使用ggplot2和ggtext创建精美的企鹅数据集可视化图表

本文基于rstudio-conf-2022中关于ggplot2图形设计的研讨会材料，重点讲解如何使用ggplot2和ggtext包创建带有精美注释的企鹅数据集可视化图表。

数据准备

首先我们需要加载并了解数据集。我们使用的是palmerpenguins包提供的企鹅数据集：

library(palmerpenguins)
penguins

这个数据集包含了三种企鹅（阿德利企鹅、帽带企鹅和巴布亚企鹅）的体型测量数据，包括喙长、喙深、鳍状肢长度和体重等信息。

基础图表构建

我们从最基本的散点图开始，展示企鹅喙长和喙深的关系：

ggplot(
    penguins,
    aes(x = bill_length_mm, y = bill_depth_mm,
        color = species, size = body_mass_g)
) +
  geom_point(alpha = .2) +
  labs(
    x = "Bill length (mm)",
    y = "Bill depth (mm)",
    title = "Bill dimensions of brush-tailed penguins Pygoscelis spec.",
    caption = "Horst AM, Hill AP, Gorman KB (2020). palmerpenguins R package version 0.1.0"
)

图表美化步骤

1. 添加点轮廓

为了让数据点更清晰可见，我们添加白色轮廓：

geom_point(alpha = .2, stroke = .3) +
geom_point(shape = 1, stroke = .3)

2. 自定义颜色和大小比例尺

scale_color_manual(
    name = "Species:",
    values = c("#FF8C00", "#A034F0", "#159090")
) +
scale_size(
    name = "Body mass:",
    breaks = 3:6 * 1000,
    labels = function(x) paste(x / 1000, "kg"),
    range = c(.5, 5)
)

3. 调整坐标轴

coord_cartesian(
    expand = FALSE,
    clip = "off"
) +
scale_x_continuous(
    limits = c(30, 60),
    breaks = 6:12*5
) +
scale_y_continuous(
    limits = c(12.5, 22.5),
    breaks = seq(12.5, 22.5, by = 2.5)

使用ggtext增强文本样式

ggtext包允许我们在图表中使用Markdown和HTML标记来格式化文本：

library(ggtext)

labs(
    x = "Bill length *(mm)*",
    y = "Bill depth *(mm)*",
    title = "Bill dimensions of brush-tailed penguins *Pygoscelis spec.*",
    caption = "Horst AM, Hill AP, Gorman KB (2020). <span style='font-family:tabular;'>palmerpenguins</span> R package version 0.1.0"
) +
theme(
    plot.title = element_markdown(
        face = "bold", size = 16, margin = margin(12, 0, 12, 0)
)

添加物种标签注释

我们需要先创建一个包含物种平均数据和格式化标签的数据框：

penguins_labs <-
  penguins %>%
  group_by(species) %>%
  summarize(across(starts_with("bill"), ~ mean(.x, na.rm = TRUE))) %>%
  mutate(
    species_lab = case_when(
      species == "Adelie" ~ "<b style='font-size:15pt;'>*P. adéliae*</b><br>(Adélie penguin)",
      species == "Chinstrap" ~ "<b style='font-size:15pt;'>*P. antarctica*</b><br>(Chinstrap penguin)",
      species == "Gentoo" ~ "<b style='font-size:15pt;'>*P. papua*</b><br>(Gentoo penguin)"
    )
  )

然后使用geom_richtext添加注释：

geom_richtext(
    data = penguins_labs,
    aes(label = species_lab,
        color = species,
        color = after_scale(colorspace::darken(color, .4))),
    family = "Roboto Condensed",
    size = 3, lineheight = .8,
    fill = "#ffffffab", ## 半透明白色背景
    show.legend = FALSE
)

最终主题定制

theme_minimal(
    base_size = 10, base_family = "Roboto Condensed"
) +
theme(
    plot.title.position = "plot",
    plot.caption.position = "plot",
    axis.text = element_text(family = "Tabular"),
    legend.text = element_text(color = "grey50"),
    plot.margin = margin(0, 14, 0, 12),
    plot.background = element_rect(fill = NA, color = "grey50", size = 1)
)

总结

通过本教程，我们学习了如何：

1. 使用ggplot2创建基础可视化
2. 通过多种几何对象增强图表表现力
3. 自定义比例尺和坐标轴
4. 使用ggtext包实现丰富的文本格式化
5. 添加和样式化注释
6. 全面定制图表主题

这些技巧可以应用于各种数据可视化场景，帮助你创建既美观又专业的图表。