（R语言）图形过程

在Windows下用window()命令可以打开图形窗口。

12.1 高级绘图命令

    高级绘图函数，由函数参数提供数据生成一幅完整的图形。其中适当的坐标轴，标签和标题都自动生成了（除非你另外指定了）。高级绘图命令每次都生成一幅新的图形，清除当前的图形（如果需要的话）。

1  plot()函数

这是一个通用函数：生成图形的类型取决于第一个参数的类型或类别(class)。
plot(x,y)  plot(xy)：
如果x，y是向量，plot(x,y)生成一幅y对x的散点图。用包含两个元素x，y的一个列表或一个两列的矩阵作为一个参数（第二种形式那样的）也能达成相同的效果。
plot(x)：
如果x是一个时间序列，这个命令生成一个时间序列图，如果x是一个数值型向量，则生成一个向量值对它们向量索引的土，而如果x是一个复向量，则生成一个向量中元素的虚部对实部的图。
plot(f)   plot(f,y)：
f是一个因子对象，y是一个数值型向量。第一种形式生成一个f的条形图；第二种形式生成y对应于f各个水平的箱线图。
plot(df)   plot( expr)    plot(y expr)：
df是一个数据帧，y是任意对象，expr是由对象名称组成的列表，分隔符'+'(例如，a + b + c)。前两种形式生成分布式的图形，第一种是数据帧中的变量，第二种是一系列被命名的对象。第三种形式生成y对expr中每个对象的图。

2 显示多元数据

如果X是一个数值矩阵或数据帧，下面的命令
> pairs(X) 
生成一个配对的散点图矩阵，矩阵由X中的每列的列变量对其他各列列变量的散点图组成，得到的矩阵中每个散点图行、列长度都是固定的。

当问题涉及到三、四个变量时，使用coplot更好些。如果a和b是数值向量，c是数值向量或因子对象（全都是相同长度的），下面的命令
> coplot(a ~ b | c)
对应c的某些给定值生成数个a对b的散点图。当c是一个因子时，这个命令也就是对c的每个水平生成a对b的散点图。当c是数值向量的时候，这个数值向量被分为一系列的条件区间（conditioning intervals），对应c的每个区间生成一个a对b的散点图。区间的数量和位置可以通过coplot()的参数given.values来控制，函数co.intervals()也可以用来选择区间。我们也可以使用两个给定变量通过命令
>coplot(a ~ b | c+d)
对c和d的每个联合条件区间生成a对b的散点图。

函数coplot()和pairs()都可以使用参数panel=，这个参数可以用来定制我们得到的图形类型。默认的是points()函数，生成一个散点图，不过通过在参数panel=中提供某些其它的低级图形函数，我们可以生成需要的各种图形。一个很有用的函数例子是panel.smooth()。

3 显示图形

qqnorm(x)   qqline(x)    qqplot(x,y)
分布比较图。第一种形式生成向量x对期望正态分数（一个正态记分图），第二个在上面的图上添加一条穿过分布分位点和数据分位点的直线。第三个命令生成x的分位点对y分位点图，用于分别比较它们的分布。

hist(x)     hist(x,nclass=n)       hist(x,breaks=b, . . . )
生成数值变量x的直方图。通常会自动选定一个合理的类别数，不过可以通过nclass=参数来指定一个推荐值。或者通过参数breaks=来指定分界点。如果给定了probability=TRUE参数，那么条形图代表相对频数而不是累计数。

dotchart(x, . . . )
创建一个x中数据的点图(dotchart)。点图中y轴给出x中数据的标签，x轴给出它们的值。它允许对落入某一特定区间的所有数据项方便的进行可视化选择。

image(x,y,z, . . . )     contour(x,y,z, . . . )    persp(x,y,z, . . . )
生成三个变量的图。函数image是用不同的颜色绘制一些矩形方格来展示z的值，函数contour通过绘制等高线来展示z的值，函数persp绘制一个3D面。

4 参数配置

add=TRUE      强制函数按照低级图形函数的方式操作，将图形置于当前图形上（仅对某些函数有效）。
axes=FALSE       暂时禁止坐标轴的生成|以便使用axis()函数添加你自己定制的坐标轴。默认情况是axes=TRUE，即包含坐标轴。
log="x"   log="y"   log="xy"      令x,y或者两者全都对数化。这个参数对许多函数都有效，不过不是全部。
type=          参数type=控制所生成图形的类型：
        type="p" 绘制单独的点（默认值）
        type="l" 绘制线
        type="b" 绘制由线连接的点（both）
        type="o" 将点绘在线上
        type="h" 绘制从点到零轴的垂线（high-density）
        type="s" 阶梯式图。第一种形式中，点由垂线的顶部定义；第二种形式里用底部定义。
        type="n" 不绘制。不过坐标轴是绘出的（默认情况）而且要根据数据绘出坐标系统。用来给后续的低级图形函数创建图形作基础。
xlab=string    ylab=string          x轴或y轴的标签。使用这些参数来改变默认的标签，通常的默认值是调用高级绘图函数时所使用对象的名称。
main=string          图表标题，位于图形的顶部，大字体显示。 
sub=string         子标题，位于x轴下面，用较小的字体显示。

12.2   低级绘图命令

有些时候高级绘图函数并不能很精确的生成我们想要的图形。这种情况下，我们可以通过低级绘图命令在当前图形上添加信息（例如，点、线或文本）。

points(x,y)    lines(x,y)
在当前图形上添加点或线。函数plot()的参数type=也可以用于这些函数（默认的是"p"代表points()和"l"代表lines()）。

text(x,y,labels, . . . )
给定点坐标x,y，在该点添加文本。通常labels是一个整数或字符向量，其中labels[i]出现在点(x[i],y[i])。默认值是1:length(x)。
Note： 这个函数通常用于这样的序列中
 > plot(x, y, type="n"); text(x, y, names)
图形参数type="n"阻止了点的生成，但是建立了坐标轴，由函数text()提供字符向量names所指定的特定字符。

abline(a, b)   abline(h=y)   abline(v=x)    abline(lm.obj)
在当前图上添加一条斜率为b，截距为a的直线。h=y在图形指定的高度上绘制一条贯穿图形的水平线，同样的，v=x在x轴的指定位置绘制一条贯穿的垂线。而lm.obj是一个包含coefficients组件的列表，该组件的长度为2，分别当作截距和斜率。

polygon(x, y, . . . )
绘制一个多边形，其顶点由(x,y)指定。同时还（可选的）可以加上阴影线，如果图形设备允许的话还可以将多边形填充。

legend(x, y, legend, . . . )
这当前图形的指定位置添加图例。绘制的字符，线条类型，颜色等等由字符向量legend指定。除此之外至少还要给出一个参数v，与绘图单元的相应值，分别有：
legend( , fill=v)填充方框的颜色
legend( , col=v)绘制点线的颜色
legend( , lty=v)线条类型
legend( , lwd=v)线条宽度
legend( , pch=v)绘制字符(字符向量)

title(main,sub)
在当前图形的顶部用大字题添加一个标题main，在底部用较小的字体添加子标题sub。

axis(side, . . . )
在当前图形的指定边上添加坐标，在哪个边上由第一个参数指定（1到4，从底部按照顺时针顺序）。其他参数控制坐标的位置|在图形内或图形外，以及标记的位置和标签。适合在调用参数为axes=FALSE的函数plot()后添加定制的坐标轴。

低级绘图函数通常都需要一些位置信息（例如，x,y坐标）来决定在哪里添加新的元素。坐标以用户坐标(user coordinates)的形式给出，这个坐标系是根据所提供的数据由之前的高级绘图语句定义的。需要x,y参数的地方还可以选用一个单独的参数，即一个由名为x,y的元素组成的列表。相似的，一个两列的矩阵也可以。像locator()（后面会提到）这样的函数也可以按照这种方式交互的指定图形中的位置。

添加数学注释
某些情况下需要在图形中加入数学符号或公式。在R中可以通过在text, mtext,axis或title中指定一个表达式来实现。例如，下面的代码绘制了二项概率函数的公式：
> text(x, y, expression(paste(bgroup("(", atop(n, x), ")"),p^x, q^{n-x})))
更多的信息，包括其特性的一个完整列表可以在R中通过下面的命令得到：
> help(plotmath)
> example(plotmath)

添加Hershey矢量字体
> help(Hershey)
> example(Hershey)

12.3 图形的交互

R提供了函数，使用户可以通过鼠标从图形中释放信息或添加信息。

locator(n,type)
等待用户使用鼠标左键在当前图形上选择位置。直到n(默认是512)个点都选完或者点击了鼠标另一个键（Unix,Windows)，在Mac下用鼠标点击图形窗口外的部分也可以结束。参数type的效果和在高级绘图函数中使用时是一样的，即在选择的点绘制指定的图形。默认情况是不绘制图形。函数locator()将所选点的坐标返回到一个列表中，列表包含x,y两个组件。
通常locator()在调用的时候并不带参数。这个功能在为图例或标签这样的图形元素选择位置时比较有用，尤其是这些位置不好通过计算得到的时候。举个例子，如果要在一个野点附近添加一些信息，可以使用下面的命令
> text(locator(1), "Outlier", adj=0)

identify(x, y, labels)
允许用户在x,y（使用鼠标左键）定义的点附近绘制相应的labels的组件（如果没有给出labels就给出该点的序号），突显该点。当鼠标的另一个键被点击时（Unix,Windows）返回被选点的序号，在Mac下通过点击图形窗口外来实现这个效果。
有时我们更想确定图形中的点，而非它们的位置。例如，我们可能希望从图示中选出某些感兴趣的观测点，然后进行某些操作。通过两个数值向量x,y给定一系列坐标(x; y)，我们可以使用identify()函数：
> plot(x,y) > identify(x,y)
函数identify()本身不绘图，但是允许用户移动鼠标，在某点附近点击左键。离鼠标指针最近的点将被突显，并标出其序号（也就是它在向量x/y中的位置）。或者使用identify()的labels参数，把某些信息（例如案例名称）作为突显的标志；或者通过plot=FALSE参数取消所有突显标志。当选点的过程结束后，identify()返回所选点的序号；用户可以使用这些序号从x和y中释放所选的点。

12.4 使用图形参数

通过图形参数可以定制图形显示的几乎所有方面。R包含大量的图形参数，可以控制的包括线条类型，颜色，图标排列，文本对齐等等。

1 持续性变更 (Permanent changes): par()函数

通过par()函数设定图形参数的值会持续性的更改参数的值，也就是说这之后（在当前设备上）所有对图形函数的调用都受到新值的影响。
函数par()用于存取和修改当前图形设备的图形参数列表。
par()不带任何参数，返回当前设备所有图形参数和它们的值的列表。
par(c("col","lty"))
参数为一个字符向量，仅返回参数中指定的图形参数（也是作为一个列表）。
par(col=4, lty=2)
带指定参数（或一个列表型参数），设定指定图形参数的值，并将参数的原始值作为一个列表返回。
所以如果想设定参数绘制一些图形后再恢复成原来的设定，可以这么做：
> oldpar <- par(col=4, lty=2) 
. . . plotting commands . . . 
> par(oldpar)

2 临时性变更：图形函数的参数

图形参数也可以作为（几乎）所有图形函数的命名参数。这种方式的效果和用于par()函数的效果是一样的，只不过这种改变只在函数调用的区间内有效。比如：
> plot(x, y, pch="+")
生成一个以加号作为绘图符号的散点图，而不改变后续图形的默认的绘图符号。

3 图形参数列表

A  图形元素
R图表由点、线、文本和多边形（填充区）组成。下面的图形参数控制了图形元素的绘制：
pch="+" 用来绘点的字符。这个默认值随不同的图形驱动是不同的，不过通常都是'±'。除非使用"."作为绘图字符，否则绘制的点都会比适当的位置高一点或者低一点，而不是恰好在指定位置。
pch=4当给定一个0到18的整数时，会生成一个特殊的绘图符号。通过下面的命令可以看这些符号都有什么。
> legend(locator(1), as.character(0:18), pch=0:18)
lty=2 线条类型。并不是所有图形设备都支持多种线条类型（在那些支持的设
备上也不全一样），不过线条类型1始终是实线，2及以上的是点、划线或者它们的组合。
lwd=2 线条宽度。所需的线条宽度，是"标准"线条宽度的倍数。对line()等函数绘制的线条和坐标轴都有效果。
col=2 点、线、文本、填充区和图像使用的颜色。每种图形元素都有其可用的颜色列表，这个参数的值就是颜色在列表中的序号。显然，这个参数值对有限的一类设备有效。
font=2 指定文本所使用字体的一个整数。如果可能的话，设备驱动会把1对应普通文本，2对应粗体，3对应斜体，4对应粗斜体。
font.axis   font.lab    font.main   font.sub 这几个参数分别指定坐标轴注释，x,y轴的标签，主、副标题所用的字体。
adj=-0.1 文本对齐和绘图位置有关。0代表左对齐，1代表右对齐，0.5代表水平的中间位置。当前的值使会图位置到左端距离的比例，所以-0.1在文本和绘图位置之间留10%的空白。
cex=1.5 字符缩放。这个值是所需文本字符（包括绘图字符）的大小，与默认文本大小相关。

B  坐标轴和标记
很多R的高级图形都有坐标轴，你可以使用低级图形函数axis()自己创建坐标轴。坐标轴包含三个主要组件：轴线axis line（线条类型由参数lty控制），标记tick mark（沿着轴线划分单元），标号tick label（用来标出这些单元）。这些组件可以用下面这些参数定制。
lab=c(5,7,12)前两个数字分别是x和y轴上所要划分的区间数。第三个数字是坐标轴标签的长度，用字符数来衡量（包括小数点）。参数的值如果选得太小可能导致所有标号都聚在一起。
las=1 坐标轴标签的方向。0代表总是和坐标轴平行，1代表总是水平的，2代表总是垂直于坐标轴。
mgp=c(3,1,0)坐标轴组件的位置。第一个组件是坐标轴标签到坐标轴的距离，单位是文本行(text lines)。第二个组件是到标号的距离，最后一个是轴的巍直到轴线的距离（一般都是0）。正数代表绘图区域外，负数代表区域内。
tck=0.01 标号的长度，绘图区域大小的一个分数作单位。当tck比较小时（小于0.5），就强制x和y轴上的标记为相同大小。tck=1就是生成网格线。取负值时标记画向绘图区域外。内部标记可以使用tck=0.01和mgp=c(1,-1.5,0)。
xaxs="s"   yaxs="d" 分别是x、y轴的类型。如果是s(standard)或e(extended)类型，那最大和最小的标记都始终在数据区域之外。如果有某个点离边界非常近，那么扩展型(extended)的轴会稍稍扩展一下。这种类型的轴有时会在边界附近留出大片空白。而i(internal)或r(默认值)类型的轴，标记始终在数据区域内，不过r类型会在边界留出少量空白。
如果这个参数设为d，就锁定当前轴，对之后绘制的所有图形都用这个轴（直到参数被重新设定为其他的那几个值）。这个参数适用于生成一系列固定尺度的图。

C  图边缘（Figure margins）
在R中一个单独图形，图（figure），包含一个绘图区(plot region)，以及环绕着这个区域的边缘（其中可能含有坐标轴标签、标题等等），（通常）这两部分以轴为边界。
一个典型的图是

控制图的样式的图形参数包括：
mai=c(1,0.5,0.5,0)分别是底部，左侧，顶部，右侧的宽度，单位是英寸。
mar=c(4,2,2,1)与mai相似，只是单位是文本行(text lines)。
由于更改一个就会改变另一个的值，所以在这个意义上，mai和mar是等价的。这个参数的默认值通常都太大了；右侧边缘很少用到，如果没标题，顶部边缘也不需要，左侧和底部的边缘应当足够大，以容纳坐标轴和标号。此外，默认值并没有考虑到设备表面的大小：比如，使用postscript()驱动，height=4参数时，除非用mar，mai另外设定，否则图的边缘就要占上大约50%。使用多图环境时（后面会提到）。边缘会减少一半，不过这在多图共用一页的时候可能还不够。

D 多图环境
R允许在一页上创建一个n£m的图的阵列。每个图由自己的边缘，图的阵列还有一个可选的外部边缘，如下图所示。

与多图环境相关的图形参数有：
mfcol=c(3, 2)    mfrow=c(2, 4)
   设定多图阵列的大小。第一个值是行数，第二个值是列数。这两个参数唯一的区别是mfcol把图按列排入，mfrow把图按行排入。上图所示的版式可用mfrow=c(3,2)创建；上图显示的是绘制四幅图后的情况。
mfg=c(2, 2, 3, 2)
    当前图在多图环境下的位置。前两个数字是当前图的行、列数；后两个是其在多图阵列中的行列数。这个参数用来在多图阵列中跳转。你甚至可以在后两个数中使用和真值(true value)不同的值，在同一页上得到大小不同的图。
fig=c(4, 9, 1, 4)/10
    当前图在页面的位置，取值分别是左下角到左边界，右边界，下、上边界的距离与对应边的百分比数。给出的例子是一个页面右下角的图。这个参数可以设定图在页面的绝对位置。
oma=c(2, 0, 3, 0)   omi=(0, 0, 0.8, 0)  
       外部边缘的大小。与mar和mai相似，第一个用文本行作单位，第二个以英寸作单位，从下方开始按照顺时针顺序指定。
外部边缘对页标题这类东西很有用。文本可以通过带outer=TRUE参数的mtext()函数加入外部边缘。默认情况下是没有外部边缘的因此必须通过oma或omi指定。
函数split.screen()和layout()可以对多个图形作更复杂的排列。

12.6 设备驱动

R几乎可以在任何一种类型的显示器和打印设备上生成（不同质量的）图形。不过，在这之前，需要告诉R要处理的是哪一种设备。这通过启动一个设备驱动来完成。
设备驱动通过调用设备驱动函数来启动。
某些常用的设备驱动有：
X11()[Unix] 使用X11视窗系统
windows()[Windows]   使用 Windows 视窗系统 
postscript()在PostScript打印机上打印或者创建PostScript图形文件
pictex()生成一个LATEX文件
当一个设备使用完之后，可以通过下面的命令终止设备驱动
> dev.off()
这个命令可以确保设备已经结束；例如，在某些硬拷贝的设备中，这个命令可以保证每页都已经完成，并且都被传送到打印机了。

PostScript文档
通过给postscript()函数带上file参数，我们可以把图形以PostScript格式存储到文件中。如果没有给出horizontal=FALSE参数，图形是横向的，你可以通过width和height参数控制图形的大小（图形会自动适应）。例如，命令
> postscript("file.ps", horizontal=FALSE, height=5, pointsize=10)
为一个五英寸的图生成一个包含PostScript代码的文件，可以放在文当中。如果命令中的指定的文件名已经存在，将会被覆盖。

多重图形设备
每个对设备驱动的新调用都会打开一个新的图形设备，在设备列表中加入新的一项。这个设备就成为当前设备，图形输出就传送到这个设备。
dev.list()      返回所有活动中设备的序号和名称。在列表位置1的设备始终是空设备(null device)，这个设备不接收任何图形命令。
dev.next()    dev.prev()     分别返回当前设备的后一个和前一个设备的序号和名称。
dev.set(which=k)     用来把当前设备更改为设备列表中位置k的那个。返回设备的序号和标签。
dev.off(k)    终止图形列表位置k的那个图形设备。对于某些设备，比如postscript，这个命令会立刻打印文件或者正常结束文件，具体怎样处理取决于设备是怎样初始化的。
dev.copy(device,. . . ,which=k)      dev.print(device,. . . ,which=k)
建立一个设备k的拷贝。其中device是一个设备函数，例如postscript，如果需要的话可以在'. . . '中指定其它的参数，dev.print效果相似，不过复制的设备会立刻关闭，所以打印硬拷贝这样的终止操作也会被立即执行。
graphics.off()      终止列表中的所有图形设备，空设备除外。