R ggplot2入门

R语言 ggplot2 数据可视化入门 · 难度：进阶 · +15XP

R语言 ggplot2 数据可视化入门

ggplot2是R语言中最流行的数据可视化包，基于图形语法（Grammar of Graphics）理论构建。它的核心理念是将图表分解为数据、映射和几何对象等独立组件，通过层层叠加的方式构建复杂图表，比R基础绘图的代码更清晰、扩展性更强。

安装与基本用法

# 安装ggplot2（只需一次）
install.packages("ggplot2")
# 加载包
library(ggplot2)
# 基本模板
# ggplot(data, aes(x, y)) + geom_xxx()
ggplot(mtcars, aes(x = wt, y = mpg)) +
  geom_point()
# 含义：数据=mtcars，x轴=车重(wt)，y轴=油耗(mpg)，几何=散点

核心概念：图形语法三要素

要素	说明	示例
Data（数据）	数据框，每一行是一个观测	mtcars
Mapping（映射）	aes() 将变量映射到视觉属性	aes(x=wt, y=mpg, color=cyl)
Geometry（几何）	图形的绘制方式	geom_point()、geom_line()

常用几何对象（geom）

# 散点图
ggplot(mtcars, aes(wt, mpg)) + geom_point()

# 折线图
ggplot(mtcars, aes(wt, mpg)) + geom_line()
# 柱状图
ggplot(mtcars, aes(factor(cyl))) + geom_bar()
# 箱线图
ggplot(mtcars, aes(factor(cyl), mpg)) + geom_boxplot()
# 直方图
ggplot(mtcars, aes(mpg)) + geom_histogram(bins = 10)
# 密度曲线
ggplot(mtcars, aes(mpg)) + geom_density()
# 平滑趋势线
ggplot(mtcars, aes(wt, mpg)) +
  geom_point() +
  geom_smooth(method = "lm")  # 线性回归线

美化图表：颜色与分面

# 按分类变量着色
ggplot(mtcars, aes(wt, mpg, color = factor(cyl))) +
  geom_point(size = 3)

# 按分类变量分面（facet_wrap 单变量分面）
ggplot(mtcars, aes(wt, mpg)) +
  geom_point() +
  facet_wrap(~ cyl)  # 每个cyl值一个子图
# facet_grid 双变量分面
ggplot(mtcars, aes(wt, mpg)) +
  geom_point() +
  facet_grid(am ~ cyl)  # 行=变速箱类型，列=气缸数
# 自定义主题和标签
ggplot(mtcars, aes(wt, mpg, color = factor(cyl))) +
  geom_point(size = 3) +
  labs(title = "汽车重量与油耗关系",
       subtitle = "按气缸数着色",
       x = "重量 (1000 lbs)",
       y = "油耗 (mpg)",
       color = "气缸数") +
  theme_minimal()  # 极简主题

叠加图层

ggplot2的核心优势在于图层叠加：

# 散点 + 回归线 + 标题
ggplot(mtcars, aes(wt, mpg)) +
  geom_point(aes(color = hp), size = 3) +    # 散点，按马力着色
  geom_smooth(method = "lm", se = TRUE) +     # 回归线 + 置信区间
  scale_color_gradient(low = "blue", high = "red") +
  labs(title = "车重-油耗-马力三维分析") +
  theme_bw()

# 保存图片
ggsave("analysis.png", width = 8, height = 6, dpi = 150)

实战练习

1. 用mtcars数据集绘制mpg vs hp的散点图，按cyl着色
2. 绘制不同气缸数(cyl)的mpg箱线图
3. 用facet_wrap按cyl分面展示散点图
4. 叠加geom_point和geom_smooth创建带趋势线的散点图
5. 自定义图表标题、坐标轴标签和主题样式