ggplot政经数据可视化中的文字位置设定

一、geom_text和geom_label

ggplot系统中用于添加文字的基本函数是geom_text和geom_label。两个函数有着相似的参数，前者用于添加纯文字，后者用于添加标签，即带背景色的文字。两个函数的参数有：

●label：待添加的文字。

●size、color、alpha：文字大小、颜色、透明度。

●family：字体。R自带的字体为"sans"、"serif"、"mono"，以及我们通过在文档?Hershey中可查到的若干字体。

●fontface：粗体或斜体。1为普通，2为粗体，3为斜体，4为粗斜体。

●lineheight：行高，默认值为1.2。

●angle：倾斜角度。取值为0至360。

●vjust：垂直调整。默认值0.5代表不偏移。注意：偏移量跟文字大小有关：在同样的偏移量下，较大的文字偏移得较多。参数值亦可为"top"、"center"（相当于0.5）、"bottom"。例如，当vjust为"top"时，坐标值将不再是文字中心，而是其上沿。另外，vjust为"inward"时文字趋近图表中心，为"outward"时文字远离中心。

●hjust：水平调整。其用法与vjust相仿，亦可用"left"、"middle"（相当于0.5）、"right"、"inward"、"outward"。

●nudge_y、nudge_x：以坐标系中的单位计算的水平和垂直偏移量。这两个参数代表的偏移量不随文字大小而变化。

●parse：是否将文字显示成数学表达式（相关内容见下文）。例如，当parse= TRUE时，"x^2"将被显示为"x"加上上标的形式。

■ 以下是仅geom_label拥有的参数：

●fill：背景色。注意：alpha参数会同时改变文字和背景色的透明度。

●label.size：框线粗细。默认值为0.25，单位为毫米，如需删除框线可将其设为0。

●label.padding：方框中的文字距框线的距离。默认值为0.25行，用unit函数设置，例如：unit(2, "mm")。

●label.r：方框四个角的圆滑程度，默认值为0.15行，用unit函数设定。

library(ggplot2)

## 修改颜色、大小等属性

ggplot()+

geom_label(aes(0, 0, label="ABC\n DEF"), size=8, color="purple", fill="red", alpha=0.3, label.size=2, label.padding=unit(3, "mm"), label. r=unit(0.4, "cm"), lineheight=0.8)

## 比较v/h_just与nudge_x/y的不同

ggplot()+

geom_text(aes(x=-4: -1, y=0, label=LETTERS[1: 4]), vjust=c(0.5, 1, 0, -1))+

geom_text(aes(x=1: 4, y=0, label=LETTERS[1: 4]), nudge_y=c(0.5, 1, 0, -1), color="red")

## 数学表达式

?gr Devices::plotmath # 查询数学表达式的写法

# 注意：如果文字将由geom_text或geom_label使用，就不要事先用parse函数

处理；但ggplot中其他涉及文字的函数则要求预先处理文字

mytext="italic(frac(-b%+-%sqrt(b^2-4*a*c), 2*a))"

mytitle="integral(f(x)*d*x, a, +infinity)"

mytitle=parse(text=mytitle) # 此处务必加上参数名"text"

ggplot()+geom_text(aes(x=0, y=0, label=mytext), parse=TRUE)+ # 未被预先处理的文字

labs(title=mytitle, x=mytitle) # 被预先处理过的文字

geom_text和geom_label可用来为图表添加附属元素。下边的例子使用了数据集art record.csv，它记录了若干创下拍卖价格纪录的当代艺术品。我们希望在绘图区添加图表标题，并且生成带有不同填充色的Y轴标签。（图5-1-1）

图5-1-1 生成带有填充色的标签

dat=read.csv("art record.csv", row.names=1) # 课件中的文件

options(scipen=10) # 调整小数显示位数

dat$Date=as.numeric(as.Date(gsub("//", "-", paste(dat$Date, "-01", sep="")))) # 将Date列转为日期对象

# 为方便后续作图，我们将日期对象转化成连续时值，方便后续作图

xlab=seq(1998, 2018, 2)

xpos=as.numeric(as.Date(paste(xlab, "-01-01", sep="")))

left_end=as.numeric(as.Date("1998-01-01")) # 面板左边界

# 先画出折线图和散点图图层

p=ggplot()+

geom_line(data=dat, aes(x=Date, y=Price), color="grey20", size=1.5)+

geom_point(data=dat, aes(x=Date, y=Price), color="#A9996A", size=5)+

geom_text(aes(x=left_end, y=Inf, label="Highest Prices of\ n Contemporary Artworks"), size=6, family="mono", fontface=4, vjust=1.5, hjust=0)

# 手动生成Y轴标签和填充色

ypos=pretty(dat$Price)

ylab=format(ypos, digits=0, big.mark=", ")

ylab=paste("$", ylab, sep="")

myfill=hsv(seq(0.7, 0, length.out=length(ylab)), s=0.3)

# 添加彩色标签并调整附属元素

p+geom_label(aes(x=left_end, y=ypos, label=ylab), hjust="right", fill=myfill, size=4, label.size=0)+(www.xing528.com)

scale_y_continuous(breaks=ypos)+ # 尽管不需要使用Y轴标签，但仍需调整加注标签的位置以便绘制网格线

scale_x_continuous(breaks=xpos, labels=xlab, limits=c(left_end, NA), expand=expansion(0.1))+

coord_cartesian(clip="off")+ # 仅当允许图形超出面板时才可成功添加彩色标签

theme_minimal(base_size=15)+

theme(

plot.margin=unit(c(2, 2, 2, 15), "mm"), # 扩展边缘以便容纳彩色标签

panel.grid.minor=element_blank(),

axis.title=element_blank(),

axis.text.y=element_blank(), # 删除真正的Y轴标签

axis.ticks.x=element_line()

)

我们接下来尝试把艺术家和作品等信息添加到图表中。这里的问题是，文字与点，以及文字与文字会重叠在一起，因此我们需要使用ggrepel包来调整文字的位置。（图5-1-2）

# install.packages("ggrepel")

library(ggrepel)

p=ggplot(data=dat, aes(x=Date, y=Price))+

geom_line(color="lightblue", size=1.5)+

geom_point(color="#A9996A", size=5)+

scale_x_continuous(breaks=xpos, labels=xlab, limits=c(left_end, NA), expand=expansion(0.08))+

geom_text(aes(x=left_end, y=Inf, label="Highest Prices of\n Contemporary Artworks"), size=6, family="mono", fontface=4, vjust=1.5, hjust=0)

# 生成标签内容

price_lab=round(dat$Price/1000000, 2)

artist_lab=toupper(dat$Artist)

name_lab=scales::wrap_format(15)(dat$Name)

info=paste(artist_lab, "\n", name_lab, "\n", "$", price_lab, " million", sep="")

# 使用geom_label，标签要么与点或其他标签重叠，要么超出显示范围

p+geom_label(aes(label=info), size=3, lineheight=0.8)

# 改用geom_label_repel

p+geom_label_repel(aes(label=info), label.size=NA, box.padding= unit(6, "mm"), seed=1, max.iter=1500, fill="white", color="grey20", size=4, family="serif", fontface=2, lineheight=0.8)+

theme(axis.text=element_text(size=12), panel.grid.minor= element_blank(), axis.title=element_blank())

图5-1-2 自动调整文字位置

geom_label/text_repel的参数与geom_label/text的参数相似，不过以下参数是前者独有的：

●max.iter：调整位置时的迭代次数。默认次数为2000，实际使用时可设置小一些的数值。

●seed：随机种子。

●box.padding：文字框周围的留白。默认值为unit(0.25, "lines")，用unit函数设置。

●direction：在哪个方向调整位置。默认值为"both"，意味着新位置在水平方向和在垂直方向上都不同于原位置；当为"x"时，新位置仅在水平方向上不同；当为"y"时，仅在垂直方向上不同。

●min.segment.length：当新位置与原位置之间的距离小于该值时，连接线不显示。默认值为unit(0.5, "lines")，用unit函数设置。

●segment.color、segment.alpha、segment.size、arrow：连接线的颜色、透明度、粗细和箭头。

以上提到的这些函数，都只能把文字放在面板中，接下来我们再看看如何把文字放在画布（也就是作图窗口）的任意位置。在下边的例子中，我们将用grid包中的text Grob和lines Grob函数，在图表下方放置一些文字和一条线以代替图表注释，并且在图表中间添加一个水印。（图5-1-3）

# install.packages("cowplot")

library(grid) # 使用lines Grob和text Grob

library(cowplot) # 使用ggdraw和draw_grob

# 第一步，画出主要图形

dat=read.csv("happy small.csv", row.names=1)

p1=ggplot(dat)+geom_point(aes(GDP_percap, Satisfaction))+

theme(plot.margin=unit(c(0.3, 0.3, 1.5, 0.3), "cm")) # 在下方留出较大边缘以便容纳文字

# 第二步，制作要添加的图形的grob对象（但并不直接画出图形）

gr1=lines Grob(x=c(0, 1), y=c(0.12, 0.12), gp=gpar(col="darkblue", lwd=1, lty=3))

图5-1-3 使用grid包添加文字

gr2=text Grob(label="source: UNdata\n(http://data.un.org/)", x=0.98, y=0.02, just=c("right", "bottom"), gp=gpar(col="darkblue", fontsize=15, fontfamily="serif", fontface=3, lineheight=0.7))

gr3=text Grob(label="OPEN DATA", x=0.5, y=0.5, hjust=0.5, vjust=0.5, rot=45, gp=gpar(col="red", alpha=0.4, fontsize=60))

# 这个例子展示了text Grob和lines Grob的使用方法，需要注意的是：（1）参数名称与ggplot系统不同，例如，颜色参数不是color而是col。（2）有的参数必须放在gpar函数里设置。（3）text Grob的hjust和vjust参数只能使用数值，而just参数应当使用长度为2的向量，取值为0至1的数值或字符"left"、"center"（水平方向）、"right"、"top"、"center"（垂直方向）、"bottom"

# 第三步，用cowplot包中的ggdraw和draw_grob函数完成合并（第七章将对cowplot包进行详细介绍）

ggdraw(p1)+draw_grob(gr1)+draw_grob(gr2)+draw_grob(gr3)