全栈 - 13 ggplot2 在 R 中进行可视化

这是全栈数据工程师养成攻略系列教程的第十三期：13 ggplot2 在R中进行可视化。

咱们已经具有了必定的代码基础，如今不妨来了解下数据可视化，从生动的图形中更好地感觉数据之美。R是一门统计分析语言，和Python同样，语法简单而且有很是丰富的功能包，其中的ggplot2包即可以用简洁的语法绘制出美观多样的图形。

下载和安装

若是没有R的话须要去下载并安装，在R的官网中找到下载连接，选择最近的镜像地址下载便可，www.r-project.org/。安装完毕后便可运行R，软件以下图所示，界面比较简单，提供的用户图形化接口十分有限。

所以能够再安装一个叫做RStudio的软件，它基于R的内核提供了更佳丰富的用户图形化操做界面，使用起来更方便，用户体验更好。能够在RStudio的官网找到下载连接，下载并安装RStudio，www.rstudio.com/。安装完毕后运行RStudio，软件界面以下图所示。

左上角的两个按钮分别用于新建各类文件和打开已有文件，左边是一个交互命令行，能够交互式地执行代码。右边上半部分是环境窗口（Environment）和历史窗口（History），分别能够查看当前编程环境中已有的变量，以及查看历史命令记录。右边下半部分包括文件（Files）、绘图（Plots）、包（Packages）、帮助（Help）等标签页，分别用于查看文件目录、查看绘图结果、查看引用的包、查看帮助文档。

例如，在左边的交互命令行中输入?plot并回车，便可在右边的Help中查看plot函数的使用文档。再输入a <- 1并回车，便可在右边的Environment中看到已有的变量，同时在History中也能够看到以前执行的两条命令记录。

R基础

安装包和加载包

R和Python同样，功能之因此强大是由于它具有丰富多样的功能包。在R中使用如下命令便可安装一个新的包，例如ggplot2，包的名字须要用引号括起来。

install.packages("ggplot2")复制代码

功能包安装完毕以后，便可加载并使用其提供的数据集、函数和功能，使用如下命令加载一个功能包，包的名字不须要用引号括起来。

library(ggplot2)复制代码

数据结构

R中的数据结构主要有向量、矩阵、数组、数据框、因子和列表。

向量是用于存储数值型、字符型或逻辑型数据的一维数组，单个向量中的数据必须拥有相同的类型或模式，即要么都是数值型，要么都是字符型，要么都是逻辑型。能够发现，R中的赋值使用箭头符号<-，而不是其余语言经常使用的=。

# 数值型
a <- c(1, 2, 5, 3, 6, -2, 4)
# 字符型
b <- c("one", "two", "three")
# 逻辑型
c <- c(TRUE, TRUE, TRUE, FALSE, TRUE, FALSE)复制代码

用方括号能够访问向量中的元素，例如访问向量a中的第二个和第四个元素，能够用a[c(2, 4)]。向量也支持支持冒号语法，a[2:6]将返回a的第二至第六个元素。因此向量的用法和Python中list有类似又不一样，Python中list的下标从0开始，并且冒号语法只包括开始下标但不包括结束下标。另外Python中负号下标表示从后往前数，而向量中负号表示排除，例如a[-1]返回向量a中除了第一个之外的其余所有元素。

矩阵是一个二维数组，每一个元素都拥有相同的类型，必须都为数值型、字符型或逻辑型，可经过函数matrix建立矩阵。

mymatrix <- matrix(vector, nrow=number_of_rows, ncol=number_of_columns, byrow=FALSE, dimnames=list(rownames, colnames))复制代码

其中vector向量包含了所有矩阵元素，nrow和ncol为行数和列数，byrow默认为FALSE表示按列填充，不然TRUE为按行填充，dimnames为行名和列名。使用时，只有前三个参数是必须的。

y <- matrix(1:20, nrow=5, ncol=4)
cell <- c(1, 26, 24, 68)
rnames <- c("R1", "R2")
cnames <- c("C1", "C2")
mymatrix <- matrix(cell, nrow=2, ncol=2, byrow=TRUE, dimnames=list(rnames, cnames))
mymatrix <- matrix(cell, nrow=2, ncol=2, byrow=FALSE, dimnames=list(rnames, cnames))复制代码

x[i,]表示矩阵x中的第i行，x[,j]表示矩阵x中的第j列，x[i, j]表示矩阵x中的第i行第j个元素，或者使用数值型向量代替i、j以同时选择多行或多列。

数组和矩阵相似，可是维度能够大于2，经过array函数建立。

myarray <- array(vector, dimensions, dimnames)复制代码

其中vector包含数组中的数据，dimensions是一个数值型向量，给出了各个维度下标的最大值，dimnames可选，以向量形式指定各个维度的名称。

dim1 <- c("A1", "A2")
dim2 <- c("B1", "B2", "B3")
dim3 <- c("C1", "C2", "C3", "C4")
z <- array(1:24, c(2, 3, 4), dimnames=list(dim1, dim2, dim3))复制代码

数据框能够理解成数据库中的表，即每一行表示一条记录，每一列表示一项字段。不一样列能够包含不一样类型，例如某一列为数值型而另外一列为字符型，但每列全部行的数据类型必须相同。数据框经过data.frame建立，是R中最为重要的一种数据结构。

patientID <- c(1, 2, 3, 4)
age <- c(25, 34, 28, 52)
diabetes <- c("Type1", "Type2", "Type1", "Type1")
status <- c("Poor", "Improved", "Excellent", "Poor")
patientdata <- data.frame(patientID, age, diabetes, status)复制代码

访问数据框中的数据能够经过如下三种方式：

# 访问第一列和第二列
patientdata[1:2]
# 按列名访问，使用方括号和向量
patientdata[c("diabetes","status")]
# 按列名访问，使用$
patientdata$age复制代码

无序类别型变量和有序类别型变量在R中都称为因子。简单来讲，因子就是一种离散值，例如性别只能是male和female，对应两个字符型因子，或者分别用0和1来表示，对应两个数值型因子。若是因子的不一样水平之间存在排序关系，则称为有序因子。如下代码中，diabetes对于不一样的人只能取Type1或Type2，所以是一个因子。

diabetes <- factor(c("Type1", "Type2", "Type1", "Type1"))复制代码

如下代码中，status对于不一样的人只能取Poor、Improved或Excellent
，同时三者之间存在排序关系，所以使用orderded=TRUE指定为一个有序因子。

status <- factor(c("Poor", "Improved", "Excellent", "Poor"), ordered=TRUE)
# 或者手动指定排序的顺序
status <- factor(c("Poor", "Improved", "Excellent", "Poor"), ordered=TRUE, levels=c("Poor", "Improved", "Excellent"))复制代码

列表和向量同样，一样是多个元素的排列，但每一个元素能够是以上说起的任何数据结构，甚至是其余列表的组合，即嵌套列表。使用list定义一个列表，并能够为各个元素进行命名。

g <- "My First List"
h <- c(25, 26, 18, 39)
j <- matrix(1:10, nrow=5)
k <- c("one", "two", "three")
mylist <- list(title=g, ages=h, j, k)
mylist复制代码

能够看到mylist包括四个元素，使用mylist[[2]]、mylist$age或者mylist[["ages"]]访问其中的第二个元素。

最后须要注意的是，R中的变量名、行名、列名等名称，都尽可能使用纯英文，避免使用中文致使错误。

数据集

R中提供了不少数据集，安装包也会提供一些额外的数据集，这些数据集大多以数据框的形式给出，例如mtcars数据集提供了32款车型的11项参数值，全部参数值都为数值型。

head(mtcars)
nrow(mtcars)
names(mtcars)
summary(mtcars)复制代码

另外，也能够从csv、txt等文件中读取数据为数据框，使用data.table包的fread()函数读取数据，例如以前提供的douban_movie_clean.txt。读取以前须要在Files标签页中找到数据文件，而后点击齿轮中的Set As Working Directory，将当前目录设为工做路径。

# 没有包则安装
# install.packages("data.table")
library(data.table)
douban_movie_clean <- fread("douban_movie_clean.txt", header=TRUE, sep="^", encoding="UTF-8")复制代码

R脚本

除了在交互命令行中编写R代码，一种更方便的选择是使用R脚本，就如同新建一个.py代码，在Sublime中编辑完毕后再运行同样。点击左上角的新建文件按钮，选择R Script，在新建的R脚本中能够自由地编写多行代码。编写完毕后，选中所有或者部分代码，点击R脚本右上方的Run按钮，便可运行选中的代码。

ggplot2

ggplot2是R中的一个功能包，能够用简洁统一的语法绘制出美观多样的图形。安装好ggplot2以后，让咱们经过一个简单的例子感觉下ggplot2的魅力。

# 若是没有则安装
# install.packages("ggplot2")
# 加载包
library(ggplot2)
ggplot(douban_movie_clean) + geom_histogram(aes(x=length))复制代码

以上代码对豆瓣电影数据集的片长这一字段绘制直方图，横轴为电影片长，纵轴为每一个片长区间的电影数量。绘图结果将显示在Plots标签页中，能够点击Zoom按钮放大图像，能够发现大多数电影的片长集中在90至120分钟之间。

R学习笔记

若是对R感兴趣、但愿进一步了解更多内容，能够访问个人博客，zhanghonglun.cn/blog/tag/r/，以上连接以r为标签搜索相关文章，搜索结果中会有一个《R学习笔记》系列，共14篇文章，可做为进一步学习R的参考资料。

视频连接：在R中进行可视化

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