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ggplot2作图详解7（完）：主题（theme）设置
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凡是和数据无关的图形设置内容理论上都可以归为主题类，但考虑到一些内容（如坐标轴）的特殊性，可以允许例外的情况。主题的设置相当繁琐，很容易就占用了 大量的作图时间，应尽量把这些东西简化，把注意力主要放在数据分析上。基于这种考虑，ggplot2主题设置的内容虽然相当多，本文仅在总体上作一简单介 绍。
1 theme函数及其参数让使用者在数据分析阶段能专注于数据而不是图形细节，这是数据可视化分析工具是否合格的标准之一。某些作图软件（或自以为有作图能力的软件）给出的初始图 形简直惨不忍睹，不花时间修改字体、边距、底纹这些东西就恶心得没法继续分析数据。ggplot2做得还可以：即使不做任何设置，多数情况下作出的图形都 还不错，不丑陋也不妖艳，不会分散用户的注意力。这得益于ggplot2的几个预设主题。
ggplot2的四个预设主题我们在前面已经预览过了，下面我们看看主题都包含了哪些东西。这很容易，把ggplot2默认主题的设置函数theme_gray()的代码拿出来看看就知道了：
library(ggplot2) theme_gray # 函数名不加括号，获得函数的代码
## function (base_size = 12, base_family = "")
## {
## theme(line = element_line(colour = "black", size = 0.5, linetype = 1,
## lineend = "butt"), rect = element_rect(fill = "white",
## colour = "black", size = 0.5, linetype = 1), text = element_text(family = base_family,
## face = "plain", colour = "black", size = base_size, hjust = 0.5,
## vjust = 0.5, angle = 0, lineheight = 0.9), axis.text = element_text(size = rel(0.8),
## colour = "grey50"), strip.text = element_text(size = rel(0.8)),
## axis.line = element_blank(), axis.text.x = element_text(vjust = 1),
## axis.text.y = element_text(hjust = 1), axis.ticks = element_line(colour = "grey50"),
## axis.title.x = element_text(), axis.title.y = element_text(angle = 90),
## axis.ticks.length = unit(0.15, "cm"), axis.ticks.margin = unit(0.1,
## "cm"), legend.background = element_rect(colour = NA),
## legend.margin = unit(0.2, "cm"), legend.key = element_rect(fill = "grey95",
## colour = "white"), legend.key.size = unit(1.2, "lines"),
## legend.key.height = NULL, legend.key.width = NULL, legend.text = element_text(size = rel(0.8)),
## legend.text.align = NULL, legend.title = element_text(size = rel(0.8),
## face = "bold", hjust = 0), legend.title.align = NULL,
## legend.position = "right", legend.direction = NULL, legend.justification = "center",
## legend.box = NULL, panel.background = element_rect(fill = "grey90",
## colour = NA), panel.border = element_blank(), panel.grid.major = element_line(colour = "white"),
## panel.grid.minor = element_line(colour = "grey95", size = 0.25),
## panel.margin = unit(0.25, "lines"), strip.background = element_rect(fill = "grey80",
## colour = NA), strip.text.x = element_text(), strip.text.y = element_text(angle = -90),
## plot.background = element_rect(colour = "white"), plot.title = element_text(size = rel(1.2)),
## plot.margin = unit(c(1, 1, 0.5, 0.5), "lines"), complete = TRUE) ## }
##
看穿了吧，没神秘感了。它无非是一个具有两个参数的函数：base_size和base_family。其主题部分直接应用了另外一个函数：theme。它就是ggplot2的主题设置函数。这个theme函数的产生看起来非常简单：
# 函数说明，非运行代码 theme(..., complete = FALSE)
但dotdotdot（···）参数却内涵丰富，它可以设置很多内容。
参数 设置内容 继承自 line 所有线属性 rect 所有矩形区域属性 text 所有文本相关属性 title 所有标题属性 axis.title 坐标轴标题 text axis.title.x x轴属性 axis.title axis.title.y y轴属性 axis.title axis.text 坐标轴刻度标签属性 text axis.text.x 属性和继承和前面类似，不再重复 axis.text.y axis.ticks 坐标轴刻度线 line axis.ticks.x axis.ticks.y axis.ticks.length 刻度线长度 axis.ticks.margin 刻度线和刻度标签之间的间距 axis.line 坐标轴线 line axis.line.x axis.line.y legend.background 图例背景 rect legend.margin 图例边界 legend.key 图例符号 legend.key.size 图例符号大小 legend.key.height 图例符号高度 legend.key.width 图例符号宽度 legend.text 图例文字标签 legend.text.align 图例文字标签对齐方式 0为左齐，1为右齐 legend.title 图例标题 text legend.title.align 图例标题对齐方式 legend.position 图例位置 left, right, bottom, top, 两数字向量 legend.direction 图例排列方向 "horizontal" or "vertical" legend.justification 居中方式 center或两数字向量 legend.box 多图例的排列方式 "horizontal" or "vertical" legend.box.just 多图例居中方式 panel.background 绘图区背景 rect panel.border 绘图区边框 rect panel.margin 分面绘图区之间的边距 panel.grid 绘图区网格线 line panel.grid.major 主网格线 panel.grid.minor 次网格线 panel.grid.major.x panel.grid.major.y panel.grid.minor.x panel.grid.minor.y plot.background 整个图形的背景 plot.title 图形标题 plot.margin 图形边距 top, right, bottom, left strip.background 分面标签背景 rect strip.text 分面标签文本 text strip.text.x strip.text.y
除一些尺寸设置有关的内容外（需要用grid包的unit函数设置），几乎所有元素都在theme函数内使用 element_line，element_rect，element_text和element_blank函数设置，使用方法参考这几个函数的参数说 明即可，这里不再一一举例说明。
text, line, rect和title是最顶层的元素，理论上可以做全局设定，但当前版本ggplot2还没有实现，可以根据情况做一些调整：
x <- LETTERS[1:10] y <- abs(rnorm(10)) (p <- qplot(x = x, y = y, color = x, fill = x,geom = c("line", "point"), group = 1) + labs(title = "The figure title.", xlab ="Factor", ylab = "Value") + theme(text = element_text(color = "red", size = 16), line =element_line(color = "blue"), rect = element_rect(fill = "white"))) p +theme(panel.background = element_rect(fill = "transparent", color = "gray"), legend.key= element_rect(fill = "transparent", color = "transparent"), axis.text =element_text(color = "red"))
全局text和rect设置对部分元素有作用，line基本不起作用。
让使用者在数据分析阶段能专注于数据而不是图形细节，这是数据可视化分析工具是否合格的标准之一。某些作图软件（或自以为有作图能力的软件）给出的初始图 形简直惨不忍睹，不花时间修改字体、边距、底纹这些东西就恶心得没法继续分析数据。ggplot2做得还可以：即使不做任何设置，多数情况下作出的图形都 还不错，不丑陋也不妖艳，不会分散用户的注意力。这得益于ggplot2的几个预设主题。
ggplot2的四个预设主题我们在前面已经预览过了，下面我们看看主题都包含了哪些东西。这很容易，把ggplot2默认主题的设置函数theme_gray()的代码拿出来看看就知道了：
library(ggplot2) theme_gray # 函数名不加括号，获得函数的代码
## function (base_size = 12, base_family = "")
## {
## theme(line = element_line(colour = "black", size = 0.5, linetype = 1,
## lineend = "butt"), rect = element_rect(fill = "white",
## colour = "black", size = 0.5, linetype = 1), text = element_text(family = base_family,
## face = "plain", colour = "black", size = base_size, hjust = 0.5,
## vjust = 0.5, angle = 0, lineheight = 0.9), axis.text = element_text(size = rel(0.8),
## colour = "grey50"), strip.text = element_text(size = rel(0.8)),
## axis.line = element_blank(), axis.text.x = element_text(vjust = 1),
## axis.text.y = element_text(hjust = 1), axis.ticks = element_line(colour = "grey50"),
## axis.title.x = element_text(), axis.title.y = element_text(angle = 90),
## axis.ticks.length = unit(0.15, "cm"), axis.ticks.margin = unit(0.1,
## "cm"), legend.background = element_rect(colour = NA),
## legend.margin = unit(0.2, "cm"), legend.key = element_rect(fill = "grey95",
## colour = "white"), legend.key.size = unit(1.2, "lines"),
## legend.key.height = NULL, legend.key.width = NULL, legend.text = element_text(size = rel(0.8)),
## legend.text.align = NULL, legend.title = element_text(size = rel(0.8),
## face = "bold", hjust = 0), legend.title.align = NULL,
## legend.position = "right", legend.direction = NULL, legend.justification = "center",
## legend.box = NULL, panel.background = element_rect(fill = "grey90",
## colour = NA), panel.border = element_blank(), panel.grid.major = element_line(colour = "white"),
## panel.grid.minor = element_line(colour = "grey95", size = 0.25),
## panel.margin = unit(0.25, "lines"), strip.background = element_rect(fill = "grey80",
## colour = NA), strip.text.x = element_text(), strip.text.y = element_text(angle = -90),
## plot.background = element_rect(colour = "white"), plot.title = element_text(size = rel(1.2)),
## plot.margin = unit(c(1, 1, 0.5, 0.5), "lines"), complete = TRUE) ## }
##
看穿了吧，没神秘感了。它无非是一个具有两个参数的函数：base_size和base_family。其主题部分直接应用了另外一个函数：theme。它就是ggplot2的主题设置函数。这个theme函数的产生看起来非常简单：
# 函数说明，非运行代码 theme(..., complete = FALSE)
但dotdotdot（···）参数却内涵丰富，它可以设置很多内容。
| 参数 | 设置内容 | 继承自 |
| line | 所有线属性 | |
| rect | 所有矩形区域属性 | |
| text | 所有文本相关属性 | |
| title | 所有标题属性 | |
| axis.title | 坐标轴标题 | text |
| axis.title.x | x轴属性 | axis.title |
| axis.title.y | y轴属性 | axis.title |
| axis.text | 坐标轴刻度标签属性 | text |
| axis.text.x | 属性和继承和前面类似，不再重复 | |
| axis.text.y | ||
| axis.ticks | 坐标轴刻度线 | line |
| axis.ticks.x | ||
| axis.ticks.y | ||
| axis.ticks.length | 刻度线长度 | |
| axis.ticks.margin | 刻度线和刻度标签之间的间距 | |
| axis.line | 坐标轴线 | line |
| axis.line.x | ||
| axis.line.y | ||
| legend.background | 图例背景 | rect |
| legend.margin | 图例边界 | |
| legend.key | 图例符号 | |
| legend.key.size | 图例符号大小 | |
| legend.key.height | 图例符号高度 | |
| legend.key.width | 图例符号宽度 | |
| legend.text | 图例文字标签 | |
| legend.text.align | 图例文字标签对齐方式 | 0为左齐，1为右齐 |
| legend.title | 图例标题 | text |
| legend.title.align | 图例标题对齐方式 | |
| legend.position | 图例位置 | left, right, bottom, top, 两数字向量 |
| legend.direction | 图例排列方向 | "horizontal" or "vertical" |
| legend.justification | 居中方式 | center或两数字向量 |
| legend.box | 多图例的排列方式 | "horizontal" or "vertical" |
| legend.box.just | 多图例居中方式 | |
| panel.background | 绘图区背景 | rect |
| panel.border | 绘图区边框 | rect |
| panel.margin | 分面绘图区之间的边距 | |
| panel.grid | 绘图区网格线 | line |
| panel.grid.major | 主网格线 | |
| panel.grid.minor | 次网格线 | |
| panel.grid.major.x | ||
| panel.grid.major.y | ||
| panel.grid.minor.x | ||
| panel.grid.minor.y | ||
| plot.background | 整个图形的背景 | |
| plot.title | 图形标题 | |
| plot.margin | 图形边距 | top, right, bottom, left |
| strip.background | 分面标签背景 | rect |
| strip.text | 分面标签文本 | text |
| strip.text.x | ||
| strip.text.y |
除一些尺寸设置有关的内容外（需要用grid包的unit函数设置），几乎所有元素都在theme函数内使用 element_line，element_rect，element_text和element_blank函数设置，使用方法参考这几个函数的参数说 明即可，这里不再一一举例说明。
text, line, rect和title是最顶层的元素，理论上可以做全局设定，但当前版本ggplot2还没有实现，可以根据情况做一些调整：
x <- LETTERS[1:10] y <- abs(rnorm(10)) (p <- qplot(x = x, y = y, color = x, fill = x,geom = c("line", "point"), group = 1) + labs(title = "The figure title.", xlab ="Factor", ylab = "Value") + theme(text = element_text(color = "red", size = 16), line =element_line(color = "blue"), rect = element_rect(fill = "white"))) p +theme(panel.background = element_rect(fill = "transparent", color = "gray"), legend.key= element_rect(fill = "transparent", color = "transparent"), axis.text =element_text(color = "red"))
全局text和rect设置对部分元素有作用，line基本不起作用。
2 自定义主题图形细节设置虽然繁琐，但是在R中可以相当简单。由于自己使用的或者杂志要求的图形外观一般都很固定，我们可以使用ggplot2的theme函数非常方便地定义自己的图形主题。下面是我自用的一个主题函数，主要作的改动是坐标轴刻度朝向和统一了图形各个区域的背景颜色：
##' A nice-looking ggplot2 theme: inward axis ticks, legend title excluded, and uniform background. ##' @title A nice-looking ggplot2 theme ##' @param ... ##' Parameters passed to theme_classic() function. ##' @param bg ##' Color string (default 'white') for user defined uniform background. ##' @return ##' ggplot2 theme object. ##' @examples ##' library(ggplot2) ##' qplot(x=carat, y=price, color=cut, data=diamonds) + theme_zg() ##' @author ZGUANG ##' @export theme_zg <- function(..., bg='white'){ require(grid)theme_classic(...) + theme(rect=element_rect(fill=bg), plot.margin=unit(rep(0.5,4),'lines'), panel.background=element_rect(fill='transparent', color='black'),panel.border=element_rect(fill='transparent', color='transparent'),panel.grid=element_blank(), axis.title = element_text(color='black', vjust=0.1),axis.ticks.length = unit(-0.4,"lines"), axis.ticks = element_line(color='black'),axis.ticks.margin = unit(0.8,"lines"), legend.title=element_blank(),legend.key=element_rect(fill='transparent', color='transparent')) }
自定义的主题可以编入自己的R语言包中，方便调用。如果觉得你的主题很有代表性，可以发给ggplot2的作者H.W.，让他加到ggplot2的下一个发行版中。比如上面上面函数加入ggplot2后就可以直接调用：
p <- qplot(x = x, y = y, color = x, fill = x, geom = c("line", "point"), group = 1) +labs(title = "The figure title.", xlab = "Factor", ylab = "Value") p + theme_zg() p +theme_zg(base_size = 16, bg = "gray90")
图形细节设置虽然繁琐，但是在R中可以相当简单。由于自己使用的或者杂志要求的图形外观一般都很固定，我们可以使用ggplot2的theme函数非常方便地定义自己的图形主题。下面是我自用的一个主题函数，主要作的改动是坐标轴刻度朝向和统一了图形各个区域的背景颜色：
##' A nice-looking ggplot2 theme: inward axis ticks, legend title excluded, and uniform background. ##' @title A nice-looking ggplot2 theme ##' @param ... ##' Parameters passed to theme_classic() function. ##' @param bg ##' Color string (default 'white') for user defined uniform background. ##' @return ##' ggplot2 theme object. ##' @examples ##' library(ggplot2) ##' qplot(x=carat, y=price, color=cut, data=diamonds) + theme_zg() ##' @author ZGUANG ##' @export theme_zg <- function(..., bg='white'){ require(grid)theme_classic(...) + theme(rect=element_rect(fill=bg), plot.margin=unit(rep(0.5,4),'lines'), panel.background=element_rect(fill='transparent', color='black'),panel.border=element_rect(fill='transparent', color='transparent'),panel.grid=element_blank(), axis.title = element_text(color='black', vjust=0.1),axis.ticks.length = unit(-0.4,"lines"), axis.ticks = element_line(color='black'),axis.ticks.margin = unit(0.8,"lines"), legend.title=element_blank(),legend.key=element_rect(fill='transparent', color='transparent')) }
自定义的主题可以编入自己的R语言包中，方便调用。如果觉得你的主题很有代表性，可以发给ggplot2的作者H.W.，让他加到ggplot2的下一个发行版中。比如上面上面函数加入ggplot2后就可以直接调用：
p <- qplot(x = x, y = y, color = x, fill = x, geom = c("line", "point"), group = 1) +labs(title = "The figure title.", xlab = "Factor", ylab = "Value") p + theme_zg() p +theme_zg(base_size = 16, bg = "gray90")
3 结束语本系列博文到此结束。ggplot2还在完善过程中，一些新功能可能不断会实现，感谢H.W的努力。有一些本应属于主题类的东西不能在theme_set 函数中设置，需要使用特殊的函数，如坐标轴翻转、刻度设置等，在这不再介绍。如果想比较透彻的学习，建议把ggplot2项目从GitHub克隆下来研究 它的代码。更好的方法是研究ggmap和ggbio这两个包，它们的代码本身就是ggplot2应用的最好范例。尤其是ggmap，H.W.是它的作者之 一。
本系列文章的例子基于ggplot2 0.9.3.1版本，如果发现一些代码运行不正确或效果图有变化，应该是版本不同造成。文章后都有sessionInfo信息可参考。
sessionInfo()
## R version 3.0.1 (2013-05-16)
## Platform: x86_64-pc-linux-gnu (64-bit)
## ## locale:
## [1] LC_CTYPE=zh_CN.UTF-8 LC_NUMERIC=C
## [3] LC_TIME=zh_CN.UTF-8 LC_COLLATE=zh_CN.UTF-8
## [5] LC_MONETARY=zh_CN.UTF-8 LC_MESSAGES=zh_CN.UTF-8
## [7] LC_PAPER=C LC_NAME=C
## [9] LC_ADDRESS=C LC_TELEPHONE=C #
# [11] LC_MEASUREMENT=zh_CN.UTF-8 LC_IDENTIFICATION=C
## ## attached base packages:
## [1] grid tcltk stats graphics grDevices utils datasets
## [8] methods base ## ## other attached packages:
## [1] zblog_0.0.1 knitr_1.3.5 ggplot2_0.9.3.1
## ## loaded via a namespace (and not attached):
## [1] colorspace_1.2-2 dichromat_2.0-0 digest_0.6.3
## [4] evaluate_0.4.4 formatR_0.8 gtable_0.1.2
## [7] highr_0.1.2 labeling_0.2 MASS_7.3-27
## [10] munsell_0.4.2 plyr_1.8 proto_0.3-10
## [13] RColorBrewer_1.0-5 reshape2_1.2.2 scales_0.2.3
## [16] stringr_0.6.2 tools_3.0.1
本系列博文到此结束。ggplot2还在完善过程中，一些新功能可能不断会实现，感谢H.W的努力。有一些本应属于主题类的东西不能在theme_set 函数中设置，需要使用特殊的函数，如坐标轴翻转、刻度设置等，在这不再介绍。如果想比较透彻的学习，建议把ggplot2项目从GitHub克隆下来研究 它的代码。更好的方法是研究ggmap和ggbio这两个包，它们的代码本身就是ggplot2应用的最好范例。尤其是ggmap，H.W.是它的作者之 一。
本系列文章的例子基于ggplot2 0.9.3.1版本，如果发现一些代码运行不正确或效果图有变化，应该是版本不同造成。文章后都有sessionInfo信息可参考。
sessionInfo()
## R version 3.0.1 (2013-05-16)
## Platform: x86_64-pc-linux-gnu (64-bit)
## ## locale:
## [1] LC_CTYPE=zh_CN.UTF-8 LC_NUMERIC=C
## [3] LC_TIME=zh_CN.UTF-8 LC_COLLATE=zh_CN.UTF-8
## [5] LC_MONETARY=zh_CN.UTF-8 LC_MESSAGES=zh_CN.UTF-8
## [7] LC_PAPER=C LC_NAME=C
## [9] LC_ADDRESS=C LC_TELEPHONE=C #
# [11] LC_MEASUREMENT=zh_CN.UTF-8 LC_IDENTIFICATION=C
## ## attached base packages:
## [1] grid tcltk stats graphics grDevices utils datasets
## [8] methods base ## ## other attached packages:
## [1] zblog_0.0.1 knitr_1.3.5 ggplot2_0.9.3.1
## ## loaded via a namespace (and not attached):
## [1] colorspace_1.2-2 dichromat_2.0-0 digest_0.6.3
## [4] evaluate_0.4.4 formatR_0.8 gtable_0.1.2
## [7] highr_0.1.2 labeling_0.2 MASS_7.3-27
## [10] munsell_0.4.2 plyr_1.8 proto_0.3-10
## [13] RColorBrewer_1.0-5 reshape2_1.2.2 scales_0.2.3
## [16] stringr_0.6.2 tools_3.0.1
