[R] 기본 plot 함수

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1. Basic graphic function plot()

  • 시각화로 많이 쓰이는 ggplot2 패키지나 interactive 한 plot을 제공하는 plotly 패키지 등 R에서는 다양한 시각화 함수를 제공하고 있습니다.
  • 그러한 함수를 배우기 이전에 앞서 R에서 기본으로 내장되어 있는 함수 plot() 에 대해서 설명을 하고 더 나아가 필요한 함수들에 대해서 설명하겠습니다.
  • 앞서 글을 포스팅하는데 있어 한국외국어대학교 이석호 교수님의 탐색적자료분석 강의 교안을 참고하였음을 알립니다.

 

  • 기본적으로 plot() 함수는 산점도(scatter plot)를 그리는 함수지만 산점도뿐만 아니라 일반적으로 객체를 시각화하는데 모두 사용할 수 있는 일반적인 함수입니다.
  • 다음은 plot() 함수가 어떤 객체들을 그려줄 수 있는지 나타낸 것 입니다. 
    ##  [1] plot.acf*           plot.data.frame*    plot.decomposed.ts*
##  [4] plot.default        plot.dendrogram*    plot.density*      
##  [7] plot.ecdf           plot.factor*        plot.formula*      
## [10] plot.function       plot.hclust*        plot.histogram*    
## [13] plot.HoltWinters*   plot.isoreg*        plot.lm*           
## [16] plot.medpolish*     plot.mlm*           plot.ppr*          
## [19] plot.prcomp*        plot.princomp*      plot.profile.nls*  
## [22] plot.R6*            plot.raster*        plot.spec*         
## [25] plot.stepfun        plot.stl*           plot.table*        
## [28] plot.ts             plot.tskernel*      plot.TukeyHSD*     
## see '?methods' for accessing help and source code
    • 예를 들자면, plot.lm() 함수는 lm 이라는 선형모형 클래스에 정의된 plot 메서드로, 자동적으로 선형모형 객체의 plot이 호출됩니다. 즉, 인자로 주어진 객체에 따라 다르게 처리됩니다.
  • methods("plot")
  • 산점도를 표시하는 함수의 형태는 다음과 같습니다.
    • x : x좌표, y : y좌표
    x = 1:10
y = x^2
plot(x, y)
  • plot(x, y)

 

1. 1. Options

  • plot() 함수의 주요 옵션은 다음과 같습니다.
    Graph options Meaning
    xlab, ylab x, y 축 이름
    main 그래프 제목
    pch 점의 종류
    cex 점의 크기
    col 색상
    xlim, ylim x, y 축의 값 범위
    type 그래프의 유형

축 이름과 그래프 제목

  • xlab = "", ylab = "" 그리고 main = "" argument를 이용하여 축 이름과 제목을 설정할 수 있습니다. 
  • plot(x, y, xlab = "x축 이름", ylab = "y축 이름", main = "제목")

점의 종류

  • pch argument를 통해 점의 종류를 지정할 수 있습니다.
  • pch는 숫자 또는 문자로 지정할 수 있는데 example(points) 를 실행하면 각 pch 값이 어떤 기호를 의미하는지 볼 수 있습니다.

점의 크기

  • 산점도에 보인 점의 크기는 cex argument로 지정합니다. 
  • x <- rep(1:5, rep(5,5))
y <- rep(5:1, 5)
plot(x, y, cex = 0.5)

색상

  • 색상은 col argument로 지정합니다. 기존에 언급했던 pch, cex 옵션은 산점도를 출력할 때만 해당하지만 색상은 점, 선 등 모두에 적용할 수 있는 argument 입니다. 
  • plot(x, y, col = "red")
  • R에서 제공하는 색상에 대한 값은 다음과 같습니다.

좌표 축 값의 범위

  • plot() 함수가 기본으로 지정하는 x, y 축 값의 범위를 바꾸고 싶다면 xlim, ylim argument를 적용하여 바꿀 수 있습니다.
  • 단, 값의 범위를 지정하면서 그래프의 일부분이 짤릴 수도 있으니 min(), max() 등의 함수를 이용해 최소, 최대 값을 고려하여 적절하게 지정해주실 필요가 있습니다.
    • xlim = c(하한, 상한), ylim = c(하한, 상한)
  • plot(x, y, 
     xlim = c(0, 3), 
     ylim = c(1, 4))

그래프의 유형

  • type argument를 통해 그래프의 유형을 지정할 수 있습니다.
    • type = "p" : for points (default)
    • type = "l" : for lines
    • type = "b" : for both points and lines
    • type = "c" : for the lines part along of “b”
    • type = "o" : for both overplotted
    • type = "h" : for histogram (vertical lines)
    • type = "s" : for stair steps
    • type = "S" : for other steps
    • type = "n" : for no plotting
  • par(mfrow = c(2, 3))     # divide the window: 2 rows and 3 columns

x = 1:10
y = x^2

plot(x, y, type = "l", main = "lines")
plot(x, y, type = "h", main = "histogram")
plot(x, y, type = "n", main = "no plotting")
plot(x, y, type = "b", main = "both points and lines")
plot(x, y, type = "s", main = "stair steps")
plot(x, y, main = "default : points")

선 유형

  • lty argument를 통해 선의 유형을 지정할 수 있습니다.
    • lty = 0, lty = "blank" : 그리지 않음
    • lty = 1, lty = "solid" : 실선 (기본값)
    • lty = 2, lty = "dashed" : 대시
    • lty = 3, lty = "dotted" : 점
    • lty = 4, lty = "dotdash" : 점과 대시
    • lty = 5, lty = "longdash" : 긴 대시
  • par(mfrow = c(2, 3))
plot(x, y, type = "l", lty = 0)
plot(x, y, type = "l", lty = 1)
plot(x, y, type = "l", lty = 2)
plot(x, y, type = "l", lty = 3)
plot(x, y, type = "l", lty = 4)
plot(x, y, type = "l", lty = 5)

축 설정

  • axis() 함수를 이용하여 축에 대한 옵션도 설정할 수 있습니다.
  • 자세한 argument는 ?axis를 입력하여 help를 참조하시길 바랍니다.
    • side = 1 : 하단 축부분, side = 2 : 좌측 축부분, side = 3 : 상단 축부분, side = 4 우측 축부분
    • at : 축의 표시 단위
    • labels : 축에 표시될 값
    • pos : 축의 위치
    plot(1:5, type = "l", main = "axis", axes = FALSE, xlab = "", ylab = "")
axis(side = 1, at = 1:5, labels = LETTERS[1:5], line = 2)
axis(side = 2, tick = FALSE, col.axis = "blue")
axis(side = 3, outer = TRUE)
axis(side = 3, at = c(1, 3, 5), pos = 3, col = "blue", col.axis = "red")
axis(side = 4, lty = 2, lwd = 2)
  • axis(side, at = NULL, labels = TRUE, tick = TRUE, pos = NA, outer = FALSE, ...)

그래프 배열

  • par(mfrow()) 함수를 통하여 그래프 배열을 지정할 수 있습니다.
    • 그래프를 nr개의 행, nc개의 컬럼으로 배열합니다.
  • par(mfrow = c(nr, nc))
  • 또한 layout() 함수를 이용해서 배열을 지정할 수 있습니다. 
    ##      [,1] [,2]
## [1,]    1    1
## [2,]    2    3
    layout(mat = m)
plot(cars, main = 'scatter plot of cars data')
hist(cars$speed, col = 'lightblue', border = 'white')
hist(cars$dist, col = 'darkgray', border = 'white')
  • m <- matrix(c(1, 1, 2, 3), ncol = 2, byrow = TRUE)
m

2. points()

  • points() 함수는 점을 그리는 함수로 plot()을 연달아 출력하는 경우 매번 새로운 그래프가 그려지는 것과 달리 points()는 이미 생성된 plot에 점을 추가로 그려줍니다.
    • R에 내장되어 있는 iris 데이터의 Sepal.Width, Sepal.Length를 plot() 함수로 그린 다음, Petal.Width, Petal.Length 를 같은 그래프 위에 points() 함수로 덧그리는 예시입니다.
  • plot(iris$Sepal.Width, iris$Sepal.Length, cex = 0.5, pch = 20,
     xlab = "Width", ylab = "Length", main = "iris")
points(iris$Petal.Width, iris$Petal.Length, cex = 0.5, pch = "+", col = "green")

3. lines()

  • lines()는 points()와 마찬가지로 plot()으로 출력된 그래프 위에 꺾은선을 추가하는 함수입니다.
  • 꺾은선은 시계열 데이터에서 추세를 표현하거나 여러 범주의 데이터를 서로 다른 색상 또는 선 유형으로 표현하는데 사용합니다. 
  • x <- seq(from = 0, to = 2*pi, by = 0.1)
y <- sin(x)

plot(x, y, type = "n")
lines(x, y, lty = 3)

4. abline()

  • abline() 함수는 \(y = \beta_0 + \beta_1 x\) 형태의 직선이나 \(y = h\) 형태의 가로로 그은 직선, 또는 \(x = v\) 형태의 세로로 그은 직선을 그래프에 그리는 함수입니다.
  • lines() 함수와 달리 꺾은선이 아닌 직선을 그리는 함수로 둘 사이의 차이가 존재합니다. 
  • plot(x, y)
abline(v = 3, lty = 2)  # vertical
abline(h = 0, lty = 3)  # horizontal
abline(a = -1, b = 1, col = "red")  # y = -1 + x

5. curve()

  • curve() 함수는 주어진 표현식에 대한 곡선을 그리는 함수입니다. 
  • curve(expr = sin, from = 0, to = 2*pi)

6. text()

  • text() 함수는 그래프에 문자열을 표시하는데 사용합니다. 
    plot(4:6, 4:6, xlab = "", ylab = "", type = "n")
text(5, 5, "X")
text(5, 5, "00", adj = c(0, 0))
text(5, 5, "01", adj = c(0, 1))
text(5, 5, "10", adj = c(1, 0))
text(5, 5, "11", adj = c(1, 1))
    • adj는 텍스트의 위치를 지정하는 옵션 : (0,0) 우측 상단, (0, 1) 우측 하단, (1, 0) 좌측 상단, (1, 1) 좌측 하단
  • text(x좌표, y좌표, labels = "표시할 문자", adj = NULL)

7. polygon()

  • polygon() 함수는 다각형을 그리는데 사용합니다.
  • 신뢰구간 같은 범위 값을 표현하는데 유용하게 사용됩니다. 
  • theta <- seq(-pi, pi, length.out = 12)
x <- cos(theta)
y <- sin(theta)
plot(1:6, type = "n", main = "polygon", xlab = "", ylab = "", axes = FALSE)

x1 = x + 2 ; y1 = y + 4.5
polygon(x1, y1)
text(2, 5.7, adj=0.5, 'default')

x2 = x + 2 ; y2 = y + 2
polygon(x2, y2, col='gold')
text(2, 3.2, adj=0.5, 'col=\'gold\'')

x3 = x + 5 ; y3 = y + 4.5
polygon(x3, y3, density = 10)
text(5, 5.7, adj=0.5, 'density=10')

x4 = x + 5 ; y4 = y + 2
polygon(x4, y4, lty = 2, lwd = 2)
text(5, 3.2, adj=0.5, 'lty=2, lwd=2')

8. arrows()

  • 화살표를 그릴 수 있는 함수로 arrows() 함수가 있습니다. 
    plot(1:9, type = "n", axes = FALSE, xlab = "", ylab = "", main = "arrows")
arrows(1, 9, 4, 9, angle = 30, length = 0.25, code = 2)
arrows(1, 8, 4, 8, length = 0.5)
arrows(1, 7, 4, 7, length = 0.1)
arrows(1, 6, 4, 6, angle = 60)
arrows(1, 5, 4, 5, angle = 90)
arrows(1, 4, 4, 4, angle = 120)
arrows(1, 3, 4, 3, code = 0)
arrows(1, 2, 4, 2, code = 1)
arrows(1, 1, 4, 1, code = 3)
text(4.5, 9, adj = 0, 'angle=30, length=0.25, code=2 (default)')
text(4.5, 8, adj = 0, 'length=0.5')
text(4.5, 7, adj = 0, 'length=0.1')
text(4.5, 6, adj = 0, 'angle=60')
text(4.5, 5, adj = 0, 'angle=90')
text(4.5, 4, adj = 0, 'angle=120')
text(4.5, 3, adj = 0, 'code=0')
text(4.5, 2, adj = 0, 'code=1')
text(4.5, 1, adj = 0, 'code=3')
  • arrows(x0 = x시작값, y0 = y시작값, x1 = x끝값, y1 = y끝값, length = 길이, angle = 화살표 각, code = 종류)

9. legend()

  • legend() 함수는 범례를 표시하는 데 사용됩니다.
    • 좌표 값 대신 "left", "topleft", "bottom", "center" 등 위치를 직접 지정할 수 있습니다.
    plot(1:10, type = "n", xlab = "", ylab = "", main = "legend")
legend('bottomright', 'c(x,y)', pch = 1, title = 'bottomright')
legend('bottom', '(x,y)', pch = 1, title = 'bottom')
legend('bottomleft', '(x,y)', pch = 1, title = 'bottomleft')
legend('left', '(x,y)', pch = 1, title = 'bottomleft')
legend('topleft', '(x,y)', pch = 1, title = 'topleft')
legend('top', '(x,y)', pch = 1, title = 'top')
legend('topright', '(x,y)', pch = 1, title = 'topright')
legend('right', '(x,y)', pch = 1, title = 'right')
legend('center', '(x,y)', pch = 1, title = 'center')

legends = c('Legend1', 'Legend2')
legend(3, 8, legend = legends, pch = 1:2, col = 1:2)
legend(7, 8, legend = legends, pch = 1:2, col = 1:2, lty = 1:2)
legend(3, 4, legend = legends, fill = 1:2)
legend(7, 4, legend = legends, fill = 1:2, density = 30)
  • legend(x좌표, y좌표, 표시할범례)

10. boxplot()

  • 상자 그림은 데이터의 분포를 보여주는 그림으로 제1사분위수, 중앙값, 제3사분위수 등을 보여줍니다. 함수는 boxplot() 입니다.
    • iris 데이터의 Sepal.Width 변수에 대한 box-plot 을 출력해본 결과 입니다.
  • boxplot(iris$Sepal.Width)
  • 상자 그림에 표시된 값들을 정확히 확인하려면 boxplot()의 반환 값을 살펴보시면 됩니다. 
    ## $stats
##      [,1]
## [1,]  2.2
## [2,]  2.8
## [3,]  3.0
## [4,]  3.3
## [5,]  4.0
## 
## $n
## [1] 150
## 
## $conf
##          [,1]
## [1,] 2.935497
## [2,] 3.064503
## 
## $out
## [1] 4.4 4.1 4.2 2.0
## 
## $group
## [1] 1 1 1 1
## 
## $names
## [1] "1"
    • 반환 값은 리스트의 형태로 출력되며, $stats에는 (lower whisker, lower hinge, 중앙값, upper hinge, upper whisker)를 포함하고 있고, $out에는 이상점을 표시하고 있습니다.
  • stats
  • stats <- boxplot(iris$Sepal.Width)

11. hist()

  • 데이터의 분포를 알아보는 데 유용한 또 다른 그래프는 히스토그램입니다. 히스토그램을 그리는데 이용되는 함수는 hist() 입니다.
    • iris 데이터의 Sepal.Width 변수에 대한 히스토그램을 출력해본 결과 입니다.
  • hist(iris$Sepal.Width)

 

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