设备
  • 系统会给每个设备分配一个整数序号
  • 列出所有设备: dev.list()
  • 查找当前设备: dev.cur()
  • 前一个/后一个设备: dev.next(), dev.prev()
  • 强制切换当前设备: dev.set(<序号>)

设备间拷贝

写了很多代码作出一张满意的图，但出在了屏幕上，想把它出到pdf。不想重新敲一遍代码，有什么快捷的办法？

  • dev.copy: 将图形元素从一个设备拷贝到另一个
    • dev.copy2pdf: 拷贝到pdf设备
    • dev.copy2eps: 拷贝到eps设备
  • dev.print: 将当前设备上的图拷贝到另一个设备
library(datasets)
with(faithful, plot(eruptions, waiting))  ## 屏幕出图
title(main = "Old Faithful Geyser data")  ## 加标题
dev.copy(png, file = "geyserplot.png")    ## 拷贝到pdf设备
dev.off()  ## 不要忘记关闭设备

绘图系统

R最主要的绘图系统

绘图系统(plotting system)是用于驱动生成图形的绘图框架。R最重要的绘图系统有:

  • base系统: R自带的基础绘图系统，包含在graphics包中
    • 从空白画布开始，用一连串命令顺次向画布上添加图形元素
  • grid: 高度灵活、更低水平的绘图系统，但没有完整的绘图函数，很少直接使用
  • Lattice系统: lattice包提供的绘图系统，基于Trellis系统，依赖grid包
    • 用一条命令组织好所有图形元素，一次性出图
  • ggplot2系统: ggplot2包提供的绘图系统
    • 遵循“作图语法”，初始化后渐进调整，每一步都可回溯

基础绘图系统

  • 类似于MatLab、Python中的matplotlib，由一连串制图命令构成
  • 由一张空白画布开始，一笔一笔添加图形，贴合作图思路
  • 落笔之后不能回退
  • 没有“作图语法”，不能转换成其他类型
  • 核心命令plot

示例

plot(mtcars$mpg, mtcars$disp)
title("Scatter plot of mpg vs disp")
abline(lm(disp~mpg, data=mtcars), col='red')

Lattice绘图系统

  • 类似于Stata，所有绘图和注释动作都要包含在一条命令中
  • 特别适合做分面图，即查看不同z水平上x和y的关系
  • 将多个图放在同一屏时，代码更简洁
  • 有时命令不易组织，添加注释不简便
  • 生成之后不能修改
  • 核心命令较多，如xyplot, bwplot

示例

library(lattice)
state <- data.frame(state.x77, region = state.region)
xyplot(Life.Exp ~ Income | region, data = state, layout = c(4, 1))

ggplot2绘图系统

  • 下载量最大的附加包之一，奠定了R最主要的优势之一: 统计作图
  • 初始化以后，灵活添加各类图形元素和注释
  • 可回退，也可将每个步骤保存为快照对象
  • 遵循“制图语法”(grammar of graphics)，可转换成其他类型
  • 核心命令ggplot和geom_<几何图形>
  • 很多衍生包依赖于/拓展ggplot2的绘图能力
    • ggforfity, ggiraph, ggthemes, …
  • 参考: 在线教程

示例

library(ggplot2)
state <- data.frame(state.x77, region = state.region)
ggplot(state, aes(Income, Life.Exp)) + geom_point() + facet_grid(.~region)