R - 如何为复杂的 ggplot 图像分配屏幕空间

Question

我正在尝试编写一个脚本，在单个图像中生成四个不同的绘图。具体来说，我想尽可能地重新创建该图形:

我当前的脚本生成了四个与这些类似的图，但我无法弄清楚如何相应地分配屏幕空间。我想要:

1. 修改图的高度和宽度，使所有四个图具有统一的宽度，其中一个明显高于其他具有统一高度的图
2. 通过坐标定义图例的位置，以便我可以有效地使用屏幕空间
3. 根据需要明确修改图像的整体形状(也许我需要它在某个时候更接近正方形)

生成一些数据来绘制

pt_id = c(1:279) # DEFINE PATIENT IDs
smoke = rbinom(279,1,0.5) # DEFINE SMOKING STATUS
hpv = rbinom(279,1,0.3) # DEFINE HPV STATUS
data = data.frame(pt_id, smoke, hpv) # PRODUCE DATA FRAME

添加解剖部位数据

data$site = sample(1:4, 279, replace = T)
data$site[data$site == 1] = "Hypopharynx"
data$site[data$site == 2] = "Larynx"
data$site[data$site == 3] = "Oral Cavity"
data$site[data$site == 4] = "Oropharynx"
data$site_known = 1  # HACK TO FACILITATE PRODUCING BARPLOTS

添加突变频率数据

data$freq = sample(1:1000, 279, replace = F)

定义条形图

require(ggplot2)
require(gridExtra)
bar = ggplot(data, aes(x = pt_id, y = freq)) + geom_bar(stat = "identity") +     theme(axis.title.x = element_blank(), axis.ticks.x = element_blank(), axis.text.x = element_blank()) + ylab("Number of Mutations")
# DEFINE BINARY PLOTS
smoke_status = ggplot(data, aes(x=pt_id, y=smoke, fill = "red")) + geom_bar(stat="identity") + theme(legend.position = "none", axis.title.x = element_blank(), axis.ticks.x = element_blank(), axis.text.x = element_blank()) + ylab("Smoking Status")
hpv_status = ggplot(data, aes(x=pt_id, y = hpv, fill = "red")) + geom_bar(stat="identity") + theme(legend.position = "none", axis.title.x = element_blank(), axis.ticks.x = element_blank(), axis.text.x = element_blank()) + ylab("HPV Status")
site_status = ggplot(data, aes(x=pt_id, y=site_known, fill = site)) +     geom_bar(stat="identity")

一起制作四张图表

grid.arrange(bar, smoke_status, hpv_status, site_status, nrow = 4)

我怀疑完成这些任务所需的功能已经包含在 ggplot2 和 gridExtra 中，但我无法弄清楚如何实现。另外，如果我的任何代码过于冗长，或者有一种更简单、更优雅的方法来完成我已经完成的工作，也请随时对此发表评论。

Answer 1

以下是获取您描述的布局的步骤:

1)将图例提取为单独的grob(“图形对象”)。然后我们可以将图例与绘图分开布置。

2) 左对齐四个图的边缘，以便左边缘和 x 尺度正确对齐。执行此操作的代码来自 this SO answer 。该答案具有对齐任意数量的图的功能，但是当我还想更改分配给每个图的比例空间时，我无法使其工作，所以我最终通过“漫长的方式”完成了它分别调整每个图。

3) 使用 grid.arrange 和 arrangeGrob 布置绘图和图例。 heights 参数为每个地 block 分配不同比例的总垂直空间。我们还使用 widths 参数为一个宽列中的绘图和另一窄列中的图例分配水平空间。

4) 以您想要的任何尺寸绘制到设备。这就是您获得特定形状或纵横比的方法。

library(gridExtra)
library(grid)

# Function to extract the legend from a ggplot graph as a separate grob
# Source: https://stackoverflow.com/a/12539820/496488
get_leg = function(a.gplot){
  tmp <- ggplot_gtable(ggplot_build(a.gplot))
  leg <- which(sapply(tmp$grobs, function(x) x$name) == "guide-box")
  legend <- tmp$grobs[[leg]]
  legend
}

# Get legend as a separate grob
leg = get_leg(site_status)

# Add a theme element to change the plot margins to remove white space between the plots
thm = theme(plot.margin=unit(c(0,0,-0.5,0),"lines"))

# Left-align the four plots 
# Adapted from: https://stackoverflow.com/a/13295880/496488
gA <- ggplotGrob(bar + thm)
gB <- ggplotGrob(smoke_status + thm)
gC <- ggplotGrob(hpv_status + thm)
gD <- ggplotGrob(site_status + theme(plot.margin=unit(c(0,0,0,0), "lines")) + 
                  guides(fill=FALSE))

maxWidth = grid::unit.pmax(gA$widths[2:5], gB$widths[2:5], gC$widths[2:5], gD$widths[2:5])
gA$widths[2:5] <- as.list(maxWidth)
gB$widths[2:5] <- as.list(maxWidth)
gC$widths[2:5] <- as.list(maxWidth)
gD$widths[2:5] <- as.list(maxWidth)

# Lay out plots and legend
p = grid.arrange(arrangeGrob(gA,gB,gC,gD, heights=c(0.5,0.15,0.15,0.21)),
                 leg, ncol=2, widths=c(0.8,0.2))

然后，您可以通过设置输出设备的参数来确定最终绘图的形状或纵横比。 (当您创建基础绘图时，您可能需要调整字体大小，以使最终布局看起来像您想要的那样。)下面粘贴的绘图是直接从 RStudio 图形窗口保存的 png。以下是将绘图保存为 PDF 文件的方法(但您可以使用许多其他“设备”(例如 png、jpeg 等)以不同的格式保存):

pdf("myPlot.pdf", width=10, height=5)
p
dev.off()

您还询问了更高效的代码。您可以做的一件事是创建一个多次使用的绘图元素列表，然后只需将列表对象的名称添加到每个绘图中即可。例如:

my_gg = list(geom_bar(stat="identity", fill="red"),
             theme(legend.position = "none", 
                   axis.title.x = element_blank(), 
                   axis.ticks.x = element_blank(), 
                   axis.text.x = element_blank()),
                   plot.margin = unit(c(0,0,-0.5,0), "lines"))

smoke_status = ggplot(data, aes(x=pt_id, y=smoke)) + 
                  labs(y="Smoking Status") +
                  my_gg