Chap6　グラフの作成

コンテンツ

6.1 はじめに

S-PLUSでは２つのグラフシステムを用意している。１つはＧＵＩを用いるオブジェクト指向グラフで、もう１つは コマンドラインを用いる関数グラフ( 関数グラフの作成 )である。前者がプロット・パレートを用いて、簡単にグラフを作成できるというメリットがある。2D、3Dグラフのプロット・パレートを表示させるには、S-PLUSのメインツールバーにある、2Dプロット、3Dプロットボタンをクリックする。

図6.1

S-PLUSでは、多様な2D,3Dグラフが作成できる。これから、幾つか基本の2Dグラフの作成方法を説明していく。

図6.2

6.2 2Dグラフ

散布図

作成手順：

Step1: データシートを開く

Step2: Ctrlを押しながら、変数に列を選ぶ。ここで、注意するのは、Ｓ−ＰＬＵＳが最初選ばれた変数の列がx軸、次に選ばれた変数の列をy軸として認識すること。

図6.3

Step3: 2Dプロットパレットにある、散布図のボタンをクリックする。

図6.4

散布図が表示される

図6.5

棒グラフ

作成手順

Step1:　データシートを開く

Step2:　散布図と同様に変数の列を選ぶ。ただ、x軸の変数のタイプが“character”であることを確認してください。

図6.6

Step3:　2Dプロットパレットにある、棒グラフのボタンをクリックする。

図6.7

棒グラフが表示される

図6.8

x軸ではスペースが少ないので、ラベルが2行に並べられた。見栄えをよくするには：

Step1:　ラベルをダブルクリックし、X Axis labelsダイアログを立ち上げる。

Step2:　FontタブでRotation（回転角）を45に変更する。

図6.9

ラベルが見やすくなった。

図6.10

積上げ棒グラフ

作成手順

Step1:　データシートを開く

Step2:　Ctrlを押しながら、変数を選ぶ。

図6.11

Step3:　2Dプロットパレットにある、ヒストグラムのボタンをクリックする。

図6.12

積上げ棒グラフが表示される。

図6.13

凡例をを作りたいなら、ツールバーの凡例自動生成ボタンをクリックすればいい。

図6.14

グラフに凡例が追加された。

図6.15

ヒストグラム

作成手順

Step1:　データシートを開く

Step2:　データを選ぶ

図6.16

Step3:　2Dプロットパレットにある、ヒストグラムのボタンをクリックする。

図6.17

ヒストグラムが表示される。

図6.18

より細かい区間で表示したいなら、

Step1:　グラフをダブルクリックし、Histogram/Density[1]ダイアログを立ち上げる。

Step2:　Data to PlotタブでNumber of Barsを50に変更する。

図6.19

変更後のヒストグラム

図6.20

箱ひげ図

ヒストグラム用のデータを用いて、作成手順が以下のようになる。

Step1:　データを選ぶ

図6.21

Step2:　2Dプロットパレットにある、箱ひげ図のボタンをクリックする。

図6.22

箱ひげ図が表示される。

図6.23

円グラフ

作成手順

Step1:　データシートを開く

Step2:　数値のデータを選ぶ

図6.24

Step3:　2Dプロットパレットにある、円グラフのボタンをクリックする。

図6.25

円グラフが表示される。

図6.26

ここで、数値ではなくそれぞれにあたる品種名とパーセントを表示したい場合：

Step1: グラフをダブルクリックし、Pie chart[1]ダイアログを立ち上げて、Date to Plotタブのy Columnsを“製品種類”に指定する。そして、Applyをクリックする。

図6.27

Step2: 同じPie chart[1]ダイアログで、LabelsタブにあるLabel2のTypeを“percent”に指定する。そして、Applyをクリックする。

図6.28

ラベルが製品種類とパーセント表示に変更された。

図6.29

6.3 関数グラフの作成

S言語でグラフを作成するには，作図機械とグラフ関数が必要となる．

• 作図機械：グラフの出力先(装置)．例えば，グラフをPDFファイルに出力するには pdf( ) 関数を用いる．
  
• グラフ関数：何らかのグラフを描く関数である．例えば，ヒストグラムを描くのは hist( ) 関数用いる．
  

作図機器の指定

グラフを作成する前に，あらかじめ作成機器の指定が行われる．Sでは，いろいろな作図機器が用意されているが， 通常S-PLUSを起動してからのディフォルト設定が graphsheet( ) で，ユーザが特に意識しなくてもよい．このディフォルト設定が， 新たに作図機器を設定しない限りずっと有効である．現在の作図機器が何かと分からないとき， dev.cur( ) で調べることができ る．また，直接に別の装置にグラフを出力したい場合では，対象とする作図機器関数を用いて作図機器を出力可能状態に設 定すればいい．ただ単に現在の作図機器を止めたい時は， graphics.off( ) を実行する．

グラフをＰＤＦファイルに出力する場合：

> pdf.graph(file="test.pdf", color=T)     #pdfの作図機器を指定，ファイル"test.pdf"
                                にカラーグラフを出力する
> pie(rep(1, 10))                    #　円グラフを描く
> graphics.off( )                    #　pdf　ディバスを止める
> dev.cur()                          #　現在の作図機器を表示する 
 null device 
           1            

図6.30

グラフ関数

グラフ関数は，次の２つの種類に分かれる：

• 高水準作図関数：一枚完成される図表を描くグラフ関数である．例えば，hist( ) でヒストグラムを作成することができる ．高水準作図関数で作図するとき，それまでのグラフが消去され，新しいグラフが作成される．
  
• 低水準作図関数：既存のグラフに点，線，タイトルなどを追加するのに用いら，図の1部 を描く．例えば，関数 title( ) で既存のグラフにタイトルを追加することができる
  

２種類のグラフ関数の組み合わせによって，多様なグラフを作りだすことができるのはS言語でグラフ作成の特徴とも言 える．グラフ関数はまた，グラフ・パラメータと呼ばれる特別名引数を共有しており，文字の大きさ，線分の形式など，図の細部 を変更できる．

6.4 高水準作図関数

散布図

散布図を作成するには，最もよく使われる高水準作図関数plot()を用いる．

> x = rnorm(50) 　
> y = rnorm(50) 　
> plot(x, y, type="p")                           #引数type="p"で点としてプロットする．
> title("figure 1"，xlab="x axis", ylab="y aixs") #タイトル, x軸,y軸ラベルを追加する．
                

図6.31

上の例でタイトル,x軸,y軸ラベルを指定するには低水準作図関数 title( ) を用いた． 点の代わりに，線分で順に結んだプロットをするには，引数typeの値を"ｌ"に設定すればよい．

> u = seq(0, 4*pi, by=0.05)                #0から4πまでの数列を0.05おきに作る．　
> y = sin(u) 　
> plot(u, y, type="l")　                   #引数type="l"で線で結ぶ．
> title("figure 2",xlab="u", ylab="sin") 
                

図6.32

2組以上のデータセットを1つの散布図に重ねて描くのはmatplot()を用いる．

> 行数=6  　
> 列数=2
> x=matrix(3,行数，列数)
> x=col(x)                               #col()で行列xの要素を列番号で埋める．
> y=matrix(1:12,行数，列数) 　
> matplot(x,y)         
                

図6.33

ヒストグラム

1次元データの分布を調べるのは，hist()を用いてヒストグラムを描くことができる．

> サイコロの目 = sample(1:6, size=1000, rep=T) #sample()で数列をランダムに並び替え, サイコロの結果を作る．
> hist(サイコロの目, breaks=c(0:6))
                

図6.34

低水準作図関数lines()を用いると，既存のプロットに線分を追加することができる． 正規分布に従う乱数のヒストグラムと正規分布の密度関数を1つのグラフに描くには：

> x = rnorm(200)
> hist(x, xlim=c(-6,6), ylim=c(0,0.4),prob=T) 　#引数xlim=,ylim=でx軸とy軸の範囲を設定する．
> u = seq(-4, 4, by=0.05)　　　　　　　　　　　　
> lines(u, dnorm(u)) 　　　　　　#dnorm()で標準正規分布の確率密度関数の値を返す．
                

図6.35

QQプロット

2組のデータが同じ分布に従っているかを視覚的に検証するためのQQプロットをqqplot(x, y )で作成することができる．2組の分布が位置と尺度は別として，類似しているならば図はだいたい直線 となる．

>x = rexp(1000)　　　　　 #指数分布を発生する
>y = rnorm(1000)　　　　　#正規分布を発生する
> qqplot(x, y) 
                

図6.36

箱ひげ図

QQプロットに対して，3組以上のデータの分布を比べる際に，boxplot()で箱ひげ図を描くのは便利である．

> x = rnorm(100)
> y = ruinf(100)
> z = rexp(100)
>boxplot(x, y, z)
                

図6.37

時系列グラフ

plot()に引数を1つのベクトルだけ与えれば，ベクトルが時系列データとみなされ，縦軸をベクトルの要素と する時系列プロットが描かれる．ただ，複数の時系列データを1つのグラフに重ね描きたいとき，tsplot()を用いる．

>x=(1:20)
>tsplot(con(x),sin(x)) 
                

図6.38

多変量データの散布図

2次元のグラフで多変量データを表す1つの方法として，pairs() を使うことができる．

>pairs(iris[,,1])
                

図6.39

6.5 グラフ・パラメータ

グラフ・パラメータは，グラフの見栄えをさまざまな観点から調整する．その指定の仕方に 2通りある：

• グラフ関数の引数として設定する．この設定がそのグラフ関数の実行中だけ有効で， 終了すればもとの値に戻る．
• 関数parを用いて設定する．この設定はすべてのグラフに有効である．再び関数parで 別の値を指定するか，グラフシートを閉じるまで変わらない．

>x = runif(10)
>y = runif(10)
>z = runif(10)
>par(csi = 0.20) 
>plot(x, y, csi=0.50)
>points(x, z)#0.20でインチでプロットされる．
                

図6.40

グラフ・パラメータ自体もまた，次のように2通りに分かれる．

• 線の形式，色，線の幅，座標系など作図実体の基本的な特性．
• 複数の作図関数を，外部から共通に制御する諸特性．目盛りの位置を決定する算法，図形を 囲む余白の大きさ，図形領域の縦横比などである．

関数parを引数なしで実行すると，グラフ・バラメータの現在値を知ることができる． ここで，最もよく使われるパラメータについて説明する．

テキストとシンボル

• csi = インチ単位での文字の大きさ
• cex = 文字の拡大率
• crt = テキストを回転する角度
• adj = テキストの位置を指定する
• pch = プロットシンボル
• mkh = インチ単位でのシンボルの高さ
• col = 色
• lty = 線の種類，直線，点線，破線など
• lwd = 線の幅

軸

• bty = 箱の種類
• exp = 指数ラベルの定義
• lab = 細かい目盛り
• las = ラベルの回転
• log = プロットシンボル
• lpq = インチ単位でのシンボルの高さ
• tck = 色

グラフの軸と軸ラベルは関数axisを用いて作成することができる．

>x = runif(50)
>y = runif(50)
>plot(x, y, axes = F)　# 軸を描かない
>axis(side=1)　# １は下側，２は左側，３は上側，４は右側  
>axis(side=2, pos=0)  # 軸yの座標を指定する
                

図6.41

上の例では，まず軸なしでプロットし，それから関数axisで軸を描く． 引数sideは軸を付ける位置を指定する．引数posは軸x，yの座標を指定する．

グラフマージン

1枚のグラフは，グラフの領域，4つのマージンで囲まれる作図領域から構成される． パラメータmaiをインチ単位で指定し，4つのマージンを設定する．

>x = runif(50)
>y = runif(50)
>par(mai = c(1, 2, 3, 4))
>plot(x, y)
                

図6.42

複数のグラフ

複数のグラフを1つのグラフシートに作成するには，パラメータmfrowまたはmfcolを用いる． パラメータmfrowは行ごとに，mfcolは列ごとに作図する．

>par(mfrow = c(2, 3))
>plot(x)
>hist(x)
>boxplot(x)
>boxplot(y)
>hist(y)
>plot(y)
                

図6.43