用R语言绘制y轴不连续的柱形图

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R作图包plotrix提供了不连续y轴（或者称断裂y轴）图形的绘制，原barplot函数的beside参数都不能用，图形也不怎么如意：

library(plotrix)
par(mar=c(3,3,1,1))
par(mgp=c(2,0.5,0))
y1 <- c(75, 130, 4, 3, 5, 10, 100, 1, 150, 110)
y2 <- c(60, 120, 3, 8, 6, 12, 100, 2, 180, 90)
plotrix::gap.barplot(rbind(y1,y2), gap=c(15,50), beside=TRUE, ylab="Level", xlab="Sample")
## Warning: "beside" is not a graphical parameter
## Warning: "beside" is not a graphical parameter
## Warning: "beside" is not a graphical parameter
## Warning: "beside" is not a graphical parameter
## Warning: "beside" is not a graphical parameter

下面是使用自编函数gap.barplot（代码在后面）绘制的图形。函数可以手动设置断点，也可以由函数自动计算。断点位置的符号表示提供了平行线和zigzag两种，并且可设置背景颜色、大小、线型、平行线旋转角度等。参数使用方法请参看函数说明。

datax <- na.omit(airquality)[,1:4]
cols <- terrain.colors(ncol(datax) - 1)
layout(matrix(1:4, ncol=2))
set.seed(0)
for (ndx in 1:4){
    dt <- datax[sample(rownames(datax), 10), ]
    dt <- cbind(dt, dt[, -1]* 0.1)
    par(mar=c(1, 3, 0.5, 0.5))
    brkt <- sample(c('normal', 'zigzag'), 1)
    gap.barplot(dt, y.cols=2:4, sd.cols=5:7, col=cols, brk.type=brkt, max.fold=5, ratio=2, cex.error=0.3)
}

#' 使用R基本绘图函数绘制y轴不连续的柱形图
#'
#' 绘制y轴不连续的柱形图，具有误差线添加功能。断点位置通过btm和top参数设置，如果不设置，函数可自动计算合适的断点位置。
#' @title gap.barplot function
#' @param df 长格式的data.frame，即数据框中每一列为一组绘图数据。
#' @param y.cols 用做柱形图y值的数据列（序号或名称），一列为一组。
#' @param sd.cols 与y值列顺序对应的误差值的数据列（序号或名称）。
#' @param btm 低位断点。如果btm和top均不设置，程序将自动计算和设置断点位置。
#' @param top 高位断点。
#' @param min.range 自动计算断点的阈值：最大值与最小值的最小比值
#' @param max.fold 自动计算断点时最大值与下方数据最大值的最大倍数比
#' @param ratio 断裂后上部与下部y轴长度的比例。
#' @param gap.width y轴断裂位置的相对物理宽度（非坐标轴实际刻度）
#' @param brk.type 断点类型，可设为normal或zigzag
#' @param brk.bg 断点处的背景颜色
#' @param brk.srt 断点标记线旋转角度
#' @param brk.size 断点标记线的大小（长度）
#' @param brk.col 断点标记线的颜色
#' @param brk.lwd 断点标记线的线宽
#' @param cex.error 误差线相对长度，默认为1
#' @param ... 其他传递给R基本绘图函数barplot的参数
#' @return 返回barplot的原始返回值，即柱形图的x坐标
#' @examples
#' datax <- na.omit(airquality)[,1:4]
#' cols <- cm.colors(ncol(datax))
#' layout(matrix(1:6, ncol=2))
#' set.seed(0)
#' for (ndx in 1:6){
#'     dt <- datax[sample(rownames(datax), 10), ]
#'     par(mar=c(0.5,2,0.5,0.5))
#'     brkt <- sample(c('normal', 'zigzag'), 1)
#'     gap.barplot(dt, col=cols, brk.type=brkt, max.fold=5, ratio=2)
#' }
#' @author ZG Zhao
#' @export
gap.barplot <- function(df, y.cols=1:ncol(df), sd.cols=NULL, btm=NULL, top=NULL, min.range=10, max.fold=5, ratio=1, gap.width=1,
                        brk.type='normal', brk.bg='white', brk.srt=135, brk.size=1, brk.col='black', brk.lwd=1, cex.error=1, ...){
    if (missing(df)) stop('No data provided.')
    if (is.numeric(y.cols)) ycol <- y.cols else ycol <- colnames(df)==y.cols
    if (!is.null(sd.cols))
        if (is.numeric(sd.cols)) scol <- sd.cols else scol <- colnames(df)==sd.cols
    ## Arrange data
    opts <- options()
    options(warn=-1)
    y <- t(df[, ycol])
    colnames(y) <- NULL
    if(missing(sd.cols)) sdx <- 0 else sdx <- t(df[, scol])
    sdu <- y + sdx
    sdd <- y - sdx
    ylim <- c(0, max(sdu) * 1.05)
    ## 如果没有设置btm或top，自动计算
    if (is.null(btm) | is.null(top)){
        autox <- .auto.breaks(dt=sdu, min.range=min.range, max.fold=max.fold)
        if (autox$flag){
            btm <- autox$btm
            top <- autox$top
        } else {
            xx <- barplot(y, beside=TRUE, ylim=ylim, ...)
            if (!missing(sd.cols)) errorbar(xx, y, sdu - y, horiz=FALSE, cex=cex.error)
            box()
            return(invisible(xx))
        }
    }
    ## Set up virtual y limits
    halflen <- btm - ylim[1]
    xlen <- halflen * 0.1 * gap.width
    v_tps1 <- btm + xlen        # virtual top positions
    v_tps2 <- v_tps1 + halflen * ratio
    v_ylim <- c(ylim[1], v_tps2)
    r_tps1 <- top               # real top positions
    r_tps2 <- ylim[2]
    ## Rescale data
    lmx <- summary(lm(c(v_tps1, v_tps2)~c(r_tps1, r_tps2)))
    lmx <- lmx$coefficients
    sel1 <- y > top
    sel2 <- y >=btm & y <=top
    y[sel1] <- y[sel1] * lmx[2] + lmx[1]
    y[sel2] <- btm + xlen/2
    sel1 <- sdd > top
    sel2 <- sdd >=btm & sdd <=top
    sdd[sel1] <- sdd[sel1] * lmx[2] + lmx[1]
    sdd[sel2] <- btm + xlen/2
    sel1 <- sdu > top
    sel2 <- sdu >=btm & sdu <=top
    sdu[sel1] <- sdu[sel1] * lmx[2] + lmx[1]
    sdu[sel2] <- btm + xlen/2
    ## bar plot
    xx <- barplot(y, beside=TRUE, ylim=v_ylim, axes = FALSE, names.arg=NULL, ...)
    ## error bars
    if(!missing(sd.cols)) errorbar(xx, y, sdu - y, horiz=FALSE, cex=cex.error)
    ## Real ticks and labels    
    brks1 <- pretty(seq(0, btm, length=10), n=4)
    brks1 <- brks1[brks1 >= 0 & brks1 < btm]
    brks2 <- pretty(seq(top, r_tps2, length=10), n=4)
    brks2 <- brks2[brks2 > top & brks2 <= r_tps2]
    labx <- c(brks1, brks2)
    ## Virtual ticks
    brks <- c(brks1, brks2 * lmx[2] + lmx[1])
    axis(2, at=brks, labels=labx)
    box()
    ## break marks
    pos <- par("usr")
    xyratio <- (pos[2] - pos[1])/(pos[4] - pos[3])
    xlen <- (pos[2] - pos[1])/50 * brk.size
    px1 <- pos[1] - xlen
    px2 <- pos[1] + xlen
    px3 <- pos[2] - xlen
    px4 <- pos[2] + xlen
    py1 <- btm
    py2 <- v_tps1
    rect(px1, py1, px4, py2, col=brk.bg, xpd=TRUE, border=brk.bg)
    x1 <- c(px1, px1, px3, px3)
    x2 <- c(px2, px2, px4, px4)
    y1 <- c(py1, py2, py1, py2)
    y2 <- c(py1, py2, py1, py2)
    px <- .xy.adjust(x1, x2, y1, y2, xlen, xyratio, angle=brk.srt*pi/90)
    if (brk.type=='zigzag'){
        x1 <- c(x1, px1, px3)
        x2 <- c(x2, px2, px4)
        if (brk.srt > 90){
            y1 <- c(y1, py2, py2)
            y2 <- c(y2, py1, py1)
        } else {
            y1 <- c(y1, py1, py1)
            y2 <- c(y2, py2, py2)
        }
    }
    if (brk.type=='zigzag') {
        px$x1 <- c(pos[1], px2, px1, pos[2], px4, px3)
        px$x2 <- c(px2, px1, pos[1], px4, px3, pos[2])
        mm <- (v_tps1 - btm)/3
        px$y1 <- rep(c(v_tps1, v_tps1 - mm, v_tps1 - 2 * mm), 2)
        px$y2 <- rep(c(v_tps1 - mm, v_tps1 - 2 * mm, btm), 2)
    }
    par(xpd=TRUE)
    segments(px$x1, px$y1, px$x2, px$y2, lty=1, col=brk.col, lwd=brk.lwd)
    options(opts)
    par(xpd=FALSE)
    invisible(xx)
}
## 绘制误差线的函数
errorbar <- function(x, y, sd.lwr, sd.upr, horiz=FALSE, cex=1, ...)
{
    if(missing(sd.lwr) & missing(sd.upr)) return(NULL)
    if(missing(sd.upr)) sd.upr <- sd.lwr
    if(missing(sd.lwr)) sd.lwr <- sd.upr
    if(!horiz){
        arrows(x, y, y1=y-sd.lwr, length=0.1*cex, angle=90, ...)
        arrows(x, y, y1=y+sd.upr, length=0.1*cex, angle=90, ...)
    } else{
        arrows(y, x, x1=y-sd.lwr, length=0.1*cex, angle=90, ...)
        arrows(y, x, x1=y+sd.upr, length=0.1*cex, angle=90, ...)
    }
}
.xy.adjust <- function(x1, x2, y1, y2, xlen, xyratio, angle){
    xx1 <- x1 - xlen * cos(angle)
    yy1 <- y1 + xlen * sin(angle)/xyratio
    xx2 <- x2 + xlen * cos(angle)
    yy2 <- y2 - xlen * sin(angle)/xyratio
    return(list(x1=xx1, x2=xx2, y1=yy1, y2=yy2))
}
## 自动计算断点位置的函数
.auto.breaks <- function(dt, min.range, max.fold){
    datax <- sort(as.vector(dt))
    flags <- FALSE
    btm <- top <- NULL
    if (max(datax)/min(datax) < min.range) return(list(flag=flags, btm=btm, top=top))
    m <- max(datax)
    btm <- datax[2]
    i <- 3
    while(m/datax[i] > max.fold){
        btm <- datax[i]
        flags <- TRUE
        i <- i + 1
    }
    if (flags) {
        btm <- btm + 0.05 * btm
        x <- 2
        top <- datax[i] * (x - 1)/x
        while (top < btm) {
            x <- x + 1
            top <- datax[i] * (x - 1)/x
            if (x > 100) {
                flags <- FALSE
                break
            }
        }
    }
    return(list(flag=flags, btm=btm, top=top))
}

原文来自：http://blog.csdn.net/u014801157/article/details/24372371

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