R语言数据可视化：科技图表绘制

《R语言数据可视化：科技图表绘制》结合编者多年的数据分析与科研绘图经验精心编撰，旨在帮助读者利用R语言及ggplot2在内的多种可视化包绘制引人入胜的专业化图表。全书共11章，第1~3章主要讲解R语言的基础知识，包括对象与变量、数据结构、数据存取、传统及网格绘图系统的绘图函数及参数控制，尤其对ggplot2包进行了详细讲解。第4~11章结合R及其附加包的数据可视化功能，分别讲解类别比较数据、数值关系数据、分布式数据、层次关系数据、网络关系数据、局部整体型数据、时间序列数据、多维数据的可视化实现方法。帮助读者尽快掌握利用R语言及可视化包进行科技图表的制作与数据展示。

《R语言数据可视化：科技图表绘制》注重基础，内容翔实，突出示例讲解，既适合广大科研工作者、工程师和在校学生等不同层次的读者自学使用，也可以作为大中专院校相关专业的教学参考书。

芯智（笔名）

毕业于航空航天大学，现就职于中国科学院，从事科研工作近二十年。参与国家科技重大专项攻关任务，熟练掌握各种工程应用与数据分析软件，曾获得国家专利奖、北京市专利奖和中科院成果转化特等奖等荣誉。

龙胜

毕业于重庆大学，现就职于陆军工程大学，从事科研教学科研工作多年，精通R、MATLAB、Origin等工程应用软件，擅长数据分析与科研图表绘制。发表SCI、EI及核心论文多篇，申请获授权国际/国内发明专利多项。

《R语言数据可视化：科技图表绘制》由两位具有多年数据分析与科研绘图经验的专家精心编撰，旨在帮助读者轻松掌握利用R语言及ggplot2等可视化包绘制引人入胜的专业图表。

《R语言数据可视化：科技图表绘制》内容涵盖了R语言基础、两大绘图系统和使用ggplot2等可视化包实现数据可视化各种方法，全书提供了40余种图表绘制与美化技巧，100余个操作范例，150余幅精美图图表，简明易学，按步骤操作即可获得想要的效果。

为了使您更好地学习和应用本书的知识，本书还提供了方便的视频教学、资源文件和数据集，帮助您上机演练习更方便。

无论您是科研工作者、工程师还是在校学生，相信它会成为您在数据分析与科研绘图领域的得力助手，并从中受益。

欢迎阅读《R语言数据可视化：科技图表绘制》！本书的目标是帮助读者掌握数据可视

化的艺术，并深入理解如何利用R语言和其强大的ggplot2包等工具创建引人入胜的图形和

数据可视化。数据可视化是数据科学和数据分析的重要组成部分，它允许我们将复杂的数

据变得更加容易理解和有意义。

R语言是一种强大的开源数据分析和统计建模工具，备受数据科学家、研究人员和业

界专业人士的喜爱。它的灵活性、扩展性和丰富的数据处理能力使其成为数据可视化的理

想平台。作为一种开放源代码的语言，R语言拥有一个庞大的社区支持，这意味着用户可以

轻松访问数千个数据分析和可视化包。

R语言中的ggplot2包是最受欢迎的数据可视化包之一，它的强大之处在于设计理念和

优雅的语法。使用ggplot2可以轻松创建各种图表，从简单的散点图到复杂的多变量图形，

而无须过多地编程。

本书会引导读者逐步学习如何使用R语言及可视化包来创建令人印象深刻的数据可视

化图表。根据内容安排，本书共11章，章节安排如下：

第1章 R语言基础 第2章 传统绘图系统

第3章 网格绘图系统 第4章 类别比较数据可视化

第5章 数值关系数据可视化 第6章 分布式数据可视化

第7章 层次关系数据可视化 第8章 网络关系数据可视化

第9章 局部整体型数据可视化 第10章 时间序列数据可视化

第11章 多维数据可视化

书中的数据可视化应用部分提供了大量绘图示例，这些示例方便为读者提供绘图思

路，并展示了R语言及相关绘图包的强大功能，读者可以在此基础上进一步美化练习操作。

本书内容可以起到抛砖引玉的作用，对于各绘图包的详细功能，读者可以参考对应的说明

文件深入学习。

本书编写过程参考了R包的系列帮助文档，数据部分采用了自带数据。在学习过程中，

如果需要本书的原始数据，请关注“算法仿真”公众号，并发送关键词104981获取数据下载

链接。为帮助读者学习，在“算法仿真”公众号中会不定期提供综合应用示例帮助读者进

一步提高作图水平。

R语言及附属包本身是一个庞大的资源库与知识库，本书所讲难窥其全貌，虽然在本

书的编写过程中力求叙述准确、完善，但由于编者水平有限，书中欠妥之处在所难免，希望

读者和同仁能够及时指出，共同促进本书质量的提高。

本书结构合理、叙述详细、示例丰富，既适合广大科研工作者、工程师和在校学生等

不同层次的读者自学使用，也可以作为大中专院校相关专业的教学参考书。

本书提供了丰富的资源，除可以在正文中扫描二维码观看教学视频外，还可以扫描下

方二维码下载PPT和资源文件。

最后，感谢你选择了本书，希望你在阅读过程中获得乐趣，同时能够从中获益。在学习

过程中，如遇到与本书有关的问题，可以访问“算法仿真”公众号获取帮助。

编 者

2023 年 12 月

第1章 R语言基础 1

1.1 R语言概述 1

1.1.1 R语言的诞生 1

1.1.2 R语言的特点 2

1.1.3 R语言绘图系统 3

1.1.4 图形语法4

1.2 R语言的获取与安装 5

1.2.1 安装程序下载 5

1.2.2 R语言的安装与启动 7

1.2.3 辅助工具RStudio 8

1.2.4 包的安装与加载 · 10

1.3 对象与变量 13

1.3.1 对象 13

1.3.2 变量 14

1.4 数据结构 15

1.4.1 数据类型 16

1.4.2 向量 17

1.4.3 矩阵与数组 21

1.4.4 数据框 23

1.4.5 列表 26

1.4.6 因子 29

1.5 数据存取与抽样 30

1.5.1 数据存取 30

1.5.2 数据抽样 33

1.6 获取帮助信息 34

1.6.1 使用内置帮助函数 34

1.6.2 R语言相关软件和资料 35

1.7 本章小结 35

第2章 传统绘图系统 36

2.1 常用的绘图函数 36

2.1.1 高级绘图函数 36

2.1.2 低级绘图函数 41

2.2 图形参数控制 · 45

2.2.1 图形控制 45

2.2.2 颜色控制 50

2.3 页面布局 53

2.3.1 par()函数 54

2.3.2 layout()函数 55

2.3.3 同时打开多个绘图窗口 57

2.4 本章小结 58

第3章 网格绘图系统 59

3.1 基本语法 59

3.1.1 ggplot2语法框架 60

3.1.2 数据和图形属性映射 60

3.1.3 几何对象 63

3.1.4 统计变换 68

3.2 坐标系统 72

3.2.1 笛卡儿坐标系 72

3.2.2 极坐标系 74

3.2.3 地理坐标系 75

3.3 图形分面 76

3.4 标度函数 78

3.4.1 颜色标度函数 79

3.4.2 坐标标度函数 85

3.5 主题函数 89

3.6 注释 94

3.6.1 添加文本注释 94

3.6.2 通过嵌套为图形做注释 98

3.6.3 为坐标轴添加对数刻度线 98

3.7 页面布局与保存 99

3.7.1 页面布局 100

3.7.2 保存图形 105

3.8 本章小结 105

第4章 类别比较数据可视化106

4.1 柱状图 106

4.1.1 柱状图释义 106

4.1.2 单一柱状图 107

4.1.3 分组柱状图 108

4.1.4 堆积柱状图109

4.1.5 百分比柱状图 110

4.1.6 均值柱状图 111

4.1.7 不等宽柱状图 112

4.2 条形图 113

4.3 棒棒糖图 114

4.3.1 基础棒棒糖图 115

4.3.2 带基线的棒棒糖图 119

4.3.3 克利夫兰点图 120

4.3.4 哑铃图 122

4.4 雷达图 124

4.5 玫瑰图 131

4.6 径向柱状图 135

4.6.1 基础径向柱状图 135

4.6.2 带标签的径向柱状图 137

4.6.3 带断点的径向柱状图 138

4.6.4 分组径向柱状图 139

4.6.5 为径向柱状图添加元素 142

4.6.6 分组堆叠径向柱状图 144

4.7 词云图 147

4.8 本章小结 150

第5章 数值关系数据可视化 151

5.1 散点图 151

5.1.1 二维散点图 152

5.1.2 三维散点图153

5.1.3 线性拟合与置信区间 154

5.1.4 带标定区域的散点图 ·156

5.1.5 利用viridis包绘制散点图 158

5.2 气泡图 161

5.2.1 绘制基础气泡图 161

5.2.2 美化气泡图 162

5.3 等高线图 164

5.4 三元相图 167

5.5 瀑布图 171

5.6 火山图 172

5.7 本章小结 179

第6章 分布式数据可视化 180

6.1 直方图 180

6.2 核密度图 182

6.3 箱线图 185

6.4 小提琴图 188

6.5 金字塔图 195

6.6 脊线图 201

6.7 点阵图 204

6.8 本章小结 208

第7章 层次关系数据可视化 209

7.1 旭日图 209

7.2 树状图 215

7.3 桑基图 223

7.4 矩形树状图 228

7.5 圆堆积图 233

7.6 本章小结 239

第8章 网络关系数据可视化 240

8.1 节点链接图 240

8.2 弧线图 248

8.3 蜂巢图 253

8.4 和弦图 256

8.5 边绑定图 262

8.6 本章小结 269

第9章 局部整体型数据可视化 270

9.1 饼图 270

9.2 散点复合饼图 273

9.3 华夫图 275

9.4 马赛克图 280

9.5 本章小结 285

第10章 时间序列数据可视化 286

10.1 折线图 286

10.2 面积图 289

10.3 地平线图 294

10.4 螺旋图 298

10.5 日历图 304

10.6 本章小结307

第11章 多维数据可视化 308

11.1 热图 308

11.2 矩阵散点图 314

11.3 平行坐标图 320

11.4 本章小结 ·325

参考文献 326