使用 ggplot2 和 RColorBrewer 扩展调色板

此文为自己翻译，原文链接请看 How to expand color palette with ggplot and RColorBrewer

直方图（histogram）和柱状图（bar）是数据分析展示的一部分。如果图是由 R 语言 ggplot2 包中函数 geom_histogram() 或者 geom_bar() 来制作，则柱状图看起来是这样的：

library(ggplot2)

ggplot(mtcars, aes(factor(cyl), fill=factor(cyl))) + 
  geom_bar()

ggplot 函数的优雅在于对可视化公式简单而紧凑的表达，同时隐藏了默认情况下许多假设选项。隐藏选项并不意味着缺少，因为离大多数选择只是一步之遥。例如，对于颜色选择，使用 scale 函数族中的其中一种选择 scale_fill_brewer():

ggplot(mtcars, aes(factor(cyl), fill=factor(cyl))) + 
  geom_bar() + 
  scale_fill_brewer()

参数 palette 控制着 scale_fill_brewer() 中的颜色选择：

ggplot(mtcars, aes(factor(cyl), fill=factor(cyl))) + 
  geom_bar() + 
  scale_fill_brewer(palette="Set1")

Palettes 在包 RColorBrewer 中 - 运行 display.brewer.all() 可以看到所有的选择：

有 3 类调色板（palettes）- sequential，diverging，和 qualitative - 每一类调色板包含 8 到 12 种颜色（可以利用 brewer.pal.info 或者 ?RColorBrewer 看到更多的细节）。

好奇的读者可能注意到如果柱状图包含 13 或者更多的柱子，我们可能会有下面的图中的麻烦：

ggplot(mtcars) + 
  geom_bar(aes(factor(hp), fill=factor(hp))) +
  scale_fill_brewer(palette="Set2")

的确， length(unique(mtcars$hp)) 有 22 个唯一值，然而调色板 Set2 只有 8 中颜色。调色板中的颜色缺乏导致了 ggplot 如下的警告：

Warning message:
In RColorBrewer::brewer.pal(n, pal) : n too large, allowed maximum for palette Set2 is 8
Returning the palette you asked for with that many colors

RColorBrewer 为我们提供了一种通过使用构造函数 colorRampPalette 插入现有调色板来生成更大调色板的方法。它生成实际工作的函数：它们通过插入现有的调色板来构建具有任意数量颜色的调色板。要将调色板 Set1 插入到 22 种颜色（颜色数量存储在 colourCount 变量中，以供后续示例）：

library(RColorBrewer)

colourCount = length(unique(mtcars$hp))
getPalette = colorRampPalette(brewer.pal(9, "Set1"))
 
ggplot(mtcars) + 
  geom_bar(aes(factor(hp)), fill=getPalette(colourCount)) + 
  theme(legend.position="right")

虽然我们解决了颜色不足的问题，但是其他有趣的事情发生了：虽然所有的柱子都回来了并且涂上了不同颜色，但是我们也失去了颜色图例。我故意添加主题（legend.position = ...）来展示这个事实：尽管有明确的位置请求，但图例不再是图形的一部分。

差异：fill 参数移动到柱状图 aes 函数之外 - 这有效地从 ggplot 的美学数据集中删除了 fill 信息。因此，legend 没有应用到任何东西上。要修复它，请将 fill 放回到 aes 中并使用 scale_fill_manual() 定义自定义调色板：

ggplot(mtcars) + 
  geom_bar(aes(factor(hp), fill=factor(hp))) + 
  scale_fill_manual(values = getPalette(colourCount))

在有大量柱子的柱状图中另一个可能的问题是 legend 的安放。用 theme 和 guides 来调整 legend 的位置和布局：

ggplot(mtcars) + 
  geom_bar(aes(factor(hp), fill=factor(hp))) + 
  scale_fill_manual(values = getPalette(colourCount)) +
  theme(legend.position="bottom") +
  guides(fill=guide_legend(nrow=2))

最后，在同一个例子中使用不同库调色板的调色板构造函数：

ggplot(mtcars) + 
  geom_bar(aes(factor(hp), fill=factor(hp))) + 
  scale_fill_manual(values = colorRampPalette(brewer.pal(12, "Accent"))(colourCount)) +
  theme(legend.position="bottom") +
  guides(fill=guide_legend(nrow=2))