【R】１枚の図に複数種類のグラフをプロットする方法

この記事ではRのggplotで作った複数の図を1枚の図にまとめる方法を紹介します。

イメージ

複数のグラフを1枚にプロットするイメージは以下の通りです。patchworkパッケージを呼び出しておけば、ggplotで作成したグラフを足し算で繋いでいくだけでグラフを組み合わせていくことができます。

基本的には 作成したグラフを変数に格納して足し合わせるだけ

レイアウト

patchworkを使ったレイアウト方法について紹介します。レイアウトを設定する方法は２つあり、１つは plot_layout()関数を使う方法で、もう１つはレイアウトのショートカットとして 「|」や「/」を使う方法です。ここからそれぞれの方法について紹介していきます。

plot_lauyout()でレイアウトを設定

まず王道のレイアウト設定方法は plot_layout()関数を使う方法です。この関数はこの後紹介するショートカット「|」や「/」を使う場合はうまく動作しないことがあります。なのでプロットを「＋」で繋いだ後に plot_layout()を呼び出してください。設定できる項目は以下の通りです。

「|」や「/」でレイアウトを設定

「+」で並べ方を指定せずに図を繋げるのではなく、並べ方を指定しながら図を繋げていくことも出来ます。図の追加/結合に使える演算子は以下の通りです。

記号をうまく使えばplot_layout()を使わず簡潔にレイアウト可能

具体例

ここからは具体的な使い方を紹介していきます。

2枚のグラフを１つにまとめる

まずは基本的な使い方として２つのグラフを1枚にまとめる方法を紹介します。

# 必要なパッケージを準備
library(tidyverse)
library(patchwork)

# 1つ目(左側)のプロットを作成
p1 = midwest %>% 
  ggplot(aes(x = state, y = area, fill = state)) +
  geom_boxplot()

# 2つ目(右側)のプロットを作成
p2 = midwest %>% 
  ggplot(aes(x = perchsd, y = percelderlypoverty, color = state, group = state)) +
  geom_smooth(method = "gam", se = FALSE, fullrange = FALSE, alpha = .3) +
  geom_point(alpha = .6) 

# ２つのプロットを組み合わせる
p1 + p2

単純に組み合わせる時は 「+」で足し合わせるだけで良い

凡例を1つにまとめる

せっかく複数グラフを1枚にまとめるなら、各グラフの凡例を1か所にまとめたいところです。patchwork の plot_layout()関数で guides = "collect" を指定することでで1か所にまとめるかどうかを指定することができます。

# パッケージ
library(tidyverse)
library(patchwork)

# １つめのヒストグラム
histogram1 = midwest %>% 
  ggplot(aes(x = perchsd, fill = state)) + 
  geom_histogram(color = "black")

# ２つめのヒストグラム
histogram2 = midwest %>% 
  ggplot(aes(x = percelderlypoverty, fill = state)) + 
  geom_histogram(color = "black") 

# 組み合わせる
histogram1 + histogram2 + 
  plot_layout(guides = "collect", ncol = 1)　# 凡例を１つにまとめて1列で表示

凡例をまとめるときは plot_layout(guides = "collect")を指定する

散布図にヒストグラムを重ねる

複数グラフを1枚にまとめる際よくあるのが散布図とヒストグラムを組み合わせるケースです。散布図で2変数の関連を視覚化し、ヒストグラムで各変数の分布も確認できます。

この場合は綺麗に並べるために右上に空白のスペースを入れ、右下のヒストグラムを90°回転させる必要があります。空白のスペースを入れる時は、plot_spacer()を使います。またグラフを回転させるときは coord_flip() を使います。また今回のケースでは縦横２×２のグラフ配置にしますが、散布図が位置する左側の２つの図の横幅を増やし、下側の２つの縦幅を増やして見た目を整えると良い感じに仕上がります。

# 必要なパッケージを準備
library(tidyverse)
library(patchwork)

# 散布図作成
scatter = midwest %>% 
  ggplot(aes(x = perchsd, y = percelderlypoverty, color = state, group = state)) +
  geom_smooth(method = "gam", se = FALSE, fullrange = FALSE, alpha = .3) +
  geom_point(alpha = .6) 

# perchsdのヒストグラム作成
histogram1 = midwest %>% 
  ggplot(aes(x = perchsd, fill = state)) + 
  geom_histogram(color = "black")

# percelderlypovertyのヒストグラム作成
histogram2 = midwest %>% 
  ggplot(aes(x = percelderlypoverty, fill = state)) + 
  geom_histogram(color = "black") + 
  theme(axis.title.y = element_blank()) + 
  coord_flip() # 図を90°回転させる

# グラフを組み合わせてレイアウトを整える
histogram1 + plot_spacer() + scatter + histogram2 + 
  plot_layout(guides = "collect", widths = c(3, 1), heights = c(1, 3)) # 縦横比を設定し凡例をまとめる

右上にスペースを入れ、右下のヒストグラムを90°回転させるのがポイント

グラフの中にグラフを描く

グラフどうしを隣接させるだけでなく、グラフの中に他のグラフを表示させることもできます。

グラフの中にグラフを描くときは patchworkパッケージの inset_element()関数を使います。inset_element()関数の中で、表示したいグラフを指定し、表示する位置を top、right、bottom、leftで指定します。

位置の設定は１に設定すると幅いっぱいに表示します。そのため右端にあわせて表示するときはright を1に設定します。

# パッケージ
library(tidyverse)
library(patchwork)

# 散布図
scatter = midwest %>% 
  ggplot(aes(x = perchsd, y = percelderlypoverty, color = state, group = state)) +
  geom_smooth(method = "gam", se = FALSE, fullrange = FALSE, alpha = .3) +
  geom_point(alpha = .6) + 
  guides(color = FALSE) # 凡例を表示しない

# ヒストグラム
histogram = midwest %>% 
  ggplot(aes(x = perchsd, fill = state)) + 
  geom_histogram(color = "black") + 
  guides(fill = FALSE) # 凡例を表示しない
  
# 散布図の中にヒストグラムを表示
scatter + 
  inset_element(histogram, left = 0.6, bottom = 0.6, right = 1, top = 1)

グラフの中にグラフを描くときは inset_element()関数を使う