實用時間序列圖之R實現(xiàn)干貨

笨鳥先飛龍 2020-09-02

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網(wǎng)絡搜索“時間序列圖”一詞，出現(xiàn)的多為折線圖(圖1)，這也是時序圖中使用最多的一種類型，那下面我們就從折線類型的時序圖開始吧。

圖1 “時間序列圖”的搜索結果

工具包

今天的分享主要使用到ggplot2、scales和reshape2三個R包：畫圖首選當然還是強大的ggplot2包；scales包提供美化坐標軸、圖例等的一些函數(shù)；reshape2包用于數(shù)據(jù)的格式轉換，作圖時通常需要將“寬格式”的數(shù)據(jù)轉換為“長格式”的數(shù)據(jù)格式。

library(ggplot2)
library(scales)
library(reshape2)

案例數(shù)據(jù)

本例所用的數(shù)據(jù)為2020年3月1日至4月14日四個國家的新冠肺炎的疫情數(shù)據(jù)，表1展示了前10天的數(shù)據(jù)，此為“寬格式”的數(shù)據(jù)格式。為作圖做準備，需使用as.Date函數(shù)將date變量轉換為時間類型。

表1 案例數(shù)據(jù)庫（部分）

data1<-read.csv('dailynew.csv',header=TRUE) #讀取數(shù)據(jù)
Sys.setlocale('LC_TIME', 'English')  #根據(jù)需要可選擇更改時間顯示為英文
data1$date <-as.Date(data1$date)  #將date變量轉換為時間類型

繪制時序圖

3.1單個類別

ggplot2繪圖的基本思路依次指定數(shù)據(jù)集data、數(shù)據(jù)映射aes、圖類型geom_。首先，我們展示一個國家發(fā)病情況的時序圖。通過ggplot()函數(shù)指定數(shù)據(jù)庫為data1，將date和Brazil分別映射到x和y軸, geom_line指定折線圖（color和size分別指定折線的顏色和粗細），那么，基本的時序圖雛形就出來了（圖2）。

ggplot(data=data1,aes(x=date,y=Brazil))+
geom_line(color='lightskyblue',size=1.3)

圖2 折線類型的時間序列圖

除了折線圖，柱形和散點的時間序列圖也應用較多，只需要更換相應的幾何圖層函數(shù)即可（圖3和圖4）。

#柱形
ggplot(data=data1,aes(x=date,y=Brazil))+
  geom_bar(stat = 'identity',fill='lightskyblue')
#散點
ggplot(data=data1,aes(x=date,y=Brazil))+
  geom_point(color='lightskyblue',size=3)

圖3 柱形時間序列圖

圖4 散點型時間序列圖

3.2多個類別

那么，如果想同時展示多個多家的發(fā)病情況，我們需通過melt函數(shù)將數(shù)據(jù)格式先做“寬轉長”，轉換后數(shù)據(jù)變?yōu)槿校簳r間變量、類別變量和對應值。

data1.1<-melt(data1,id='date') 
names(data1.1)<-c('date','country','newcases')  #重命名

表2 轉換后的數(shù)據(jù)庫

作圖思路類似地，通過ggplot()函數(shù)指定數(shù)據(jù)庫，指定映射到x和y軸的變量, 此處應注意的是，由于有多個國家，在aes中需用特定參數(shù)指定做顏色分類的變量country（折線圖和點圖用color，柱狀圖用fill）。facet_grid是將不同的國家分到不同的繪圖面板中展示，country~. 表示縱向排列多個繪圖面板， .~country則表示橫向排列。theme主題函數(shù)中l(wèi)egend.position 參數(shù)指定 'none'表示隱藏圖列。

ggplot(data1.1,aes(x=date,y=newcases,color=country))+   
geom_line(size=1.3)+
  facet_grid(country~.,scales = 'free')+ #縱向
  theme(legend.position = 'none')

圖5 多分類折線型時間序列圖

ggplot(data1.1,aes(x=date,y=newcases,fill=country))+  
geom_bar(stat = 'identity',size=0.3)+
  facet_grid(.~country,scales = 'free')+ #橫向
  theme(legend.position = 'none')

圖6 多分類柱形時間序列圖

圖形美化

前面，我們按照基本繪圖思路（數(shù)據(jù)集-->數(shù)據(jù)映射-->圖類型）和分面設置，得到時序圖的”雛形”，然而，很多細節(jié)還需要完善。其中，對時間序列圖非常重要的時間坐標標簽的設置，本例按照數(shù)據(jù)的時間設置起止時間和時間間隔3天，賦值給變量datebreak，然后在scale_x_date使用即可；根據(jù)數(shù)據(jù)的時間長短，還可以按周week、月month、年year。其他常規(guī)有標題、字體、顏色等的設置，都是使用ggplot2美化常用的函數(shù)。

datebreak<-seq(as.Date('2020-03-01'),as.Date('2020-04-15'),by='3 days')
ggplot(data1.1,aes(x=date,y=newcases,fill=country))+ 
  geom_bar(stat = 'identity',size=0.3)+  #柱形圖 
facet_grid(country~.,scales = 'free')+  #分面
  ylab('Cases')+  #縱坐標標題
  xlab('Date')+   #橫坐標標題
  ggtitle('四個國家新增病例情況')+  #圖的標題
  scale_x_date(breaks = datebreak,labels=date_format('%d-%b'))+ 
## theme主題美化
  theme(axis.title = element_text(size=18),  #坐標標題的設置
        plot.title = element_text(size=20,hjust=0.5),  #圖標題的設置
        axis.text.x = element_text(angle=25,hjust=0.8,size=15), #x坐標標簽設置
        axis.text.y = element_text(size=15), # y坐標標簽設置
        strip.text= element_text(size=rel(1.2)),  # 分面標簽設置
        panel.background = element_rect(colour = 'gray99'),  #畫板背景設置
        legend.position = 'none')+ #圖例位置設置：不顯示
  scale_fill_brewer(palette ='Set2') # 顏色設置