R 語(yǔ)言繪制數(shù)據(jù)：圖表篇
R 語(yǔ)言有非常多的繪圖和數(shù)據(jù)可視化的包，比如 ??graphics???、??lattice???、??ggplot2?? 等。這是 R 語(yǔ)言系列的第 9 篇文章，我們會(huì)介紹 R 中用來(lái)繪圖的各種函數(shù)。
本文使用的 R 是 4.1.2 版本，運(yùn)行環(huán)境為 Parabola GNU/Linux-libre (x86-64)。
R 是自由軟件，沒(méi)有任何擔(dān)保責(zé)任。只要遵守 GNU 通用公共許可證的版本 2 或者版本 3，你就可以對(duì)它進(jìn)行（修改和）再分發(fā)。詳情見(jiàn) ??https://www.gnu.org/licenses/??。
折線圖
我們以印度全境消費(fèi)者物價(jià)指數(shù)（CPI -- 鄉(xiāng)村/城市）數(shù)據(jù)集為研究對(duì)象，它可以從 ??https://data.gov.in/catalog/all-india-consumer-price-index-ruralurban-0??? 下載。選擇“截止到 2021 年 11 月” 的版本，用 ??read.csv?? 函數(shù)讀取下載好的文件，如下所示：
以 Punjab 州為例，對(duì)每年各月份的 CPI 值求和，然后用 ??plot?? 函數(shù)畫一張折線圖：
??plot?? 函數(shù)可以傳入如下參數(shù)：
參數(shù) | 描述 |
? | 向量類型，用于繪制 x 軸的數(shù)據(jù) |
? | 向量或列表類型，用于繪制 y 軸的數(shù)據(jù) |
? | 設(shè)置繪圖類型：? |
? | x 軸范圍 |
? | y 軸范圍 |
? | 標(biāo)題 |
? | 副標(biāo)題 |
? | x 軸標(biāo)題 |
? | y 軸標(biāo)題 |
? | 邏輯型，是否繪制坐標(biāo)軸 |
結(jié)果如圖 1。
Figure 1: Line chart
自相關(guān)圖
自相關(guān)圖能在時(shí)序分析中展示一個(gè)變量是否具有自相關(guān)性，可以用 R 中的 ??acf??? 函數(shù)繪制。??acf??? 函數(shù)可以設(shè)置三種自相關(guān)類型：??correlation???、??covariance??? 或 ??partial??。圖 2 是 Punjab 州 CPI 值的自相關(guān)圖，x 表示 CPI。
Figure 2: ACF chart
??acf?? 函數(shù)可以傳入以下參數(shù)：
參數(shù) | 描述 |
? | 一個(gè)單變量或多變量的時(shí)序?qū)ο?，或者一個(gè)數(shù)值向量或數(shù)值矩陣 |
? | 最大滯后階數(shù) |
? | 字符型，設(shè)置所計(jì)算的自相關(guān)類型：? |
? | 邏輯性，若 ? |
? | 一組要保留的時(shí)差滯后 |
? | 一組要保留的名稱或數(shù)字 |
柱狀圖
R 中畫柱狀圖的函數(shù)是 ??barplot??。下面的代碼用來(lái)畫 Punjab 州 CPI 的柱狀圖，如圖3：
Figure 3: Line chart of Punjab's CPI
??barplot?? 函數(shù)的使用方法非常靈活，可以傳入以下參數(shù)：
參數(shù) | 描述 |
? | 數(shù)值向量或數(shù)值矩陣，包含用于繪圖的數(shù)據(jù) |
? | 數(shù)值向量，用于設(shè)置柱寬 |
? | 柱間距 |
? | 邏輯型，若 ? |
? | 數(shù)值型，設(shè)置陰影線的填充密度（條數(shù)/英寸），默認(rèn)為 ? |
? | 數(shù)值型，填充線條的角度，默認(rèn)為 45 |
? | 柱形邊緣的顏色 |
? | 標(biāo)題 |
? | 副標(biāo)題 |
? | x 軸標(biāo)題 |
? | y 軸標(biāo)題 |
? | x 軸范圍 |
? | y 軸范圍 |
? | 邏輯型，是否繪制坐標(biāo)軸 |
用 ??help??? 命令可以查看 ??barplot?? 函數(shù)的詳細(xì)信息：
餅圖
繪制餅圖時(shí)要多加注意，因?yàn)轱瀳D不一定能展示出各扇形間的區(qū)別。（LCTT 譯注：根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)家和一些心理學(xué)家的調(diào)查結(jié)果，這種以比例展示數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)圖形 ??實(shí)際上是很糟糕的可視化方式???，因此，R 關(guān)于餅圖的幫助文件中清楚地說(shuō)明了并不推薦使用餅圖，而是使用條形圖或點(diǎn)圖作為替代。） 用 ??subset?? 函數(shù)獲得 Gujarat 州在 2021 年 1 月 Rural、Urban、Rurual+Urban 的 CPI 值：
使用 ??pie?? 函數(shù)為 Gujarat 州的 CPI 值生成餅圖，如下所示：
Figure 4: Pie chart
??pie?? 函數(shù)可以傳入以下參數(shù)：
參數(shù) | 描述 |
`x | 元素大于 0 的數(shù)值向量 |
? | 字符向量，用于設(shè)置每個(gè)扇形的標(biāo)簽 |
? | 餅圖的半徑 |
? | 邏輯型，若 ? |
? | 數(shù)值型，設(shè)置陰影線的填充密度（條數(shù)/英寸），默認(rèn)為 ? |
? | 數(shù)值型，填充線條的角度，默認(rèn)為 45 |
? | 數(shù)值向量，用于設(shè)置顏色 |
? | 每個(gè)扇形的線條類型 |
? | 標(biāo)題 |
箱線圖
（LCTT 譯注：箱線圖主要是 ??從四分位數(shù)的角度出發(fā)?? 描述數(shù)據(jù)的分布，它通過(guò)最大值（Q4）、上四分位數(shù)（Q3）、中位數(shù)（Q2）、下四分位數(shù)（Q1）
和最小值（Q0）五處位置來(lái)獲取一維數(shù)據(jù)的分布概況。我們知道，這五處位置之間依次包含了四段數(shù)據(jù)，每段中數(shù)據(jù)量均為總數(shù)據(jù)量的
1/4。通過(guò)每一段數(shù)據(jù)占據(jù)的長(zhǎng)度，我們可以大致推斷出數(shù)據(jù)的集中或離散趨勢(shì)。長(zhǎng)度越短，說(shuō)明數(shù)據(jù)在該區(qū)間上越密集，反之則稀疏。）
箱線圖能夠用“須線whisker” 展示一個(gè)變量的四分位距Interquartile Range（簡(jiǎn)稱 IQR=Q3-Q1）。用上下四分位數(shù)分別加/減內(nèi)四分位距，再乘以一個(gè)人為設(shè)定的倍數(shù) ??range???（見(jiàn)下面的參數(shù)列表），得到 ??range * c(Q1-IQR, Q3+IQR)??，超過(guò)這個(gè)范圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)就被視作離群點(diǎn)，在圖中直接以點(diǎn)的形式表示出來(lái)。
??boxplot?? 函數(shù)可以傳入以下參數(shù)：
參數(shù) | 描述 |
? | 數(shù)據(jù)框或列表，用于參數(shù)類型為公式的情況 |
? | 數(shù)值向量或者列表，若為列表則對(duì)列表中每一個(gè)子對(duì)象依次作出箱線圖 |
? | 設(shè)置箱子的寬度 |
? | 邏輯型，設(shè)置是否繪制離群點(diǎn) |
? | 設(shè)置每個(gè)箱子的標(biāo)簽 |
? | 設(shè)置每個(gè)箱子的邊緣的顏色 |
? | 延伸倍數(shù)，設(shè)置箱線圖末端（須）延伸到什么位置 |
? | 邏輯型，設(shè)置是否生成圖像，若 TRUE 則生成圖像，若 FALSE 則打印傳入數(shù)據(jù)的描述信息 |
? | 邏輯型，設(shè)置箱線圖是否水平放置 |
用 ??boxplot?? 函數(shù)繪制部分州的箱線圖：
Figure 5: Box plot
QQ 圖
QQ 圖Quantile-Quantile plot可以用來(lái)對(duì)比兩個(gè)數(shù)據(jù)集，也可以用來(lái)檢查數(shù)據(jù)是否服從某種理論分布。??qqnorm?? 函數(shù)能繪制正態(tài)分布 QQ 圖，可以檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布，用下面的代碼繪制 Punjab 州 CPI 數(shù)據(jù)的 QQ 圖：
Figure 6: Q-Q plot
??qqline?? 函數(shù)可以向正態(tài)分布 QQ 圖上添加理論分布曲線，它可以傳入以下參數(shù)：
參數(shù) | 描述 |
? | 第一個(gè)數(shù)據(jù)樣本 |
? | 第二個(gè)數(shù)據(jù)樣本 |
? | 邏輯型，設(shè)置是否以 x 軸表示理論曲線的值，默認(rèn)為 ? |
? | 長(zhǎng)度為 2 的數(shù)值向量，代表概率 |
? | x 軸標(biāo)題 |
? | y 軸標(biāo)題 |
? | ? |
等高圖
等高圖可以描述三維數(shù)據(jù)，在 R 中對(duì)應(yīng)的函數(shù)是 ??contour???，這個(gè)函數(shù)也可以用來(lái)向已有的圖表添加等高線。等高圖常與其他圖表一起使用。我們用 ??contour??? 對(duì) R 中的 ??volcano?? 數(shù)據(jù)集（奧克蘭的火山地形信息）繪制等高圖，代碼如下：
Figure 7: Volcano
??contour?? 函數(shù)的常用參數(shù)如下：
參數(shù) | 描述 |
? | z 中數(shù)值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)在平面上的位置 |
? | 數(shù)值向量 |
? | 設(shè)置等高線的條數(shù)，調(diào)整等高線的疏密 |
? | 等高線上的標(biāo)記字符串，默認(rèn)是高度的數(shù)值 |
? | 設(shè)置 x 軸的范圍 |
? | 設(shè)置 y 軸的范圍 |
? | 設(shè)置 z 軸的范圍 |
? | 設(shè)置是否繪制坐標(biāo)軸 |
? | 設(shè)置等高線的顏色 |
? | 設(shè)置線條的類型 |
? | 設(shè)置線條的粗細(xì) |
? | 設(shè)置標(biāo)簽字體 |
等高線之間的區(qū)域可以用顏色填充，每種顏色表示一個(gè)高度范圍，如下所示：
填充結(jié)果見(jiàn)圖 8。
Figure 8: Filled volcano
掌握上述內(nèi)容后，你可以嘗試 R 語(yǔ)言 ??graphics??? 包中的其他函數(shù)和圖表（LCTT 譯注：用 ??help(package=graphics)?? 可以查看 graphics 包提供的函數(shù)列表）。
