Gráficos em R uma breve introdução

Transcrição

1 Gráfico em R uma bree introdução Conceição Amado e Ana M. Pire Departamento de Matemática e CEMAT, IST, UTL, Liboa {camado,apire}@math.it.utl.pt O R permite obter muito tipo de gráfico, quer uando funçõe pré-definida, tai como a funçõe gráfica tradicionai plot(), hit() e barplot(), quer criando noa funçõe. Coloque-e no epaço de trabalho do R o dado ConumoCar.data 1 e aplique-e a função attach (com eta função a informação relatia a ete dado fica diponíel no epaço corrente de trabalho). Como exemplo, aplique-e a função plot() para criar um diagrama de diperão (ou gráfico de ponto). Uma janela gráfica do R (R Graphic Deice ou RGD) abre para e iualizar o gráfico. 2 >car<-read.table( ep ="\t",header=true) #leitura do dado uando ligação internet >attach(car) >plot(deloc.,combutíel) Combutíel Deloc. Figura 1: Exemplo de um diagrama de diperão uando a função plot(). O reultado que é apreentado na Figura 1 permite contatar que, por defeito, o tipo de gráfico é apena de ponto. Ma como argumento da função plot() pode er ecolhido outro tipo, por exemplo, linha (type="l"), aparência de hitograma (type= h ) ou em ecada (type=" ), etc. Também o eixo, ecala, título, ímbolo a deenhar e core podem er ecolhido uando o parâmetro pch=, col=, lty=, ylab=, etc., na funçõe gráfica, como erá ilutrado mai adiante. Para decrição detalhada de todo o parâmetro gráfico eja-e a função par(). A core 1 Diponíei em 2 Neta expoição uou-e a erão do R.

2 (epecificada uando o parâmetro col=) dependem do mapa de core do dipoitio gráfico da máquina. Para iualizar o nome da core diponíei em R faça-e: > color() # Inglê americano ou > colour() # Inglê britânico Para mai detalhe obre a core no R conultar, por exemplo: Diagrama de ponto ou diagrama de diperão permite comparar doi ou mai conjunto de dado quantitatio deenhando um número finito de ponto (oberaçõe) num epaço definido por dua ecala, o eixo x e y, repectiamente. Ete gráfico podem er contruído de diera forma em R, a forma mai imple é a que foi apreentada no início uando a função plot(). O gráfico da Figura 1 pode também er contruído uando a função catterplot() da biblioteca car. Eta função é mai completa podendo motrar ainda linha de ajutamento, diagrama marginai em caixa e outra caracterítica. > library(car) > catterplot(deloc.,combutíel) Combutíel Deloc. Figura 2: Exemplo de um diagrama de diperão uando a função catterplot(). Diagrama circulare ão muita eze uado para motrar a proporçõe relatia do diferente alore de um conjunto de dado (mai epecificamente, a frequência do níei de uma ariáel categórica). Por exemplo, a informação obre o número de mandato que o ário partido político obtieram na Eleiçõe Legilatia de 2009 em Portugal, pode motrar-e num gráfico circular. O código R poderá er:

3 > ele09<read.table(" ep = "\t",header=true) > attach(ele09) > Mand09<-na.exclude(ele09$Mandato[ele09[,3]>0]) #exclui partido em mandato > Part09<- na.exclude(ele09$partido[ele09[,3]>0]) #exclui partido em mandato > label09<-printf("% (%d)", Part09, Mand09) > pie(mand09, col=c("deeppink","orange","blue","black","red"), label=label09, main="reultado Eleiçõe Legilatia 2009\n(Mandato por Partido)") Reultado Eleiçõe Legilatia 2009 (Mandato por Partido) PS (96) PCP-PEV (15) PPD/PSD (78) B.E. (16) CDS-PP (21) Figura 3 : Exemplo de um diagrama circular. Contrua-e agora ete gráfico em 3D: > library(plotrix) > pie3d(mand, col=c("deeppink","orange","blue","black","red"),label= label09, main="reultado Eleiçõe Legilatia 2009\n(Mandato por Partido)",explode=0.1) Reultado Eleiçõe Legilatia 2009 (Mandato por Partido) PS (96) PCP-PEV (15 PPD/PSD (78) CDS-PP (21) B.E. (16) Figura 4: Diagrama circular em 3D.

4 Apear de ete gráfico erem populare no media, o diagrama circulare não ão muito populare entre o etatítico. Conultando a página de ajuda do R do comando pie() fazendo, por exemplo,?pie, exite a eguinte chamada de atenção na ecção "Note": "Pie chart are a ery bad way of diplaying information. The eye i good at judging linear meaure and bad at judging relatie area. A bar chart or dot chart i a preferable way of diplaying thi type of data." Diagrama de barra é outra forma de repreentar ete dado. A barra podem etar orientada na horizontal ou ertical. O comando barplot()difere ligeiramente do pie. A principal diferença reide no uo de name.arg em ez do label para repreentar o níei da ariáel. (Notar que em muito cao é neceário conerter a ariáel para tipo character, cao contrário erá tratada como factor). O principal problema com o gráfico de barra é a iualização de nome do níei da ariáei, poi podem er demaiado exteno e então o R omite-o. Exitem ária oluçõe para reoler ete problema, a mai imple é diminuir o tamanho da fonte da letra uando o comando cex.name, o qual fixa o tamanho da fonte. No gráfico preente diminuiu-e para 80% (0.8) o tamanho que etá por defeito. >barplot(mandato[-c(17,18,19,20)], col=c("deeppink","orange","blue","black","red"), name.arg = Partido[-c(17,18,19,20)], main="reultado Eleiçõe Legilatia 2009\n(Mandato por Partido)") > barplot(mandato[-c(17,18,19,20)], col=c("deeppink","orange","blue","black","red"), name.arg =Partido[-c(17,18,19,20)], main="reultado Eleiçõe Legilatia 2009\n(Mandato por Partido)", cex.name=0.8,xlab="partido", ylab="número de Mandato",ylim= c(0,100)) Eta última intrução produz o eguinte gráfico: Número de Mandato Reultado Eleiçõe Legilatia 2009 (Mandato por Partido) PS PPD/PSD CDS-PP B.E. PCP-PEV MEP PND MMS PPM P.N.R. MPT-P.H. PPV POUS PTP MPT Partido Figura 5: Exemplo de diagrama de barra.

5 Conidere agora que e pretende comparar o reultado da eleiçõe de 2005 com a de 2009, em termo de mandato, para partido que coneguiram algum mandato. O código apreenta-e de eguida e o gráfico encontra-e na Figura 6. > ele05<read.table(" ep = "\t",header=true) > Mand05<-na.exclude(ele05$Mandato[ele05[,3]>0]) #exclui partido em mandato > Mand_0509<-rbind(Mand09,Mand05) > barplot(mand_0509,col=c("deeppink","deeppink","orange","orange","blue", "blue","black","black","red","red"),denity=c(150,50),name.arg =Part09, main="reultado Eleiçõe Legilatia 2009 e 2005\n(Mandato por Partido)", beide=true) > legend(12.5, 115, c("2009","2005"), denity=c(150,50), fill=c("gray","gray")) #adiciona uma legenda ao gráfico > grid(3,3) #adiciona uma grelha > grid(5,5) #adiciona mai uma grelha Número de Mandato Reultado Eleiçõe Legilatia 2009 e 2005 (Mandato por Partido) PS PPD/PSD CDS-PP B.E. PCP-PEV Partido Figura 6: Diagrama de barra múltiplo. Ete código (deidamente modificado) permite contruir hitograma múltiplo. Hitograma: o Teorema do Limite Central (TLC) é muita eze ilutrado uando a oma de ariáei aleatória com ditribuição aimétrica, motrando que ea oma conerge para uma ditribuição imétrica (a normal) à medida que o número de ariáei da oma aumenta. Contrua-e a função eguinte:

6 SimulSomaExp<-function(n,ob=10000){ mu<-1 ig<-1 tete<-matrix(0,ob,n) x<-eq(-4,4,0.01) for (j in 1:n) { tete[,j]<-rexp(ob,1) re<-apply(tete,1,um) rest<-(re-j*mu)/(ig*qrt(j)) hit(rest,prob=true,xlim=c(-4,4),ylim=c(0,0.4), xlab="soma St.",ylab="Denidade",main="",col="lightgrey") title(main="simulação da oma de n a. Exp(1)",line=3) title(ub=pate("n =",j,"ob. =",ob),line=-24,cex.ub=1.0,font.ub=2) line(x,dnorm(x),col=2,lwd=2) if (interactie()) {cat("\ncarregue em <Return> para continuar: ") readline()} } } > SimulSomaExp(20) #executar a função com a oma de 1 a 20 ariáei com ditribuição exponencial Simulação da oma de n a. Exp(1) n = 2 Ob. = Simulação da oma de n a. Exp(1) n = 20 Ob. = Denidade Denidade Soma St Soma St. Figura 7: Hitograma relatio a oberaçõe e denidade da ditribuição normal para ilutração do TLC. Diagrama de caixa, boxplot ou caixa de Tukey: é um gráfico imple que é contruído com apena 5 ponto ma que poui muita informação. Motra de uma forma clara a ditribuição do dado e a ua principai caracterítica (imetria, cauda, ). Permite comparar a ditribuição de ário conjunto de dado em imultâneo. Como exemplo contrua-e o diagrama de caixa para dado imulado de uma ditribuição normal de alor médio 10 e ariância 10 e para uma ariáel exponencial de alor médio 5, er Figura 8. > norm<-rnorm(10000,10,qrt(10)) > exp5<-rexp(10000,1/5) >boxplot(cbind(norm,exp5),name=c("normal","exponencial"),col=c("lightbl ue","blue"))

7 Normal Exponencial Figura 8: Exemplo de diagrama de caixa. Acrecentar informação a um gráfico: contrua-e o objecto car.ajute reultado da análie de regreão linear e tendo a janela do gráfico da Figura 1 aberta faça-e: > car.ajute<-lm(combutíel~deloc.) > abline(car.ajute$coef,lty=4) > plot(deloc., Combutíel,pch=3) > line(deloc., fitted(car.ajute), col=6) Combutíel Deloc. Figura 9: Exemplo da aplicação de ária funçõe e opçõe gráfica do R. Vário exemplo podem er dado, um outro, é a utilização da função point(), eta permite adicionar ponto a um gráfico em branco (onde o eixo e ecala etão já preente) ou a um gráfico já deenhado, fazendo: > plot(deloc., Combutíel,type="n") > point(deloc., Combutíel, col="green", pch=8)

8 A funçõe line(), point(), abline(), e text(), como ilutrado acima, ão funçõe que permitem uar e modificar ária caracterítica a um gráfico exitente. Para obter múltiplo gráfico numa mema janela deem er uada a funçõe mfrow() ou mfcol(). O eguinte exemplo ilutram a utilização de mfrow() e o reultado apreenta-e na Figura 10. > par(mfrow=c(2,2), mar=rep(4,4)) > plot(deloc., Combutíel, col=2, pch=4) > line(deloc., car.ajute $fitted, col=5, lty=4) > qqnorm(car.ajute $re, col=6,xlab="quanti teórico",ylab="quanti empírico") > boxplot(car.ajute $re, ylab="reíduo") > hit(car.ajute $re, xlab="reíduo",ylab=frequência, main="hitograma do Reíduo") Normal Q-Q Plot Combutíel Quanti empírico Deloc Quanti teórico Hitograma do Reíduo Reíduo Frequência Reíduo Figura 10: Exemplo de ário gráfico numa página. Dado multiariado: para iualização de dado multiariado podem uar-e funçõe do R que permitem contruir matrize de gráfico (catterplot, matplot), gráfico de etrela (tar plot) gráfico de face (Chernoff' face). Para contruir um catterplot matrix bata fazer o comando > iri.pt<-iri > name(iri.pt)<-c("comprim.sépala", "Largura.Sépala", "Comprim.Pétala", "Largura.Pépala", "Epécie" ) > pair(iri.pt[1:4], main = "Dado Iri de Anderon",pch = 21, bg = c("darkorange", "darkoliegreen2", "darkorchid1")[uncla(iri.pt$epécie)]) urgindo o gráfico ilutrado à equerda na Figura 11. Ete tipo de gráfico apreenta o diagrama de diperão entre todo o pare de ariáei num conjunto de dado

9 multiariado. Na Figura 11, à direita, encontra-e um gráfico emelhante ma onde e iualiza o hitograma aociado à oberaçõe de cada ariáel, o código R que o gerou é o eguinte: fun.hit <- function(x,...) { ur <- par("ur"); on.exit(par(ur)) par(ur = c(ur[1:2], 0, 1.5) ) h <- hit(x, plot = FALSE) break <- h$break; nb <- length(break) y <- h$count; y <- y/max(y) rect(break[-nb], 0, break[-1], y, col="yellow1",...) } > pair(iri.pt[1:4], main = " Matriz de diagrama de diperão com hitograma\n Dado Íri ",pch = 21, bg = c("darkorange", "darkoliegreen2", "darkorchid1")[uncla(iri.pt$epécie)], diag.panel=fun.hit) Matriz de diagrama de diperão D ado Íri Matriz de diagrama de diperão com hitograma D ado Íri Com prim.s épala Com prim.s épala Largura.Sépala Largura.Sépala Com prim.p étala Com prim.p étala Largura.Pépala Largura.Pépala Figura 11: Exemplo de matrize de diagrama de diperão. Pode ainda uar-e a função matplot() para repreentar num único gráfico a oberaçõe que correpondem a ário diagrama de diperão. O comando eguinte ilutram eta aplicação e o reultado pode er iualizado na Figura 12. > table(iri$specie) > is <- iri$specie == "etoa" > iv <- iri$specie == "ericolor" > matplot(c(1, 8), c(0, 4.5), type= "n", xlab = "Comprimento", ylab = "Largura", main = "Dimenõe da Pétala e da Sépala na flore Iri") > matpoint(iri[is,c(1,3)], iri[is,c(2,4)], pch = "S", col = c(2,4)) > matpoint(iri[iv,c(1,3)], iri[iv,c(2,4)], pch = "V", col = c(2,4)) > legend(1, 4, c("setoa Pétala", "Setoa Sépala","Vericolor Pétala","Vericolor Sépala"),pch = "SV", col = rep(c(2,4), 2))

10 D imen õe da Pétala e da Sépala n a flore Iri Largura Setoa Pétala S Setoa Sépala Vericolor Pétala V Vericolor Sépala V V V V V V V VV V V VV V V V V S S S SS S S S Comprimento Figura 12: Exemplo de aplicação da função matplot(). Outra repreentaçõe gráfica intereante ão o gráfico de etrela e a face/cara de Chernoff. No primeiro, cada etrela repreenta um cao (uma linha da matriz de dado, um objecto) e cada ponta da etrela repreenta uma ariáel particular, ou coluna. Quer o tamanho, quer a forma de cada etrela têm ignificado, o tamanho reflecte a magnitude total do ponto e a forma reela a relaçõe entre a ariáei. Comparando dua etrela pode erificar-e de forma rápida a imilaridade ou não entre doi cao (objecto) - etrela de forma emelhante indicam cao imilare. Para criar um gráfico de etrela bata 3 executar a função do R tar() como exemplificado no código eguinte e ilutrado na Figura 13. > UE27<-read.table("Europa.txt",header=TRUE,ep="\t") > tar(ue27,label=ue27$paí,key.label =abbreiate(colname(ue27[,2:6]), minlength = 5),key.loc=c(12.5,2),col.tar=rainbow(27)) AT BE BG CY CZ DE DK EE EL ES FI FR HU IE IT LT LU LV MT NL PL PT RO SE SI Dmpr Intrn Enr.á SK UK Pplço Figura 13: Exemplo de gráfico de etrela. PIB.. 3 O dado Europa.txt encontram-e diponíei em

11 A cara ou face de Chernoff ão também uma forma de repreentar dado multiariado. Cada ariáel, numa dada oberação, é aociada a uma caracterítica da cara. Doi cao (objecto) podem er comparado fazendo a comparação da diera caracterítica. A função do R para criar a cara de Chernoff (diponíel na biblioteca do R TeachingDemo) é: > library(teachingdemo) > face(ue27[,2:6],cale=true) E a iualização é a apreentada na Figura 14. AT BE BG CY CZ DE DK EE EL ES FI FR HU IE IT LT LU LV MT NL PL PT RO SE SI SK UK Figura 14: Exemplo de gráfico de face de Chernoff. Uma da caracterítica mai poderoa da funçõe gráfica do R é efectuarem gráfico de objecto genérico do R. Ou eja, a função reconhece um objecto R e ete é uado como argumento de uma função gráfica produzindo um conjunto de gráfico que, de algum modo, repreentam ee objecto, por exemplo o dendrograma na análie de cluter, a análie de diagnótico no modelo de regreão ou implemente e um objecto tem uma ariáel-x que é um factor então a função gráfica plot() contrói diagrama em caixa da ariáel-y (eg. plot(iri[,5],iri[,1])). Na R Graph Galley 4 encontra-e um leque de gráfico contruído em R. Demontraçõe intereante também podem er iualizada fazendo, na linha de comando de uma eão de R, o comando: demo(image), demo(graphic), demo(perp), demo(lattice). Como e pode erificar, o princípio de contrução de gráfico em R não ão difícei. Para uma informação mai detalhada, eja-e a ecção Graphic do manual oficial de introdução ao R. 4

12 R Eencial Tipo de funçõe gráfica De níel eleado: funçõe tai como plot, hit, boxplot, ou pair que produzem um gráfico ou inicializam um. De baixo níel: funçõe que adicionam informação a um gráfico exitente, criado com uma função de níel eleado. O exemplo ão point, line, text, axi. Funçõe trelli: funçõe tai como xyplot, bwplot, ou hitogram, que podem produzir um conjunto de gráfico numa única chamada. Guardar gráfico como imagen externa O R uporta uma ariedade de formato de imagem. Para erificar a opçõe diponíei, ecrea-e na linha de comando?deice. A opçõe incluem o potcript, o pdf, o png e o JPEG (entre outro). É memo poíel gerar comando para contruir um gráfico em LaTeX. De eguida apreenta-e a forma de exportar um gráfico para JPEG. 5 > UE27<-read.table("Europa.txt",header=TRUE,ep="\t") > jpeg("etrelaue27.jpg") > tar(ue27,label=ue27$paí,key.label =abbreiate(colname(ue27[,2:6]), minlength = 5),key.loc=c(12.5,2),col.tar=rainbow(27)) > de.off() > q() Ante de terminar o R, é importante fechar o ficheiro com o comando de.off(), aegurando que o R não continua a ecreer nele em eõe futura. R Commander O R não incorpora uma interface gráfica para interacção com o utilizador (GUI), ma inclui ferramenta para a contruir. A biblioteca Rcmdr fornece um GUI (R Commander) que permite, ao utilizador, efectuar cálculo báico de etatítica e gráfico utilizando opçõe apreentada no menu. 5 Notar que, nalgun itema operatio é poíel realizar eta operação directamente a partir do menu.