前言

上一節講的是如何使用

cowplot

包來對圖形進行排列對齊，今天要講的是，如何使用

patchwork

包來排列圖形

patchwork

包主要針對的是

ggplot2

圖形，也可以是其他影象系統繪製的圖形。

patchwork

以一種簡單的方式對圖形進行排列和組合，不論多複雜的組合圖形，都能確保圖形之間正確對齊

安裝

patchwork

install。packages（“patchwork”）

匯入相關模組

library（ggplot2）

library（patchwork）

示例

我們主要使用如下圖形進行說明

p1 <- ggplot（mtcars） +

geom_point（aes（mpg， disp）， colour = “#7fc97f”） +

ggtitle（‘Plot 1’）

p2 <- ggplot（mtcars） +

geom_boxplot（aes（gear， disp， fill = factor（gear）），

show。legend = FALSE） +

ggtitle（‘Plot 2’）

p3 <- ggplot（mtcars） +

geom_point（aes（hp， wt， colour = mpg）） +

scale_colour_gradientn（

colours = c（“#66c2a5”， “#fc8d62”， “#8da0cb”）） +

ggtitle（‘Plot 3’）

p4 <- ggplot（mtcars） +

geom_bar（aes（gear， fill = factor（gear）），

show。legend = FALSE） +

facet_wrap（~cyl） +

ggtitle（‘Plot 4’）

1. 組合圖形

1.1 新增圖形

patchwork

使用

+

來連線兩個圖形

p1 + p2

拼湊多個圖

patch <- p1 + p2

p3 + patch

1.1.1 新增非 ggplot 圖形

有時候，你可能想要新增其他型別的圖片，例如，

grid

系統的圖形物件

p1 + grid：：textGrob（‘Some really important text’）

或者，

gridExtra

的

tableGrob

p1 + gridExtra：：tableGrob（mtcars［1：10， c（‘mpg’， ‘disp’）］）

此外，對於

base

繪圖系統，可以透過單邊公式的方式來新增

p1 + ~plot（mtcars$mpg， mtcars$disp， main = ‘Plot 2’，

col = if_else（mtcars$disp > 250， “red”， “green”））

我們可以看到，兩幅圖並沒有對齊，要將

ggplot

圖形和非

ggplot

圖形對齊，需要使用

par（）

函式來進行調整

非

ggplot

圖形可以使用

wrap_elements（）

函式來新增，可以進行更加靈活的控制，例如

old_par <- par（mar = c（0， 2， 0， 0）， bg = NA）

p1 + wrap_elements（panel = ~plot（mtcars$mpg， mtcars$disp）， clip = FALSE）

par（old_par）

如果你想將非

ggplot

圖放在最前面，例如

> grid：：textGrob（‘Text on left side’） + p1

NULL

返回的是

NULL

，這時，也需要使用

wrap_elements（）

函式

wrap_elements（grid：：textGrob（‘Text on left side’）） + p1

總的來說，對齊方式比

cowplot

更加複雜和繁瑣

1.1.2 堆疊和包裝

+

運算子只能簡單地對圖形進行組合，並不能提供任何佈局資訊，圖片是以堆疊還是並列的方式排列。

因此，

patchwork

提供了兩個運算子：

|

：圖形並列放置，即按行

/

：圖形豎直堆疊，即按列

例如

p1 | p2

p1 / p2

這三個運算子的運算順序與數學上一致，

/

和

|

比

+

優先順序更高，最好的方式是使用小括號來區分組合優先順序，例如

p1 / （p2 | p3）

1.1.3 組合函式

當我們需要處理繪圖函式列表時，使用

+

來新增圖形會顯得很笨拙，

wrap_plots（）

允許傳入一個繪圖列表，或者每個繪圖以引數的形式分開傳遞

wrap_plots（p1， p2， p3， p4）

# 或者

wrap_plots（list（p1， p2， p3， p4））

1.2 左側巢狀

上面的運算子都是將圖形新增到左側，例如

patch <- p1 + p2

p3 + patch

我們改變新增的順序，圖形會看起來不太一樣

patch + p3

這兩種方式有什麼不一樣呢？因為

+

是按順序逐個新增的，

+

的右側圖形需要與前面連線的圖形串內的圖形處於同一個巢狀級別。

對於

patch + p3

，相當於是

p1 + p2 + p3

，而對於

p3 + patch

，

patch

與

p3

處於同一巢狀級別

patchwork

還提供了一個

-

運算子來處理這種情況，其作為連線符而不是減號，兩邊的圖形處於同一巢狀級別

patch - p3

或者使用

wrap_plots（）

，所有輸入引數都處於同一級別

wrap_plots（patch， p3）

1.3 修改圖形

在我們建立一個

patchwork

時，會返回最後一個新增的圖形物件，我們可以繼續新增

ggplot

圖形物件

p1 + p2 + geom_jitter（aes（gear， disp））

如果想要修改其他圖形，可以使用雙中括號加索引的方式訪問

patchwork <- p1 + p2

patchwork［［1］］ <- patchwork［［1］］ + theme_minimal（）

patchwork

修改全部

有時，我們可能想對所有圖形進行統一的修改，例如修改主題，

patchwork

提供了兩個運算子

&

：為所有子圖新增元素

*

：為當前巢狀級別的所有子圖新增元素

patchwork <- p3 / （p1 | p2）

patchwork & theme_minimal（）

patchwork * theme_minimal（）

2. 控制佈局

雖然使用

+

、

|

、

/

運算子可以建立複雜的圖形，但是還缺少一些更靈活的控制，下面我們介紹如何使用

plot_layout（）

函式來進行更多的控制

2.1 新增空白佔位

plot_spacer（）

函式可以新增一個空白的區域，大小與同一巢狀級別的圖形一樣

p1 + plot_spacer（） + p2 + plot_spacer（） + p3 + plot_spacer（）

不同的巢狀級別的佔位大小不同

（p1 + plot_spacer（） + p2） / （plot_spacer（） + p3 + plot_spacer（））

2.2 網格佈局

如果沒有給出任何佈局資訊，會盡可能將圖形按照正方形網格進行排列，如果無法排列，則會使用啟發式的方法自動調整。

我們可以使用

plot_layout（）

來控制行列數量，每個網格具有相同的大小

p1 + p2 + p3 + p4 +

plot_layout（ncol = 3）

使用

widths

可以控制相對寬度比

p1 + p2 + p3 + p4 +

plot_layout（widths = c（2， 1））

或者使用絕對大小，使用

heights

設定第一行高度為

5cm

，第二行為剩下的區域

p1 + p2 + p3 + p4 +

plot_layout（widths = c（2， 1）， heights = unit（c（5， 1）， c（‘cm’， ‘null’）））

2.3 非網格佈局

對於非網格佈局，你可能會想到使用巢狀的方式，但是這樣容易讓不同巢狀級別的圖形很難再對齊。另一種方式是，透過設計自定義佈局來排列圖形。

有兩種自定義佈局的方式，最簡單的就是使用文字表示，例如

layout <- “

##BBBB

AACCDD

##CCDD

”

p1 + p2 + p3 + p4 +

plot_layout（design = layout）

用

#

來表示空白區域，

A-D

會根據新增的順序自動對應到圖形，也可以使用數字的方式

layout <- “

##2222

113344

##3344

”

一種更具程式設計性的方法是使用

area（）

函式來構建佈局

layout <- c（

area（t = 2， l = 1， b = 5， r = 4），

area（t = 1， l = 3， b = 3， r = 5）

）

p1 + p2 +

plot_layout（design = layout）

t

、

l

、

b

、

r

分別指定了圖形所佔的上、左、下、右的網格，例如

layout <- c（

area（1， 1），

area（1， 3， 3），

area（3， 1， 3， 2）

）

plot（layout）

也可以使用

wrap_plots（）

函式來繪製，如果使用文字表示的佈局，可以傳遞命名圖形的方式

layout <- ‘

A#B

D#E

’

wrap_plots（D = p1， C = p2， B = p3， design = layout）

2.4 固定縱橫比圖

當我們對具有固定縱橫比的圖圖形（如

coord_fixed（）

、

coord_polar（）

和

coord_sf（）

建立的圖形）進行組合時，由於

widths

和

heights

引數值預設設定為

NA

，自動調整圖形的大小看起來會比較奇怪

p_fixed <- ggplot（mtcars） +

geom_point（aes（hp， disp）） +

ggtitle（‘Plot F’） +

coord_fixed（）

p_fixed + p1 + p2 + p3

我們可以為

widths

設定值

p_fixed + p1 + p2 + p3 + plot_layout（widths = 1）

雖然其他圖片對齊的很好，但是固定縱橫比的圖片，為了維持大小比例，在某一方向上不再對齊了

2.5 嵌入圖形

前面的例子中，我們使用

area（）

函式在網格佈局中將一個圖形嵌入到另一個圖形中，還可以使用

inset_element（）

函式將一個圖形或圖形物件嵌入到前一個圖形中，你可以將它放在前一個圖形區域的任何位置。

例如

p1 + inset_element（p2， left = 0。6， bottom = 0。6， right = 1， top = 1）

p1 + inset_element（p2， left = 0， bottom = 0。6， right = 0。4， top = 1， align_to = ‘full’）

預設定位使用的數值的單位為

npc

，我們可以調整

1cm

的位置

p1 + inset_element（

p2，

left = 0。5，

bottom = 0。5，

right = unit（1， ‘npc’） - unit（1， ‘cm’），

top = unit（1， ‘npc’） - unit（1， ‘cm’）

）

2.6 控制圖例

通常，每幅圖及其圖例都是一個整體，我們可以使用

guides

引數來控制圖例的顯示方式，可選的值為

auto

：如果巢狀的上層嘗試收集圖例，則也會進行收集，否則，放置在圖形邊上

collect

：會將制定巢狀級別的圖例收集起來，並刪除重複的圖例。還可以是

keep

keep

：將圖例放置在對應的圖形邊上

例如

p1 + p2 + p3 + p4 +

plot_layout（guides = ‘collect’）

（（p2 / p3 + plot_layout（guides = ‘keep’）） | p1） + plot_layout（guides = ‘collect’）

對於存在重複圖例的組合圖形，我們可能想要刪除其中某一個，例如，對於如下圖形

p1a <- ggplot（mtcars） +

geom_point（aes（mpg， disp， colour = mpg， size = wt）） +

scale_colour_gradientn（colours = c（“#66c2a5”， “#fc8d62”， “#8da0cb”）） +

ggtitle（‘Plot 1a’）

p1a | （p2 / p3）

設定

guides = ‘collect’

（p1a | （p2 / p3）） + plot_layout（guides = ‘collect’）

我們還可以使用

guide_area（）

來新增圖例區域，其表現方式基本與

plot_spacer（）

一樣，如果沒有設定

collect

形式，則與

plot_spacer（）

一樣，如果設定了，則會將所有圖例繪製在該區域

p1 + p2 + p3 + guide_area（） +

plot_layout（guides = ‘collect’）

3. 添加註釋和樣式

在組合完圖形之後，通常也需要新增一些註釋資訊，像標題或其他文字註釋。

patchword

提供了

plot_annotation（）

函式用於添加註釋

patchwork <- （p1 + p2） / p3

patchwork + plot_annotation（

title = ‘The surprising truth about mtcars’，

subtitle = ‘These 3 plots will reveal yet-untold secrets about our beloved data-set’，

caption = ‘Disclaimer： None of these plots are insightful’

）

tag_level

引數用於控制標籤的格式，格式包括：

1

：阿拉伯數字

a

：小寫字母

A

：大寫字母

i

：小寫羅馬數字

I

：大寫羅馬數字

patchwork + plot_annotation（tag_levels = ‘A’）

可以使用

theme（）

函式來設定標籤的樣式

patchwork +

plot_annotation（tag_levels = ‘A’） &

theme（plot。tag = element_text（size = 8））

如果組合圖形是巢狀佈局，則會遞迴的新增圖形標籤，可以設定多個標籤樣式

patchwork［［1］］ <- patchwork［［1］］ + plot_layout（tag_level = ‘new’）

patchwork + plot_annotation（tag_levels = c（‘A’， ‘1’））

還可以設定標籤的分隔符、字首和字尾

patchwork + plot_annotation（

tag_levels = c（‘A’， ‘1’），

tag_prefix = ‘Fig。 ’，

tag_sep = ‘。’，

tag_suffix = ‘：’

）

patchwork + plot_annotation（

tag_levels = c（‘A’， ‘1’），

tag_prefix = ‘Fig。 ’，

tag_sep = ‘。’，

tag_suffix = ‘：’

） & theme（plot。tag。position = c（0， 1），

plot。tag = element_text（size = 8， hjust = 0， vjust = 0）

）

可以為標籤設定序列，如果設定的序列不夠，後面的圖形標籤會設定為空

patchwork +

plot_annotation（tag_levels = list（c（‘#’， ‘%’）， ‘1’））

其他樣式都可以使用

theme（）

函式來設定，比如，文字字型

patchwork +

plot_annotation（title = ‘The surprising truth about mtcars’，

theme = theme（plot。title = element_text（size = 18））） &

theme（text = element_text（‘mono’））

- END -