R语言数据可视化综合指南
编译|崔浩 校对|高航,姚佳灵
让我们快速浏览一下这张图表:
这张可视化数据图(最初用Tableau软件创建 )是如何利用数据可视化来帮助决策者的一个很好的例子。想象一下,如果这些信息通过表格来告诉投资者,你认为你会花多长时间来向他解释?
如今的世界里,随着数据量的不断增长,很难不用可视化的形式来呈现你数据里的全部信息。虽然有专门的工具,如Tableau, QlikView 和 d3.js,但没有任何东西能代替有很好可视化能力的建模/统计工具。尤其是它有助于做若干探索性数据分析和特征化工程。这就是R语言,它提供了令人难以置信的帮助。
R语言提供了令人满意的一套内置函数和库(如 ggplot2, leaflet, lattice)用来建立可视化效果以呈现数据。在本文中,我已经涉及了用R语言编程来创建既常见又先进的可视化效果的步骤。但是,在介绍那些之前,让我们快速浏览一下数据可视化简史。如果您对历史不感兴趣,没问题,您可以跳到下一节。
数据可视化简史
从历史来看,数据可视化的进化已经被著名的从业者在工作中完成了。威廉.普莱菲(William Playfair)是统计图形化方法的创始人。威廉.普莱菲发明了四种类型的图表:线图、经济学数据的柱状图、饼状图和圆图。约瑟夫·普里斯特利(Joseph Priestly)创建了第一个划时代的时间线图,其中的每一个柱形是用来显示一个人的寿命(1765)。没错,时间线图被发明于250年前,而不是Facebook发明的!
最著名的早期可视化数据是由Charles Minard所描绘的Napoleon’s March(俄法战争)。可视化数据中包含了随着时间的变化,气温对拿破仑入侵俄国产生广泛影响的信息。在图形中,值得注意的是,在二个维度上的六种类型数据,分别表示:拿破仑军队的数量,距离,温度,纬度和经度,行军方向和跟特定日期有关的位置。
弗洛伦斯·南丁格尔(Florence Nightangle)也是数据可视化的先驱。她用数据图表的方式描述了疾病对军队的死亡率的影响(1858)。琼恩·雪诺(John Snow)(不是《权力的游戏》里的人物)是把地图用在图表和空间分析的先驱。在1854年的伦敦,用这地图发现了霍乱疫情的源头与公共水泵有关,信息图帮助精确定位爆发源到某一个泵的位置。
用R语言进行数据可视化
在这篇文章中,我们将创建以下可视化效果:
基本可视化效果
1. 直方图
2. 条形图/线型图
3. 箱式图
4. 散点图
高级可视化效果
1. 热点图
2. 影像镶嵌图
3. 地图可视化
4. 3维图
5. 相关图
R语言 小窍门:
HistData软件包提供了一个小数据集,它很有趣并且在统计和数据可视化的历史上很重要。
基本可视化效果
便签:
1.基本图形可以很容易地用R语言进行创建。绘图(plot)命令是要关注的命令。
2. 它的参数有x轴数据、y轴数据、x轴标签、y轴标签、颜色和标题。要创建线图,只需简单地使用参数,类型选择为l。
3. 如果你想要箱式图,你可以选用箱式图(boxplot),要条形图就用条形图函数。
1.直方图
基本上,直方图是将数据分解为一个个的小格子(或间隔),并显示它们的频率分布。您可以更改间隔,看看这样做对数据可视化可理解性的影响。
给您举个例子。
注意:我们使用的par(mfrow=c(2,5))命令,为的是清晰地把多个图放在同一页上(参看下面的代码)。
library(RColorBrewer)
data(VADeaths)
par(mfrow=c(2,3))
hist(VADeaths,breaks=10, col=brewer.pal(3,"Set3"),main="Set3 3 colors")
hist(VADeaths,breaks=3 ,col=brewer.pal(3,"Set2"),main="Set2 3 colors")
hist(VADeaths,breaks=7, col=brewer.pal(3,"Set1"),main="Set1 3 colors")
hist(VADeaths,,breaks= 2, col=brewer.pal(8,"Set3"),main="Set3 8 colors")
hist(VADeaths,col=brewer.pal(8,"Greys"),main="Greys 8 colors")
hist(VADeaths,col=brewer.pal(8,"Greens"),main="Greens 8 colors")
请注意,如果间隔数少于被指定的颜色数,颜色会变成极值,如上图中的“Set3 8 colors”图。如果间隔数目超过了颜色的数目,则颜色会开始像在第一行中一样地重复出现。
2.条形图/线型图
线型图
下面的折线图显示了在给定时间内飞机乘客数的增长情况。折线图通常是分析一段时间内延伸趋势的首选。此外,当我们需要比较数量随着某种变量(例如时间)的相对变化时,线型图也是适用的。下面是代码:
plot(AirPassengers,type="l") #Simple Line Plot
条形图适用于显示跨几个组别的累计汇总之间的比较。层叠图用于跨类别的条形图。下面是代码:
barplot(iris$Petal.Length) #Creating simple Bar Graph
barplot(iris$Sepal.Length,col = brewer.pal(3,"Set1"))
barplot(table(iris$Species,iris$Sepal.Length),col = brewer.pal(3,"Set1")) #Stacked Plot
3. 箱式图
箱式图显示5个有统计学意义的数字,分别是最小数、第一四分数位、中位数、第三四分位数和最大数。因此,它在数据延伸的可视化上非常有用,还能得出相应的推论。下面是简单的代码:
boxplot(iris$Petal.Length~iris$Species) #Creating Box Plot between two variable
让我们来理解下面的代码:
在下面的例子中,我在屏幕上显示了4个图。通过使用~符号,我可以将(萼片的长度)的伸展是如何跨各种类别(的物种)进行可视化。我在最后的两个图中演示了调色板。调色板是一组颜色,用来使图标更有吸引力,而且能帮助在数据中创建醒目的区别。
data(iris)
par(mfrow=c(2,2))
boxplot(iris$Sepal.Length,col="red")
boxplot(iris$Sepal.Length~iris$Species,col="red")
oxplot(iris$Sepal.Length~iris$Species,col=heat.colors(3))
boxplot(iris$Sepal.Length~iris$Species,col=topo.colors(3))
要了解更多关于R语言中调色板的使用,请参看http://decisionstats.com/2011/04/21/using-color-palettes-in-r/
4. 散点图(包括3D等功能)
散点图有助于轻松地把数据可视化和进行简单的数据检查。这里有简单散点图和多元散点图的代码:
plot(x=iris$Petal.Length) #Simple Scatter Plot
plot(x=iris$Petal.Length,y=iris$Species) #Multivariate Scatter Plot
散点图矩阵可以帮助将彼此交叉的多个变量可视化。
plot(iris,col=brewer.pal(3,"Set1"))
您可能会想,我还没有把饼图列表成基本图形。这不是失误,而是我故意这么做的。这是因为,数据可视化专业人员不赞成使用饼图来表示数据。因为人的眼睛不能像目测线性距离那样精确地目测出圆的距离。只需要简单地把任何可用饼图表示的东西都用线图表示。但是,如果你喜欢饼图,可使用:
pie(table(iris$Species))
到这里为止,我们已经学过的所有图表列表如下:
您可能已经注意到,在一些图表中,他们的标题已被截断,因为我把太多图表放在同一个屏幕上。要改变这一点,你只需要改变par函数的‘mfrow’参数。
高级可视化效果
什么是Hexbin Binning?
如果在同一个地方有很多点(overplotting),我们可以使用Hexbin包。六边形面元划分是一种二元直方图,对大数量级结构的数据集的可视化非常有用。下面是代码:
>library(hexbin)
>a=hexbin(diamonds$price,diamonds$carat,xbins=40)
>library(RColorBrewer)
>plot(a)
我们也可以创建一个调色板,然后用Hexbin绘图功能以获得更好的视觉效果。下面是代码:
>library(RColorBrewer)
>rf <- colorRampPalette(rev(brewer.pal(40,'Set3')))
>hexbinplot(diamonds$price~diamonds$carat, data=diamonds, colramp=rf)
马赛克拼图
马赛克拼图可以通过数据所占据的面积大小来有效地显示分类数据的相对比例。
> data(HairEyeColor)
> mosaicplot(HairEyeColor)
热图
热图使你能够以两个维度为轴,颜色的强度为第三个维度来进行探索性的数据分析。然而,你需要将数据集转化成矩阵形式。下面是代码:
> heatmap(as.matrix(mtcars))
您也可以使用image()命令做这种类型的可视化:
> image(as.matrix(b[2:7]))
如何汇总大量数据?
您可以使用tabplot包中的tableplot功能,快速汇总大量数据
地图可视化
R语言中最新的东西是通过Javascript库来进行数据可视化。Leaflet是JavaScript开源库中最受欢迎的一个库,用于互动地图。有关它的内容,请参考https://rstudio.github.io/leaflet/。
您可以用下面的代码直接从github安装Leaflet。
devtools::install_github("rstudio/leaflet")
制作上述地图的代码是非常简单的:
library(magrittr)
library(leaflet)
m <- leaflet() %>%
addTiles() %>% # Add default OpenStreetMap map tiles
addMarkers(lng=77.2310, lat=28.6560, popup="The delicious food of chandni chowk")
m # Print the map
3维图
用R语言的的功能让人闪瞎眼的最简单的方法之一是通过创建一张3维图,而不需要用R语言写一行代码,并且在3分钟内就能完成。这样要求是不是太过分呢?
我们使用R Commander包作为图形用户界面(GUI)。操作步骤如下:
1. 只需安装Rcmdr包
2. 使用来自图中的3D绘图选项
下面的代码不是用户输入的,是自动生成的。
便签:当我们交换图的坐标轴时,您应该看到有着相应代码的图,我们是如何使用xlab和ylab来传递轴标签,图标题用Main函数,颜色是col参数。
>data(iris, package="datasets")
>scatter3d(Petal.Width~Petal.Length+Sepal.Length|Species, data=iris, fit="linear"
>residuals=TRUE, parallel=FALSE, bg="black", axis.scales=TRUE, grid=TRUE, ellipsoid=FALSE)
您还可以使用Lattice包来做3维图。Lattice也可以用于xyplot。下面是代码:
>attach(iris)# 3d scatterplot by factor level
>cloud(Sepal.Length~Sepal.Width*Petal.Length|Species, main="3D Scatterplot by Species")
>xyplot(Sepal.Width ~ Sepal.Length, iris, groups = iris$Species, pch= 20)
相关图(GUIs)
相关图帮助我们把相关矩阵内的数据可视化。下面是代码:
> cor(iris[1:4])
Sepal.Length Sepal.Width Petal.Length Petal.Width
Sepal.Length 1.0000000 -0.1175698 0.8717538 0.8179411
Sepal.Width -0.1175698 1.0000000 -0.4284401 -0.3661259
Petal.Length 0.8717538 -0.4284401 1.0000000 0.9628654
Petal.Width 0.8179411 -0.3661259 0.9628654 1.0000000
> corrgram(iris)
R语言有三个主要的GUI包。RCcommander和KMggplot及Rattle用于数据
数据分析咨询请扫描二维码
在准备数据分析师面试时,掌握高频考题及其解答是应对面试的关键。为了帮助大家轻松上岸,以下是10个高频考题及其详细解析,外加 ...
2024-12-20互联网数据分析师是一个热门且综合性的职业,他们通过数据挖掘和分析,为企业的业务决策和运营优化提供强有力的支持。尤其在如今 ...
2024-12-20在现代商业环境中,数据分析师是不可或缺的角色。他们的工作不仅仅是对数据进行深入分析,更是协助企业从复杂的数据信息中提炼出 ...
2024-12-20随着大数据时代的到来,数据驱动的决策方式开始受到越来越多企业的青睐。近年来,数据分析在人力资源管理中正在扮演着至关重要的 ...
2024-12-20在数据分析的世界里,表面上的技术操作只是“入门票”,而真正的高手则需要打破一些“看不见的墙”。这些“隐形天花板”限制了数 ...
2024-12-19在数据分析领域,尽管行业前景广阔、岗位需求旺盛,但实际的工作难度却远超很多人的想象。很多新手初入数据分析岗位时,常常被各 ...
2024-12-19入门数据分析,许多人都会感到“难”,但这“难”究竟难在哪儿?对于新手而言,往往不是技术不行,而是思维方式、业务理解和实践 ...
2024-12-19在如今的行业动荡背景下,数据分析师的职业前景虽然面临一些挑战,但也充满了许多新的机会。随着技术的不断发展和多领域需求的提 ...
2024-12-19在信息爆炸的时代,数据分析师如同探险家,在浩瀚的数据海洋中寻觅有价值的宝藏。这不仅需要技术上的过硬实力,还需要一种艺术家 ...
2024-12-19在当今信息化社会,大数据已成为各行各业不可或缺的宝贵资源。大数据专业应运而生,旨在培养具备扎实理论基础和实践能力,能够应 ...
2024-12-19阿里P8、P9失业都找不到工作?是我们孤陋寡闻还是世界真的已经“癫”成这样了? 案例一:本硕都是 985,所学的专业也是当红专业 ...
2024-12-19CDA持证人Louis CDA持证人基本情况 我大学是在一个二线城市的一所普通二本院校读的,专业是旅游管理,非计算机非统计学。毕业之 ...
2024-12-18最近,知乎上有个很火的话题:“一个人为何会陷入社会底层”? 有人说,这个世界上只有一个分水岭,就是“羊水”;还有人说,一 ...
2024-12-18在这个数据驱动的时代,数据分析师的技能需求快速增长。掌握适当的编程语言不仅能增强分析能力,还能帮助分析师从海量数据中提取 ...
2024-12-17在当今信息爆炸的时代,数据分析已经成为许多行业中不可或缺的一部分。想要在这个领域脱颖而出,除了热情和毅力外,你还需要掌握 ...
2024-12-17数据分析,是一项通过科学方法处理数据以获取洞察并支持决策的艺术。无论是在商业环境中提升业绩,还是在科研领域推动创新,数据 ...
2024-12-17在数据分析领域,图表是我们表达数据故事的重要工具。它们不仅让数据变得更加直观,也帮助我们更好地理解数据中的趋势和模式。相 ...
2024-12-16在当今社会,我们身处着一个飞速发展、变化迅猛的时代。不同行业在科技进步、市场需求和政策支持的推动下蓬勃发展,呈现出令人瞩 ...
2024-12-16在现代商业世界中,数据分析师扮演着至关重要的角色。他们通过解析海量数据,为企业战略决策提供有力支持。要有效完成这项任务, ...
2024-12-16在当今数据爆炸的时代,数据分析师是组织中不可或缺的导航者。他们通过从大量数据中提取可操作的洞察力,帮助企业在竞争激烈的市 ...
2024-12-16