使用patchwork进行拼图的一些细节

医学和生信笔记

发布于 2022-11-15 10:35:01

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发布于 2022-11-15 10:35:01

文章被收录于专栏：医学和生信笔记

说到拼图，那必须得好好学习patchwork包，这个包是Thomas大佬的作品，一经推出就火了，迅速取代了R中其他的拼图包。

大佬很强，除了这个包，还有很多好用的包都是他开发的，比如gganimate/ggraph/tidygraph/ggforce等，是不是也有一些你常用的包呢。

如果你仔细扒一扒，就会发现，我们常用的包，都是出自那几个人之手。。。

本期目录：

安装
拼图！
- 简单拼图
- 嵌套拼图
- 和非`ggplot2`对象拼图
- 堆叠和成组
- 快速拼很多图
修改子图形
- 修改全部子图形
控制整体布局
- 增加空白占位图形
控制行列数
行列的精细控制
Fixed aspect plots
插入图形
控制图例
标题、副标题和说明文字
给子图添加序号
修改整个图形的外观

安装

# 2选1
install.packages('patchwork')

# install.packages("devtools")
devtools::install_github("thomasp85/patchwork")

拼图！

library(patchwork)

首先创建一些基本图形用于演示。

library(ggplot2)
p1 <- ggplot(mtcars) + 
  geom_point(aes(mpg, disp)) + 
  ggtitle('Plot 1')

p2 <- ggplot(mtcars) + 
  geom_boxplot(aes(gear, disp, group = gear)) + 
  ggtitle('Plot 2')

p3 <- ggplot(mtcars) + 
  geom_point(aes(hp, wt, colour = mpg)) + 
  ggtitle('Plot 3')

p4 <- ggplot(mtcars) + 
  geom_bar(aes(gear)) + 
  facet_wrap(~cyl) + 
  ggtitle('Plot 4')

简单拼图

使用起来真的是简单，直接用+连起来就行了。

p1 + p2

plot of chunk unnamed-chunk-4

嵌套拼图

默认会在图形左边添加图形，所以如果你先把2个图拼一起，在和第3个图拼，就会像下面这样：

patch <- p1 + p2
p3 + patch

plot of chunk unnamed-chunk-5

但是呢，也是可以调节的，简单换个顺序就不一样了：

patch + p3

plot of chunk unnamed-chunk-6

这种情况下还可以用-，又是不一样的效果，处处都是细节！

patch - p3

plot of chunk unnamed-chunk-7

和非`ggplot2`对象拼图

和表格拼：

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

plot of chunk unnamed-chunk-8

和base plot拼图：

p1 + ~plot(mtcars$mpg, mtcars$disp, main = 'Plot 2')

plot of chunk unnamed-chunk-9

但是有个问题，拼出来对不齐，这时候就需要其他函数辅助对齐了：

old_par <- par(mar = c(0, 2, 0, 0), bg = NA)
p1 + wrap_elements(panel = ~plot(mtcars$mpg, mtcars$disp), clip = FALSE)

plot of chunk unnamed-chunk-10

par(old_par)

文字大小还是不太一样，还可以继续调整：

old_par <- par(mar = c(0, 0, 0, 0), mgp = c(1, 0.25, 0), 
               bg = NA, cex.axis = 0.75, las = 1, tcl = -0.25)
p1 + 
  wrap_elements(panel = ~plot(mtcars$mpg, mtcars$disp), clip = FALSE) + 
  ggtitle('Plot 2') + 
  theme(plot.margin = margin(5.5, 5.5, 5.5, 35))

plot of chunk unnamed-chunk-11

par(old_par)

和文本内容也可以拼：

p1 + grid::textGrob('Some really important text')

plot of chunk unnamed-chunk-12

但是呢你要注意，如果你写反了，就拼不出来了：

grid::textGrob('Text on left side') + p1
## NULL

如果你非要反着写，那要借助wrap_elements()才能显示出来：

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

plot of chunk unnamed-chunk-14

堆叠和成组

+ 简单拼图
| 左右拼
/ 上下拼

p1 / p2

plot of chunk unnamed-chunk-15

p1 | p2

plot of chunk unnamed-chunk-16

p1 / (p2 | p3)

plot of chunk unnamed-chunk-17

快速拼很多图

如果你有多个图形组成的列表，再使用+可能就不太方便了，可以直接使用warap_plots()函数：

wrap_plots(p1,p2,p3,p4)

plot of chunk unnamed-chunk-18

修改子图形

默认操作都会传给最后一个图形。

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

plot of chunk unnamed-chunk-19

可以通过修改子集的方式达到精准控制某个图形细节：

patchwork <- p1 + p2
patchwork[[1]] <- patchwork[[1]] + theme_minimal() # 修改第1个
patchwork

plot of chunk unnamed-chunk-20

修改全部子图形

&：将主题修改应用到所有子图形
*：将主题修改应用到当前嵌套水平的子图形

patchwork <- p3 / (p1 | p2)
patchwork & theme_minimal()

plot of chunk unnamed-chunk-21

patchwork * theme_minimal()

plot of chunk unnamed-chunk-22

控制整体布局

还是先建立一些基本图形用于演示。

library(ggplot2)
p1 <- ggplot(mtcars) + 
  geom_point(aes(mpg, disp)) + 
  ggtitle('Plot 1')

p2 <- ggplot(mtcars) + 
  geom_boxplot(aes(gear, disp, group = gear)) + 
  ggtitle('Plot 2')

p3 <- ggplot(mtcars) + 
  geom_point(aes(hp, wt, colour = mpg)) + 
  ggtitle('Plot 3')

p4 <- ggplot(mtcars) + 
  geom_bar(aes(gear)) + 
  facet_wrap(~cyl) + 
  ggtitle('Plot 4')

增加空白占位图形

顾名思义，增加几个空白图形，纯属占位子用的。

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

plot of chunk unnamed-chunk-24

控制行列数

使用plot_layout()控制行列数：

p1 + p2 + p3 + p4 + 
  plot_layout(ncol = 3)

plot of chunk unnamed-chunk-25

还可以控制不同行列的高度和宽度：

p1 + p2 + p3 + p4 + 
  plot_layout(widths = c(2, 1),
              heights = c(3, 2)
              )

plot of chunk unnamed-chunk-26

行列的精细控制

使用自定义布局达到对行列数的精细控制。

# 3行6列，4个图形，#表示占位符
layout <- "
##BBBB
AACCDD
##CCDD
"
p1 + p2 + p3 + p4 + 
  plot_layout(design = layout)

plot of chunk unnamed-chunk-27

合理使用布局，可以达到叠加的效果：

layout <- c(
  area(t = 2, l = 1, b = 5, r = 4), # 上左下右
  area(t = 1, l = 3, b = 3, r = 5)
)
p1 + p2 + 
  plot_layout(design = layout)

plot of chunk unnamed-chunk-28

wrap_plots()也是可以用布局的：

layout <- '
A#B
#C#
D#E
'
wrap_plots(D = p1, C = p2, B = p3, design = layout) # 指定字母代表的图形

plot of chunk unnamed-chunk-29

Fixed aspect plots

有些图形是固定好坐标轴比例的，这时候的拼图操作是不会影响原本比例的：

p_fixed <- ggplot(mtcars) + 
  geom_point(aes(hp, disp)) + 
  ggtitle('Plot F') + 
  coord_fixed()
p_fixed + p1 + p2 + p3

plot of chunk unnamed-chunk-30

p_fixed + p1 + p2 + p3 + plot_layout(widths = 1) # 比例不变

plot of chunk unnamed-chunk-31

插入图形

把一张图插在另一张图上，使用insert_element()函数。

p1 + inset_element(p2, left = 0.6, bottom = 0.6, right = 1, top = 1)

plot of chunk unnamed-chunk-32

p1 + inset_element(p2, left = 0, bottom = 0.6, right = 0.4, top = 1, align_to = 'full')

plot of chunk unnamed-chunk-33

边距都是可以设置的：

p1 + inset_element(
  p2, 
  left = 0.5, 
  bottom = 0.5, 
  right = unit(1, 'npc') - unit(1, 'cm'), 
  top = unit(1, 'npc') - unit(1, 'cm')
)

plot of chunk unnamed-chunk-34

控制图例

对于多张图图例都一样时，可以直接用一个图例：

p1 + p2 + p3 + p4 +
  plot_layout(guides = 'collect')

plot of chunk unnamed-chunk-35

合理使用括号改变组图顺序，达到把单个图例放到整张图右边的效果：

# 默认就是auto
((p2 / p3 + plot_layout(guides = 'auto')) | p1) + plot_layout(guides = 'collect')

plot of chunk unnamed-chunk-36

# 改成keep
((p2 / p3 + plot_layout(guides = 'keep')) | p1) + plot_layout(guides = 'collect')

plot of chunk unnamed-chunk-37

可以自动移除重复图例，比如正常的拼图会像下面这样，mpg这个图例出现了2次：

p1a <- ggplot(mtcars) + 
  geom_point(aes(mpg, disp, colour = mpg, size = wt)) + 
  ggtitle('Plot 1a')

p1a | (p2 / p3)

plot of chunk unnamed-chunk-38

使用guides = 'collect'后，重复图例被去掉了：

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

plot of chunk unnamed-chunk-39

还可以把图例单独放到一个子图中：

p1 + p2 + p3 + guide_area() + 
  plot_layout(guides = 'collect')

plot of chunk unnamed-chunk-40

标题、副标题和说明文字

默认图形用于演示。

library(ggplot2)
p1 <- ggplot(mtcars) + 
  geom_point(aes(mpg, disp)) + 
  ggtitle('Plot 1')

p2 <- ggplot(mtcars) + 
  geom_boxplot(aes(gear, disp, group = gear)) + 
  ggtitle('Plot 2')

p3 <- ggplot(mtcars) + 
  geom_point(aes(hp, wt, colour = mpg)) + 
  ggtitle('Plot 3')

p4 <- ggplot(mtcars) + 
  geom_bar(aes(gear)) + 
  facet_wrap(~cyl) + 
  ggtitle('Plot 4')

使用plot_annotation()给整个图形添加标题、副标题和说明文字：

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'
)

plot of chunk unnamed-chunk-42

给子图添加序号

用大写的A就是大写字母，用小写的a就是小写字母：

patchwork + plot_annotation(tag_levels = 'A')

plot of chunk unnamed-chunk-43

当然外观是可以修改的：

patchwork + 
  plot_annotation(tag_levels = 'A') & 
  theme(plot.tag = element_text(size = 8))

plot of chunk unnamed-chunk-44

还可以在子图内部使用不同的序号：

patchwork[[1]] <- patchwork[[1]] + plot_layout(tag_level = 'new')
patchwork + plot_annotation(tag_levels = c('A', '1'))

plot of chunk unnamed-chunk-45

在序号前添加前缀：

patchwork + plot_annotation(tag_levels = c('A', '1'), tag_prefix = 'Fig. ',
                            tag_sep = '.', tag_suffix = ':')

plot of chunk unnamed-chunk-46

修改序号外观：

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))

plot of chunk unnamed-chunk-47

使用自定义列表的形式为不同的子图安排不同的序号：

patchwork + 
  plot_annotation(tag_levels = list(c('#', '&'), '1'))

plot of chunk unnamed-chunk-48

修改整个图形的外观

patchwork + 
  plot_annotation(title = 'The surprising truth about mtcars') & 
  theme(text = element_text('mono'))

plot of chunk unnamed-chunk-49

patchwork + 
  plot_annotation(title = 'The surprising truth about mtcars',
                  theme = theme(plot.title = element_text(size = 18))) & 
  theme(text = element_text('mono'))

plot of chunk unnamed-chunk-50

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原始发表：2022-07-15，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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