R语言数据可视化ggplot绘制置信区间与分组绘图技巧

R语言数据可视化ggplot绘制置信区间与分组绘图技巧

本文将详细介绍如何使用R语言的ggplot包绘制置信区间和进行分组绘图。通过单组和多组数据的实例，展示数据集构造、核心绘图函数的使用以及图表美化技巧。

1. 单组情况

1）构造数据集

x <- 1:10
y <- x^2
ci_l <- x^2 - 0.5 * x
ci_r <- x^2 + 0.5 * x
dat_plot <- data.frame(x, y, ci_l, ci_r)

数据集如下：

 x y ci_l ci_r
1 1 1 0.5 1.5
2 2 4 3.0 5.0
3 3 9 7.5 10.5
4 4 16 14.0 18.0
5 5 25 22.5 27.5
6 6 36 33.0 39.0
7 7 49 45.5 52.5
8 8 64 60.0 68.0
9 9 81 76.5 85.5
10 10 100 95.0 105.0

2）绘制置信区间

添加置信区间的核心函数是geom_ribbon()，并要注意，先画置信区间，再绘制线条，才能保证线在置信区间的上方。

ggplot(dat_plot, aes(x = x)) + # x轴在此处添加，目的为了置信区间与拟合线共享同一个x
 geom_ribbon(aes(ymin = ci_l, ymax = ci_r)) + # 添加置信区间
 geom_line(aes(y = y)) # 添加拟合线

通常情况，所需的图片都是需要分组的，下面我们会进行分组绘制置信区间。

2. 多组情况

我们将会演示两种方式绘制分组情况绘制置信区间：

方法1

1）构造数据集

通常情况下，ggplot需要的向量化构造：

x <- 1:10
y1 <- x^2
ci_l1 <- x^2 - 0.5 * x
ci_r1 <- x^2 + 0.5 * x
y2 <- 20 * log(x)
ci_l2 <- 20 * log(x) - 0.5 * x
ci_r2 <- 20 * log(x) + 0.5 * x
dat_plot <- data.frame(rbind(cbind(x, y1, ci_l1, ci_r1), cbind(x, y2, ci_l2, ci_r2)))
names(dat_plot) <- c("x", "y", "ci_l", "ci_r")
dat_plot$group <- rep(c("G1", "G2"), each = 10)

数据样式：

 x y ci_l ci_r group
1 1 1.00000 0.50000 1.50000 G1
2 2 4.00000 3.00000 5.00000 G1
3 3 9.00000 7.50000 10.50000 G1
4 4 16.00000 14.00000 18.00000 G1
5 5 25.00000 22.50000 27.50000 G1
6 6 36.00000 33.00000 39.00000 G1
7 7 49.00000 45.50000 52.50000 G1
8 8 64.00000 60.00000 68.00000 G1
9 9 81.00000 76.50000 85.50000 G1
10 10 100.00000 95.00000 105.00000 G1
11 1 0.00000 -0.50000 0.50000 G2
12 2 13.86294 12.86294 14.86294 G2
13 3 21.97225 20.47225 23.47225 G2
14 4 27.72589 25.72589 29.72589 G2
15 5 32.18876 29.68876 34.68876 G2
16 6 35.83519 32.83519 38.83519 G2
17 7 38.91820 35.41820 42.41820 G2
18 8 41.58883 37.58883 45.58883 G2
19 9 43.94449 39.44449 48.44449 G2
20 10 46.05170 41.05170 51.05170 G2

2）绘制置信区间

注意，这里分组的关键就是使用group=参数。

ggplot(dat_plot, aes(x = x, group = group)) +
 geom_ribbon(aes(ymin = ci_l, ymax = ci_r)) +
 geom_line(aes(y = y))

但是这里的颜色比较吃藕，所以我们改变一下线条的颜色与置信区间的颜色。非常简单，我们将参数group=用color=与fill=替换即可。值得一提的是，这里的color=如果加在ggplot()中，添加的就会是拟合线与置信区间外边线两条曲线。若不想要置信区间的外边线，color=写在geom_line()中即可。此外，还需要注意，绘制置信区间，若线条与区间是相同颜色，一定要修改置信区间的透明度，利用alpha=进行修改，其范围在0-1之间，并且值越小越透明。代码如下：

ggplot(dat_plot, aes(x = x, color = group, fill = group)) +
 geom_ribbon(aes(ymin = ci_l, ymax = ci_r), alpha = 0.3) + # alpha 修改透明度
 geom_line(aes(y = y))

在大多数情况下，我们遇到的多组数据集长下面 方法2 这样，我们需要怎么进行绘制呢？下面继续进行讲解：

方法2

1）构造数据集

dat_plot <- data.frame(x, y1, ci_l1, ci_r1, y2, ci_l2, ci_r2) # 基于前文的数据

 x y1 ci_l1 ci_r1 y2 ci_l2 ci_r2
1 1 1 0.5 1.5 0.00000 -0.50000 0.50000
2 2 4 3.0 5.0 13.86294 12.86294 14.86294
3 3 9 7.5 10.5 21.97225 20.47225 23.47225
4 4 16 14.0 18.0 27.72589 25.72589 29.72589
5 5 25 22.5 27.5 32.18876 29.68876 34.68876
6 6 36 33.0 39.0 35.83519 32.83519 38.83519
7 7 49 45.5 52.5 38.91820 35.41820 42.41820
8 8 64 60.0 68.0 41.58883 37.58883 45.58883
9 9 81 76.5 85.5 43.94449 39.44449 48.44449
10 10 100 95.0 105.0 46.05170 41.05170 51.05170

2）绘制置信区间

面对上述这种数据格式，我们处理起来也十分简单，我们只需要在对应的aes()函数中，写清楚对应的分组名称即可。color=与fill=一定要写在aes()里面！！！color=与fill=一定要写在aes()里面！！！color=与fill=一定要写在aes()里面！！！重要的事情说三遍，具体代码如下所示：

ggplot(dat_plot, aes(x = x)) +
 geom_ribbon(aes(ymin = ci_l1, ymax = ci_r1, fill = "G1"), alpha = 0.3) +
 geom_ribbon(aes(ymin = ci_l2, ymax = ci_r2, fill = "G2"), alpha = 0.3) +
 geom_line(aes(y = y1, color = "G1")) +
 geom_line(aes(y = y2, color = "G2"))

但这样的置信区间还比较丑，下面我们给出一个略微美化的版本，并在代码中进行注释，说明每个函数的用意。

3）美化

ggplot(dat_plot, aes(x = x)) +
 geom_ribbon(aes(ymin = ci_l1, ymax = ci_r1, fill = "G1", color = "G1"),
 alpha = 0.3, linetype = 2) + # linetype = 2 表示置信区间描边线为虚线
 geom_ribbon(aes(ymin = ci_l2, ymax = ci_r2, fill = "G2", color = "G2"),
 alpha = 0.3, linetype = 2) +
 geom_line(aes(y = y1, color = "G1")) +
 geom_line(aes(y = y2, color = "G2")) +
 theme_bw(base_family = "Times") +
 theme(panel.grid = element_blank(),
 legend.position = "top", # legend 置顶
 panel.border = element_blank(),
 text = element_text(family = "STHeiti"), # Mac 系统中中文绘图
 plot.title = element_text(hjust = 0.5)) + # 标题居中
 labs(x = "y", y = "x", title = "分组置信区间",
 color = "", fill = "") # 将置信区间与拟合线的 legend 合并，并且不要 legend 的小标题

想学习更多 ggplot 美化绘图的技巧，可以参考下述链接：
ggplot2：初次见面，请多多关照！

以上就是R语言数据可视化ggplot绘制置信区间与分组绘图技巧的详细内容，更多关于ggplot绘制置信区间与分组绘图的资料请关注我们其它相关文章！