ggplot2作图详解：主题（theme）设置

转载自：http://blog.csdn.net/u014801157/article/details/24372531

凡是和数据无关的图形设置内容理论上都可以归 主题类 但考虑到一些内容（如 坐标轴 ）的特殊性，可以允许例外的情况。主题的设置相当繁琐，很容易就占用了大量的作图时间，应尽量把这些东西简化，把注意力主要放在数据分析上。基于这种考虑，ggplot2主题设置的内容虽然相当多，本文仅在总体上作一简单介绍。

1 theme函数及其参数

让使用者在数据分析阶段能专注于数据而不是图形细节，这是数据可视化分析工具是否合格的标准之一。某些软件作出的初始图形简直惨不忍睹，不花时间修改字体、边距、底纹这些东西就恶心得没法继续分析数据。ggplot2做得还可以：即使不做任何设置，多数情况下作出的图形都还不错，不丑陋也不妖艳，不会分散用户的注意力。这得益于ggplot2的几个预设主题。

ggplot2的四个预设主题我们在前面已经预览过了，下面我们看看主题都包含了哪些东西。这很容易，把ggplot2默认主题的设置函数theme_bw()的代码拿出来看看就知道了：

<span style="color: rgb(0, 42, 84);">library</span>(ggplot2)theme_gray  <span style="color: rgb(0, 0, 195);"># 函数名不加括号，获得函数的代码</span>

## function (base_size = 12, base_family = "") ## {##     theme(line = element_line(colour = "black", size = 0.5, linetype = 1, ##         lineend = "butt"), rect = element_rect(fill = "white", ##         colour = "black", size = 0.5, linetype = 1), text = element_text(family = base_family, ##         face = "plain", colour = "black", size = base_size, hjust = 0.5, ##         vjust = 0.5, angle = 0, lineheight = 0.9), axis.text = element_text(size = rel(0.8), ##         colour = "grey50"), strip.text = element_text(size = rel(0.8)), ##         axis.line = element_blank(), axis.text.x = element_text(vjust = 1), ##         axis.text.y = element_text(hjust = 1), axis.ticks = element_line(colour = "grey50"), ##         axis.title.x = element_text(), axis.title.y = element_text(angle = 90), ##         axis.ticks.length = unit(0.15, "cm"), axis.ticks.margin = unit(0.1, ##             "cm"), legend.background = element_rect(colour = NA), ##         legend.margin = unit(0.2, "cm"), legend.key = element_rect(fill = "grey95", ##             colour = "white"), legend.key.size = unit(1.2, "lines"), ##         legend.key.height = NULL, legend.key.width = NULL, legend.text = element_text(size = rel(0.8)), ##         legend.text.align = NULL, legend.title = element_text(size = rel(0.8), ##             face = "bold", hjust = 0), legend.title.align = NULL, ##         legend.position = "right", legend.direction = NULL, legend.justification = "center", ##         legend.box = NULL, panel.background = element_rect(fill = "grey90", ##             colour = NA), panel.border = element_blank(), panel.grid.major = element_line(colour = "white"), ##         panel.grid.minor = element_line(colour = "grey95", size = 0.25), ##         panel.margin = unit(0.25, "lines"), strip.background = element_rect(fill = "grey80", ##             colour = NA), strip.text.x = element_text(), strip.text.y = element_text(angle = -90), ##         plot.background = element_rect(colour = "white"), plot.title = element_text(size = rel(1.2)), ##         plot.margin = unit(c(1, 1, 0.5, 0.5), "lines"), complete = TRUE)## }## 

看穿了吧，没神秘感了。它无非是一个具有两个参数的函数：base_size和base_family。其主题部分直接应用了另外一个函数：theme。它就是ggplot2的主题设置函数。这个theme函数的产生看起来非常简单：

<span style="color: rgb(0, 0, 195);"># 函数说明，非运行代码</span><span style="color: rgb(0, 42, 84);">theme</span>(..., <span style="color: rgb(0, 84, 0);">complete</span> = <span style="color: rgb(184, 93, 0);">FALSE</span>)

但dotdotdot（···）参数却内涵丰富，它可以设置很多内容。

参数设置内容继承自line所有线属性 rect所有矩形区域属性 text所有文本相关属性 title所有标题属性 axis.title坐标轴标题textaxis.title.xx轴属性axis.titleaxis.title.yy轴属性axis.titleaxis.text坐标轴刻度标签属性textaxis.text.x属性和继承和前面类似，不再重复 axis.text.y  axis.ticks坐标轴刻度线lineaxis.ticks.x  axis.ticks.y  axis.ticks.length刻度线长度 axis.ticks.margin刻度线和刻度标签之间的间距 axis.line坐标轴线lineaxis.line.x  axis.line.y  legend.background图例背景rectlegend.margin图例边界 legend.key图例符号 legend.key.size图例符号大小 legend.key.height图例符号高度 legend.key.width图例符号宽度 legend.text图例文字标签 legend.text.align图例文字标签对齐方式0为左齐，1为右齐legend.title图例标题textlegend.title.align图例标题对齐方式 legend.position图例位置left, right, bottom, top, 两数字向量legend.direction图例排列方向"horizontal" or "vertical"legend.justification居中方式center或两数字向量legend.box多图例的排列方式"horizontal" or "vertical"legend.box.just多图例居中方式 panel.background绘图区背景rectpanel.border绘图区边框rectpanel.margin分面绘图区之间的边距 panel.grid绘图区网格线linepanel.grid.major主网格线 panel.grid.minor次网格线 panel.grid.major.x  panel.grid.major.y  panel.grid.minor.x  panel.grid.minor.y  plot.background整个图形的背景 plot.title图形标题 plot.margin图形边距top, right, bottom, leftstrip.background分面标签背景rectstrip.text分面标签文本textstrip.text.x  strip.text.y  

所有元素都在theme函数内使用element_line，element_rect，element_text和element_blank函数设置，使用方法参考这几个函数的参数说明即可，这里不再一一举例说明。

text, line, rect和title是最顶层的元素，理论上可以做全局设定，但当前版本ggplot2还没有实现，可以根据情况做一些调整：

x <span style="color: rgb(84, 0, 84);"><strong><-</strong></span> LETTERS[<span style="color: rgb(184, 93, 0);">1</span>:<span style="color: rgb(184, 93, 0);">10</span>]; y <span style="color: rgb(84, 0, 84);"><strong><-</strong></span> <span style="color: rgb(0, 42, 84);">abs</span>(<span style="color: rgb(0, 42, 84);">rnorm</span>(<span style="color: rgb(184, 93, 0);">10</span>))(p <span style="color: rgb(84, 0, 84);"><strong><-</strong></span> <span style="color: rgb(0, 42, 84);">qplot</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">x</span>=x, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">y</span>=y, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">color</span>=x, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">fill</span>=x, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">geom</span>=<span style="color: rgb(0, 42, 84);">c</span>(<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'line'</span>,<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'point'</span>), <span style="color: rgb(0, 84, 0);">group</span>=<span style="color: rgb(184, 93, 0);">1</span>) +  <span style="color: rgb(0, 42, 84);">labs</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">title</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'The figure title.'</span>, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">xlab</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'Factor'</span>, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">ylab</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'Value'</span>) +  <span style="color: rgb(0, 42, 84);">theme</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">text</span>=<span style="color: rgb(0, 42, 84);">element_text</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">color</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'red'</span>, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">size</span>=<span style="color: rgb(184, 93, 0);">16</span>),        <span style="color: rgb(0, 84, 0);">line</span>=<span style="color: rgb(0, 42, 84);">element_line</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">color</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'blue'</span>),        <span style="color: rgb(0, 84, 0);">rect</span>=<span style="color: rgb(0, 42, 84);">element_rect</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">fill</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'white'</span>)))p + <span style="color: rgb(0, 42, 84);">theme</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">panel.background</span>=<span style="color: rgb(0, 42, 84);">element_rect</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">fill</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'transparent'</span>, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">color</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'gray'</span>),          <span style="color: rgb(0, 84, 0);">legend.key</span>=<span style="color: rgb(0, 42, 84);">element_rect</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">fill</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'transparent'</span>, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">color</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'transparent'</span>),          <span style="color: rgb(0, 84, 0);">axis.text</span>=<span style="color: rgb(0, 42, 84);">element_text</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">color</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'red'</span>))

全局text和rect设置对部分元素有作用，line基本不起作用。

2 自定义主题

图形细节设置虽然繁琐，但是在R和ggplot2中可以相当简单。自己使用的或者杂志要求的图形外观一般都很固定，我们可以使用theme函数非常方便定义自己的图形主题：

<span style="color: rgb(0, 0, 195);">##' A nice-looking ggplot2 theme: inward axis ticks, legend title excluded, and uniform background.</span><span style="color: rgb(0, 0, 195);">##' @title A nice-looking ggplot2 theme</span><span style="color: rgb(0, 0, 195);">##' @param ...</span><span style="color: rgb(0, 0, 195);">##' Parameters passed to theme_classic() function.</span><span style="color: rgb(0, 0, 195);">##' @param bg</span><span style="color: rgb(0, 0, 195);">##' Color string (default 'white') for user defined uniform background.</span><span style="color: rgb(0, 0, 195);">##' @return</span><span style="color: rgb(0, 0, 195);">##' ggplot2 theme object.</span><span style="color: rgb(0, 0, 195);">##' @example</span><span style="color: rgb(0, 0, 195);">##' library(ggplot2)</span><span style="color: rgb(0, 0, 195);">##' qplot(x=carat, y=price, color=cut, data=diamonds) + theme_zg()</span><span style="color: rgb(0, 0, 195);">##' @author ZG Zhao</span><span style="color: rgb(0, 0, 195);">##' @export</span>theme_zg <span style="color: rgb(84, 0, 84);"><strong><-</strong></span> <span style="color: rgb(0, 0, 127);">function</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">...</span>, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">bg</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'white'</span>){    <span style="color: rgb(0, 42, 84);">require</span>(grid)    <span style="color: rgb(0, 42, 84);">theme_classic</span>(...) +        <span style="color: rgb(0, 42, 84);">theme</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">rect</span>=<span style="color: rgb(0, 42, 84);">element_rect</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">fill</span>=bg),              <span style="color: rgb(0, 84, 0);">plot.margin</span>=<span style="color: rgb(0, 42, 84);">unit</span>(<span style="color: rgb(0, 42, 84);">rep</span>(<span style="color: rgb(184, 93, 0);">0.5</span>,<span style="color: rgb(184, 93, 0);">4</span>), <span style="color: rgb(209, 0, 0);">'lines'</span>),              <span style="color: rgb(0, 84, 0);">panel.background</span>=<span style="color: rgb(0, 42, 84);">element_rect</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">fill</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'transparent'</span>, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">color</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'black'</span>),              <span style="color: rgb(0, 84, 0);">panel.border</span>=<span style="color: rgb(0, 42, 84);">element_rect</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">fill</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'transparent'</span>, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">color</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'transparent'</span>),              <span style="color: rgb(0, 84, 0);">panel.grid</span>=<span style="color: rgb(0, 42, 84);">element_blank</span>(),              <span style="color: rgb(0, 84, 0);">axis.title</span> = <span style="color: rgb(0, 42, 84);">element_text</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">color</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'black'</span>, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">vjust</span>=<span style="color: rgb(184, 93, 0);">0.1</span>),              <span style="color: rgb(0, 84, 0);">axis.ticks.length</span> = <span style="color: rgb(0, 42, 84);">unit</span>(-<span style="color: rgb(184, 93, 0);">0.4</span>,<span style="color: rgb(209, 0, 0);">"lines"</span>),              <span style="color: rgb(0, 84, 0);">axis.ticks</span> = <span style="color: rgb(0, 42, 84);">element_line</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">color</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'black'</span>),              <span style="color: rgb(0, 84, 0);">axis.ticks.margin</span> = <span style="color: rgb(0, 42, 84);">unit</span>(<span style="color: rgb(184, 93, 0);">0.8</span>,<span style="color: rgb(209, 0, 0);">"lines"</span>),              <span style="color: rgb(0, 84, 0);">legend.title</span>=<span style="color: rgb(0, 42, 84);">element_blank</span>(),              <span style="color: rgb(0, 84, 0);">legend.key</span>=<span style="color: rgb(0, 42, 84);">element_rect</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">fill</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'transparent'</span>, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">color</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'transparent'</span>))}

自定义的主题可以编入自己的R语言包中，方便调用。如果觉得你的主题很有代表性，那就发给ggplot2的作者，让他在下一版本中加到ggplot2发行版中。比如上面上面函数加入ggplot2后就可以直接调用：

p <span style="color: rgb(84, 0, 84);"><strong><-</strong></span> <span style="color: rgb(0, 42, 84);">qplot</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">x</span>=x, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">y</span>=y, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">color</span>=x, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">fill</span>=x, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">geom</span>=<span style="color: rgb(0, 42, 84);">c</span>(<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'line'</span>,<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'point'</span>), <span style="color: rgb(0, 84, 0);">group</span>=<span style="color: rgb(184, 93, 0);">1</span>) +  <span style="color: rgb(0, 42, 84);">labs</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">title</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'The figure title.'</span>, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">xlab</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'Factor'</span>, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">ylab</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'Value'</span>)p + <span style="color: rgb(0, 42, 84);">theme_zg</span>()p + <span style="color: rgb(0, 42, 84);">theme_zg</span>(<span style="color: rgb(0, 84, 0);">base_size</span>=<span style="color: rgb(184, 93, 0);">16</span>, <span style="color: rgb(0, 84, 0);">bg</span>=<span style="color: rgb(209, 0, 0);">'gray90'</span>)

3 结束语

本系列博文到此结束。ggplot2还在完善过程中，一些新功能可能不断会实现，感谢H.W的努力。如果想比较透彻的学习，建议最好直接到Github把ggplot2项目克隆下来研究它的代码。本系列文章的例子基于ggplot2 0.93版本，如果发现一些代码运行不正确或效果图有变化，应该是版本不同了。文章后都有sessionInfo信息可参考。

4 SessionInfo

<span style="color: rgb(0, 42, 84);">sessionInfo</span>()

## R version 3.1.0 (2014-04-10)## Platform: x86_64-pc-linux-gnu (64-bit)## ## locale:##  [1] LC_CTYPE=zh_CN.UTF-8       LC_NUMERIC=C              ##  [3] LC_TIME=zh_CN.UTF-8        LC_COLLATE=zh_CN.UTF-8    ##  [5] LC_MONETARY=zh_CN.UTF-8    LC_MESSAGES=zh_CN.UTF-8   ##  [7] LC_PAPER=zh_CN.UTF-8       LC_NAME=C                 ##  [9] LC_ADDRESS=C               LC_TELEPHONE=C            ## [11] LC_MEASUREMENT=zh_CN.UTF-8 LC_IDENTIFICATION=C       ## ## attached base packages:## [1] grid      tcltk     stats     graphics  grDevices utils     datasets ## [8] methods   base     ## ## other attached packages:## [1] ggplot2_0.9.3.1 zblog_0.1.0     knitr_1.5      ## ## loaded via a namespace (and not attached):##  [1] colorspace_1.2-4 digest_0.6.4     evaluate_0.5.3   formatR_0.10    ##  [5] gtable_0.1.2     highr_0.3        labeling_0.2     MASS_7.3-31     ##  [9] munsell_0.4.2    plyr_1.8.1       proto_0.3-10     Rcpp_0.11.1     ## [13] reshape2_1.2.2   scales_0.2.4     stringr_0.6.2    tools_3.1.0