ggplot2作图详解7（完）：主题（theme）设置

Posted 2020-10-09

凡是和数据无关的图形设置内容理论上都可以归为主题类，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。某些作图软件（或自以为有作图能力的软件）给出的初始图 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_gray()的代码拿出来看看就知道了：

library(ggplot2) theme_gray # 函数名不加括号，获得函数的代码

## 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：

# 函数说明，非运行代码 theme(..., complete = FALSE)

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	text
axis.title.x	x轴属性	axis.title
axis.title.y	y轴属性	axis.title
axis.text	坐标轴刻度标签属性	text
axis.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	line
axis.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	line
axis.line.x
axis.line.y
legend.background	图例背景	rect
legend.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	text
legend.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	rect
panel.border	绘图区边框	rect
panel.margin	分面绘图区之间的边距
panel.grid	绘图区网格线	line
panel.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, left
strip.background	分面标签背景	rect
strip.text	分面标签文本	text
strip.text.x
strip.text.y

除一些尺寸设置有关的内容外（需要用grid包的unit函数设置），几乎所有元素都在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 <- LETTERS[1:10] y <- abs(rnorm(10)) (p <- qplot(x = x, y = y, color = x, fill = x,geom = c("line", "point"), group = 1) + labs(title = "The figure title.", xlab ="Factor", ylab = "Value") + theme(text = element_text(color = "red", size = 16), line =element_line(color = "blue"), rect = element_rect(fill = "white"))) p +theme(panel.background = element_rect(fill = "transparent", color = "gray"), legend.key= element_rect(fill = "transparent", color = "transparent"), axis.text =element_text(color = "red"))

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中可以相当简单。由于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ggplot2的theme函数非常方便地定义自己的图形主题。下面是我自用的一个主题函数，主要作的改动是坐标轴刻度朝向和统一了图形各个区域的背景颜色：

##‘ A nice-looking ggplot2 theme: inward axis ticks, legend title excluded, and uniform background. ##‘ @title A nice-looking ggplot2 theme ##‘ @param ... ##‘ Parameters passed to theme_classic() function. ##‘ @param bg ##‘ Color string (default ‘white‘) for user defined uniform background. ##‘ @return ##‘ ggplot2 theme object. ##‘ @examples ##‘ library(ggplot2) ##‘ qplot(x=carat, y=price, color=cut, data=diamonds) + theme_zg() ##‘ @author ZGUANG ##‘ @export theme_zg <- function(..., bg=‘white‘){ require(grid)theme_classic(...) + theme(rect=element_rect(fill=bg), plot.margin=unit(rep(0.5,4),‘lines‘), panel.background=element_rect(fill=‘transparent‘, color=‘black‘),panel.border=element_rect(fill=‘transparent‘, color=‘transparent‘),panel.grid=element_blank(), axis.title = element_text(color=‘black‘, vjust=0.1),axis.ticks.length = unit(-0.4,"lines"), axis.ticks = element_line(color=‘black‘),axis.ticks.margin = unit(0.8,"lines"), legend.title=element_blank(),legend.key=element_rect(fill=‘transparent‘, color=‘transparent‘)) }

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，可以发给ggplot2的作者H.W.，让他加到ggplot2的下一个发行版中。比如上面上面函数加入ggplot2后就可以直接调用：

p <- qplot(x = x, y = y, color = x, fill = x, geom = c("line", "point"), group = 1) +labs(title = "The figure title.", xlab = "Factor", ylab = "Value") p + theme_zg() p +theme_zg(base_size = 16, bg = "gray90")

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。有一些本应属于主题类的东西不能在theme_set 函数中设置，需要使用特殊的函数，如坐标轴翻转、刻度设置等，在这不再介绍。如果想比较透彻的学习，建议把ggplot2项目从GitHub克隆下来研究 它的代码。更好的方法是研究ggmap和ggbio这两个包，它们的代码本身就是ggplot2应用的最好范例。尤其是ggmap，H.W.是它的作者之 一。

本系列文章的例子基于ggplot2 0.9.3.1版本，如果发现一些代码运行不正确或效果图有变化，应该是版本不同造成。文章后都有sessionInfo信息可参考。

sessionInfo()

## R version 3.0.1 (2013-05-16) 
## 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=C 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] zblog_0.0.1 knitr_1.3.5 ggplot2_0.9.3.1 
## ## loaded via a namespace (and not attached): 
## [1] colorspace_1.2-2 dichromat_2.0-0 digest_0.6.3 
## [4] evaluate_0.4.4 formatR_0.8 gtable_0.1.2 
## [7] highr_0.1.2 labeling_0.2 MASS_7.3-27 
## [10] munsell_0.4.2 plyr_1.8 proto_0.3-10 
## [13] RColorBrewer_1.0-5 reshape2_1.2.2 scales_0.2.3 
## [16] stringr_0.6.2 tools_3.0.1