数据可视化 | 用ggplot2绘制箱形图和气泡图

ggplot2

代谢组学统计分析的结果要想直观和清晰地呈现出来，制作精美的可视化图是不二之选。由于工具所限，很多朋友看到别人画出的各种美图时经常会羡慕嫉妒恨，但如果你会或正在学习使用R语言，当你知晓R语言中包含的强大绘图功能时，就如同掌握了一把数据可视化的尚方宝剑。

绘图相关的R包浩如烟海，有绘制山峦图的ggridges，有创建树状图的ggdendro，还有描绘相关性的ggcorrplot……这些用途各异的R包其实都是在ggplot2这个包的基础上进行了二次开发。掌握了ggplot2，恰如筑牢了高楼大厦的基石！

接下来，小编就带领大家一窥ggplot2的真容。

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ggplot2的绘图原理

ggplot2犹如绘画，在画布上一层层叠加线条、颜色。这种一层层输入的命令，使得ggplot2更加灵活，也更易于修改。

ggplot2函数的组成有：

• geom——几何对象：如点、线

• scale——标度：将数据映射到图形空间，比如用形状、颜色来表示不同的数据，能够精确的控制图形的外观

• coord——坐标系：描述数据映射到平面的过程

• layer——图层：每个图层有各自的图形，最后叠加

• facet——分面：控制分组绘图的方法和排列方式

从数据集变为几何对象，ggplot2数据映射的原理如下图：

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ggplot2的绘图类型

ggplot2提供了很多几何图形，能够轻松绘制气泡图、箱线图、小提琴图等，常用的绘图类型和基础命令见下图：

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美化图形

在指定图表类型后，还可以根据需要修改，比如调整线条粗细、点的形状、颜色等。

美化ggplot2细节最常用的函数是theme()，具有大量参数，其中四种参数的使用最为广泛：

• element_text()：设置基于文本的组件，如标题、子标题等。

• element_line()：设置基于线的组件，如轴线，网格线等。

• element_rect()：修改基于矩形的组件，如绘图和面板区域的背景。

• element_blank()：关闭显示的主题内容。

在RSTUDIO中输入?theme，可以浏览以上参数的具体使用说明，以及theme()的全部功能。

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实例理解

用一个简单的ketones （酮类）研究数据来展示气泡图和箱形图的绘制。

数据情况

共有pre和post两组，每组十个样本，记录了每个样本ketones的含量。

导入数据，加载ggplot2：

dat<- read.table("C:\\\\Users\\\\user\\\\Desktop\\\\ketones.txt",header = T)library(ggplot2)

绘制气泡图

气泡图与散点图相同，都使用了geom_point()，不过比起散点图，气泡图多了气泡大小这个变量，能够展示更多的信息，也更为美观灵动。

将每个样本的ketones的含量呈现出来，并以此来定义气泡的大小：

ggplot(dat, aes(x = Sample,y = ketones,size = ketones)) + geom_point(colour = "steelblue")

增加分组信息，按照不同组别上色：

ggplot(dat,aes(x = Sample,y = ketones,size = ketones,color = Group)) + geom_point()

绘制箱形图

为了更清晰地展示各个组的ketones含量，箱形图是个不错的选择：

ggplot(dat,aes(Group,ketones,fill = Group)) +geom_boxplot(width = 0.5)

但是图片底色是灰色，而文章里高大上的图片往往是白色底色的，不妨试试theme_classic()。

细心的朋友应该发现了，按照英文顺序，“post”在“pre”前面，不过人们的习惯是把“pre”放在前面，这该如何调整呢？可以将分组设为“factor”，自定义顺序哦~

dat$Group<-factor(dat$Group,levels = c("pre","post"))ggplot(dat,aes(Group,ketones,fill = Group)) + geom_boxplot(width = 0.5) + theme_classic()

差异比较

想看看pre组、post组的ketones含量差异情况？ggsignif来帮忙！

library(ggsignif)

先定义好要比较的组别：

compare_pair = list(c("pre","post"))

在箱形图里引入散点图，不仅可以展示整组的表达情况，还可以清楚地看见每个样本的表达情况：

ggplot(dat,aes(Group,ketones,fill = Group)) +geom_boxplot(width = 0.5) +theme_classic() +geom_signif(comparisons = compare_pair,             test = t.test,            step_increase = 0.2,            map_signif_level = F) +geom_point(position = position_jitterdodge())

进一步美化图片，可以自定义颜色，设置字体为常用的“Times New Roman”

ggplot(dat,aes(Group,ketones,fill = Group)) +geom_boxplot(width = 0.5) + theme_classic() +geom_signif(comparisons = compare_pair, test = t.test,            step_increase = 0.2,            map_signif_level=F) +geom_point(position = position_jitterdodge()) +scale_fill_manual(values = c("#8B0000","#F4A460")) +theme(text = element_text(size = 14,family = "serif"))

以上是用简单数据做出的基础的箱形图和气泡图，帮助大家掌握ggplot2。当遇到真实、复杂的数据，ggplot2的功效就更大啦，能够做出更吸引眼球的箱形图和气泡图，一起来欣赏吧！

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