（数据科学学习手札55）利用ggthemr来美化ggplot2图像

一、简介

　　R中的ggplot2是一个非常强大灵活的数据可视化包，熟悉其绘图规则后便可以自由地生成各种可视化图像，但其默认的色彩和样式在很多时候难免有些过于朴素，本文将要介绍的ggthemr包专门针对原生ggplot2图像进行美化，掌握它之后你就可以创作出更具特色和美感的数据可视化作品。

二、基础内容

2.1 安装

　　不同于常规的R包，ggthemr并没有在CRAN上发布，因此我们需要使用devtools中的install_github()直接从github上安装它，参照github上ggthemr的项目说明页：

library(devtools)

install_github('cttobin/ggthemr')

　　笔者在遵循上述步骤时不太顺利，遇到了如下错误：

　　不过不用担心，按照上述的错误提示，我们打开对应目录，找到了对应的压缩包：

实际上我们通过上述语句已经将ggthemr的压缩包下载到本地如上图所示，所以我们可以很容易地使用手动安装本地压缩包的形式来完成ggthemr的安装（注意要吧.tar格式改为.tar.gz格式，我想这可能是install_github()安装失败的原因）：

　　经过上述步骤我们便完成了ggthemr的安装准备工作；

2.2 傻瓜式用法

　　在我之前写得某篇文章中使用过Python中matplotlib.pyplot.style，仅仅使用style.use()这个语句，便可傻瓜式地载入各种精美的自适应绘图主题，在ggthemr中也有类似的功能，我们在利用ggplot2创建图像的语句之前，加上ggthemr(‘主题名称’)，便可简单套用多种内建主题，下面是几个简单的例子：

rm(list=ls())
library(ggplot2)
library(ggthemr)

data(mpg)
data <- mpg

#chalk风格
ggthemr('chalk')
p1 <- ggplot(data=data, aes(displ, hwy))+
  geom_point(mapping = aes(shape=factor(cyl)))+
  geom_smooth(mapping = aes(displ,hwy,colour=factor(cyl)))
print(p1)

#dust风格
ggthemr('dust')
p2 <- ggplot(data=data, aes(displ, hwy))+
  geom_point(mapping = aes(shape=factor(cyl)))+
  geom_smooth(mapping = aes(displ,hwy,colour=factor(cyl)))
print(p2)

#flat风格
ggthemr('flat')
p3 <- ggplot(data=data, aes(displ, hwy))+
  geom_point(mapping = aes(shape=factor(cyl)))+
  geom_smooth(mapping = aes(displ,hwy,colour=factor(cyl)))
print(p3)

　　而官方文档中提到可以用ggthemr_reset()来恢复ggplot2默认风格，但笔者经过实践发现这个函数并不能彻底抹除之前施加的主题模式，因此这里不细说，读者们可以自行尝试；

三、自定义主题

　　尽管ggthemr内建了很多风格迥异的主题，有的过于花哨，有的又过于商务硬朗，除了直接套用这些主题，我们还可以自己创建新的主题以加入自己对构图的想法：

3.1 Palettes（调色板）

　　palette决定了图像中所有元素的颜色，包括所有图层、背景、网格线等，而swatch则专门用于控制图层元素的配色方案，我们使用define_palette()来构造自定义调色方案，其主要参数如下:

swatch：一个颜色向量，用于定义图层元素的配色方案（要注意图像中需要用到的色彩数量要小于等于swatch的向量长度，否则会报错）

gradient：一个长度为2的向量，lower位置和upper位置用于控制梯度色彩的上下限

background:设置背景色彩

text：设置文本部分的字体颜色

line：设置坐标轴颜色

gridline：控制网格线的颜色

　　下面我们自定义一个色彩简单的主题：

demo <- define_palette(
  swatch = c('black', 'red', 'green', 'blue', 'brown', 'purple', 'yellow'), 
  gradient = c(lower = 'red', upper = 'green')
)

ggthemr(demo)

　　下面来看看应用上述主题之后的图像效果：

rm(list=ls())
library(ggplot2)
library(ggthemr)

data(mpg)
data <- mpg

demo <- define_palette(
  swatch = c('black', 'red', 'green', 'blue', 'brown', 'purple', 'yellow'), 
  gradient = c(lower = 'red', upper = 'green')
)

ggthemr(demo)
p <- ggplot(data=data, aes(displ, hwy))+
  geom_point(mapping = aes(shape=factor(cyl)))+
  geom_smooth(mapping = aes(displ,hwy,colour=factor(cyl)))
print(p)

　　因为我们的demo主题中还设置了色彩梯度，下面我们绘制密度图（此例来自我的（数据科学学习手札38）ggplot2基本图形简述）：

data <- data.frame(matrix(rnorm(200),nrow=100))
p <- ggplot(data, aes(x = X1, y = X2)) +
  stat_density2d(aes(fill = ..density..), geom = "raster", contour = F)
p

　　可以看到，密度图中色彩在预设的红色与绿色之间过渡；

3.2 ggthemr()的其他关键参数

　　前文中我们使用函数ggthemr()来挂载主题，而除了最关键的主题参数之外，ggthemr()还有若干控制其他图像样式的参数，如下：

layout：用于网格线样式，有clean、clear、minimal、plain、scientific可选，默认clear

spacing：用于控制图像在图床上的紧凑程度，越高意味着图像被挤压得越严重，默认1.6，下面分别为0,1,2时的示例：

text_size：用于控制文本部分字体大小，默认12

type：用于控制背景区域填充的形式，当’inner’时如下：

当设置为’outer’时如下：

line_weight：设置坐标轴和网格线的宽度，默认0.5

set_theme：逻辑型变量，控制是否启动palette传入的主题，默认为TRUE

3.3 微调图像对比度

　　ggthemr中十分贴心地提供了调节图像对比度的函数，具体如下：

darken_swatch() / lighten_swatch(): 暗化或亮化所有图形元素的对比度

darken_gradient() / lighten_gradient(): 暗化或亮化所有梯度元素的对比度

darken_palette() / lighten_palette(): 暗化或亮化所有元素的对比度

　　下面是简单的示例：

rm(list=ls())
library(ggplot2)
library(ggthemr)

data(mpg)
data <- mpg


ggthemr('chalk')
p1 <- ggplot(data=data, aes(displ, hwy))+
  geom_point(mapping = aes(shape=factor(cyl)))+
  geom_smooth(mapping = aes(displ,hwy,colour=factor(cyl)))
print(p1)