Visualização de Dados no R Usando o Pacote ggplot2

Prof. Letícia Raposo

08/06/2021

A Lógica do `ggplot2`

O pacote ggplot2foi desenvolvido por Hadley Wickham, sendo baseado na Grammar of Graphics.
A ideia principal deste pacote é construir gráficos por camadas.

As camadas

De acordo com a gramática dos gráficos, os componentes dos gráficos são os seguintes.

Dados: o que queremos visualizar.
Sistema de coordenadas: descreve como as coordenadas de dados são mapeadas para o plano dos gráficos. Normalmente usamos coordenadas cartesianas (padrão), mas uma série de outras estão disponíveis.
Geometrias: objetos geométricos que são desenhados para representar os dados, como pontos, linhas, áreas, polígonos, etc.
Estética: propriedades visuais das geometrias, como posições x e y, cores, formas, transparência, etc.
Escalas: mapeiam valores no espaço de dados para os valores no espaço estético, seja de cor, tamanho ou forma.
Transformação estatística: resumem os dados de muitas maneiras úteis.
Facetas: como dividir os dados em subconjuntos e como exibir esses subconjuntos como pequenos múltiplos.

Figura 1. As camadas que compõem os gráficos ggplot. Fonte: Walmes Zeviane

Atribuir os dados

A primeira coisa a ser feita é definirmos de qual banco de dados usaremos as variáveis para construir os gráficos. Dentro da função ggplot() inserimos o nome do banco.

Definir a estética

Nesta etapa fornecemos as variáveis que serão usadas no gráfico e alguns parâmetros de estilo. Para isso, precisamos apresentar essas informações por meio do argumento aes(), que vem de aesthetic, ou estética.

Os argumentos que podem ser incluídos dentro do aes() são:

x: variável 1
y: variável 2
size: largura de uma linha em mm
shape: forma do ponto
linetype: tipo de linha
color: cor de contorno
fill: cor de preenchimento
alpha: transparência (os valores de alfa variam de 0 a 1, com valores mais baixos correspondendo a cores mais transparentes)

Alguns destes argumentos podem receber variáveis. Por exemplo, as cores podem ser dadas pelas categorias de uma variável qualitativa.

Shape

Figura 2. Formatos de pontos e seus códigos. Fonte: R

Linetype

Figura 3. Tipos de linhas e seus códigos. Fonte: R

Color e Fill

Existem 5 métodos principais para chamar uma cor no R.

Nome: o método mais comum é chamar uma cor pelo nome. O R oferece cerca de 657 nomes de cores. Você pode ler todos eles usando colors() no R.

colors()

##   [1] "white"                "aliceblue"            "antiquewhite"        
##   [4] "antiquewhite1"        "antiquewhite2"        "antiquewhite3"       
##   [7] "antiquewhite4"        "aquamarine"           "aquamarine1"         
##  [10] "aquamarine2"          "aquamarine3"          "aquamarine4"         
##  [13] "azure"                "azure1"               "azure2"              
##  [16] "azure3"               "azure4"               "beige"               
##  [19] "bisque"               "bisque1"              "bisque2"             
##  [22] "bisque3"              "bisque4"              "black"               
##  [25] "blanchedalmond"       "blue"                 "blue1"               
##  [28] "blue2"                "blue3"                "blue4"               
##  [31] "blueviolet"           "brown"                "brown1"              
##  [34] "brown2"               "brown3"               "brown4"              
##  [37] "burlywood"            "burlywood1"           "burlywood2"          
##  [40] "burlywood3"           "burlywood4"           "cadetblue"           
##  [43] "cadetblue1"           "cadetblue2"           "cadetblue3"          
##  [46] "cadetblue4"           "chartreuse"           "chartreuse1"         
##  [49] "chartreuse2"          "chartreuse3"          "chartreuse4"         
##  [52] "chocolate"            "chocolate1"           "chocolate2"          
##  [55] "chocolate3"           "chocolate4"           "coral"               
##  [58] "coral1"               "coral2"               "coral3"              
##  [61] "coral4"               "cornflowerblue"       "cornsilk"            
##  [64] "cornsilk1"            "cornsilk2"            "cornsilk3"           
##  [67] "cornsilk4"            "cyan"                 "cyan1"               
##  [70] "cyan2"                "cyan3"                "cyan4"               
##  [73] "darkblue"             "darkcyan"             "darkgoldenrod"       
##  [76] "darkgoldenrod1"       "darkgoldenrod2"       "darkgoldenrod3"      
##  [79] "darkgoldenrod4"       "darkgray"             "darkgreen"           
##  [82] "darkgrey"             "darkkhaki"            "darkmagenta"         
##  [85] "darkolivegreen"       "darkolivegreen1"      "darkolivegreen2"     
##  [88] "darkolivegreen3"      "darkolivegreen4"      "darkorange"          
##  [91] "darkorange1"          "darkorange2"          "darkorange3"         
##  [94] "darkorange4"          "darkorchid"           "darkorchid1"         
##  [97] "darkorchid2"          "darkorchid3"          "darkorchid4"         
## [100] "darkred"              "darksalmon"           "darkseagreen"        
## [103] "darkseagreen1"        "darkseagreen2"        "darkseagreen3"       
## [106] "darkseagreen4"        "darkslateblue"        "darkslategray"       
## [109] "darkslategray1"       "darkslategray2"       "darkslategray3"      
## [112] "darkslategray4"       "darkslategrey"        "darkturquoise"       
## [115] "darkviolet"           "deeppink"             "deeppink1"           
## [118] "deeppink2"            "deeppink3"            "deeppink4"           
## [121] "deepskyblue"          "deepskyblue1"         "deepskyblue2"        
## [124] "deepskyblue3"         "deepskyblue4"         "dimgray"             
## [127] "dimgrey"              "dodgerblue"           "dodgerblue1"         
## [130] "dodgerblue2"          "dodgerblue3"          "dodgerblue4"         
## [133] "firebrick"            "firebrick1"           "firebrick2"          
## [136] "firebrick3"           "firebrick4"           "floralwhite"         
## [139] "forestgreen"          "gainsboro"            "ghostwhite"          
## [142] "gold"                 "gold1"                "gold2"               
## [145] "gold3"                "gold4"                "goldenrod"           
## [148] "goldenrod1"           "goldenrod2"           "goldenrod3"          
## [151] "goldenrod4"           "gray"                 "gray0"               
## [154] "gray1"                "gray2"                "gray3"               
## [157] "gray4"                "gray5"                "gray6"               
## [160] "gray7"                "gray8"                "gray9"               
## [163] "gray10"               "gray11"               "gray12"              
## [166] "gray13"               "gray14"               "gray15"              
## [169] "gray16"               "gray17"               "gray18"              
## [172] "gray19"               "gray20"               "gray21"              
## [175] "gray22"               "gray23"               "gray24"              
## [178] "gray25"               "gray26"               "gray27"              
## [181] "gray28"               "gray29"               "gray30"              
## [184] "gray31"               "gray32"               "gray33"              
## [187] "gray34"               "gray35"               "gray36"              
## [190] "gray37"               "gray38"               "gray39"              
## [193] "gray40"               "gray41"               "gray42"              
## [196] "gray43"               "gray44"               "gray45"              
## [199] "gray46"               "gray47"               "gray48"              
## [202] "gray49"               "gray50"               "gray51"              
## [205] "gray52"               "gray53"               "gray54"              
## [208] "gray55"               "gray56"               "gray57"              
## [211] "gray58"               "gray59"               "gray60"              
## [214] "gray61"               "gray62"               "gray63"              
## [217] "gray64"               "gray65"               "gray66"              
## [220] "gray67"               "gray68"               "gray69"              
## [223] "gray70"               "gray71"               "gray72"              
## [226] "gray73"               "gray74"               "gray75"              
## [229] "gray76"               "gray77"               "gray78"              
## [232] "gray79"               "gray80"               "gray81"              
## [235] "gray82"               "gray83"               "gray84"              
## [238] "gray85"               "gray86"               "gray87"              
## [241] "gray88"               "gray89"               "gray90"              
## [244] "gray91"               "gray92"               "gray93"              
## [247] "gray94"               "gray95"               "gray96"              
## [250] "gray97"               "gray98"               "gray99"              
## [253] "gray100"              "green"                "green1"              
## [256] "green2"               "green3"               "green4"              
## [259] "greenyellow"          "grey"                 "grey0"               
## [262] "grey1"                "grey2"                "grey3"               
## [265] "grey4"                "grey5"                "grey6"               
## [268] "grey7"                "grey8"                "grey9"               
## [271] "grey10"               "grey11"               "grey12"              
## [274] "grey13"               "grey14"               "grey15"              
## [277] "grey16"               "grey17"               "grey18"              
## [280] "grey19"               "grey20"               "grey21"              
## [283] "grey22"               "grey23"               "grey24"              
## [286] "grey25"               "grey26"               "grey27"              
## [289] "grey28"               "grey29"               "grey30"              
## [292] "grey31"               "grey32"               "grey33"              
## [295] "grey34"               "grey35"               "grey36"              
## [298] "grey37"               "grey38"               "grey39"              
## [301] "grey40"               "grey41"               "grey42"              
## [304] "grey43"               "grey44"               "grey45"              
## [307] "grey46"               "grey47"               "grey48"              
## [310] "grey49"               "grey50"               "grey51"              
## [313] "grey52"               "grey53"               "grey54"              
## [316] "grey55"               "grey56"               "grey57"              
## [319] "grey58"               "grey59"               "grey60"              
## [322] "grey61"               "grey62"               "grey63"              
## [325] "grey64"               "grey65"               "grey66"              
## [328] "grey67"               "grey68"               "grey69"              
## [331] "grey70"               "grey71"               "grey72"              
## [334] "grey73"               "grey74"               "grey75"              
## [337] "grey76"               "grey77"               "grey78"              
## [340] "grey79"               "grey80"               "grey81"              
## [343] "grey82"               "grey83"               "grey84"              
## [346] "grey85"               "grey86"               "grey87"              
## [349] "grey88"               "grey89"               "grey90"              
## [352] "grey91"               "grey92"               "grey93"              
## [355] "grey94"               "grey95"               "grey96"              
## [358] "grey97"               "grey98"               "grey99"              
## [361] "grey100"              "honeydew"             "honeydew1"           
## [364] "honeydew2"            "honeydew3"            "honeydew4"           
## [367] "hotpink"              "hotpink1"             "hotpink2"            
## [370] "hotpink3"             "hotpink4"             "indianred"           
## [373] "indianred1"           "indianred2"           "indianred3"          
## [376] "indianred4"           "ivory"                "ivory1"              
## [379] "ivory2"               "ivory3"               "ivory4"              
## [382] "khaki"                "khaki1"               "khaki2"              
## [385] "khaki3"               "khaki4"               "lavender"            
## [388] "lavenderblush"        "lavenderblush1"       "lavenderblush2"      
## [391] "lavenderblush3"       "lavenderblush4"       "lawngreen"           
## [394] "lemonchiffon"         "lemonchiffon1"        "lemonchiffon2"       
## [397] "lemonchiffon3"        "lemonchiffon4"        "lightblue"           
## [400] "lightblue1"           "lightblue2"           "lightblue3"          
## [403] "lightblue4"           "lightcoral"           "lightcyan"           
## [406] "lightcyan1"           "lightcyan2"           "lightcyan3"          
## [409] "lightcyan4"           "lightgoldenrod"       "lightgoldenrod1"     
## [412] "lightgoldenrod2"      "lightgoldenrod3"      "lightgoldenrod4"     
## [415] "lightgoldenrodyellow" "lightgray"            "lightgreen"          
## [418] "lightgrey"            "lightpink"            "lightpink1"          
## [421] "lightpink2"           "lightpink3"           "lightpink4"          
## [424] "lightsalmon"          "lightsalmon1"         "lightsalmon2"        
## [427] "lightsalmon3"         "lightsalmon4"         "lightseagreen"       
## [430] "lightskyblue"         "lightskyblue1"        "lightskyblue2"       
## [433] "lightskyblue3"        "lightskyblue4"        "lightslateblue"      
## [436] "lightslategray"       "lightslategrey"       "lightsteelblue"      
## [439] "lightsteelblue1"      "lightsteelblue2"      "lightsteelblue3"     
## [442] "lightsteelblue4"      "lightyellow"          "lightyellow1"        
## [445] "lightyellow2"         "lightyellow3"         "lightyellow4"        
## [448] "limegreen"            "linen"                "magenta"             
## [451] "magenta1"             "magenta2"             "magenta3"            
## [454] "magenta4"             "maroon"               "maroon1"             
## [457] "maroon2"              "maroon3"              "maroon4"             
## [460] "mediumaquamarine"     "mediumblue"           "mediumorchid"        
## [463] "mediumorchid1"        "mediumorchid2"        "mediumorchid3"       
## [466] "mediumorchid4"        "mediumpurple"         "mediumpurple1"       
## [469] "mediumpurple2"        "mediumpurple3"        "mediumpurple4"       
## [472] "mediumseagreen"       "mediumslateblue"      "mediumspringgreen"   
## [475] "mediumturquoise"      "mediumvioletred"      "midnightblue"        
## [478] "mintcream"            "mistyrose"            "mistyrose1"          
## [481] "mistyrose2"           "mistyrose3"           "mistyrose4"          
## [484] "moccasin"             "navajowhite"          "navajowhite1"        
## [487] "navajowhite2"         "navajowhite3"         "navajowhite4"        
## [490] "navy"                 "navyblue"             "oldlace"             
## [493] "olivedrab"            "olivedrab1"           "olivedrab2"          
## [496] "olivedrab3"           "olivedrab4"           "orange"              
## [499] "orange1"              "orange2"              "orange3"             
## [502] "orange4"              "orangered"            "orangered1"          
## [505] "orangered2"           "orangered3"           "orangered4"          
## [508] "orchid"               "orchid1"              "orchid2"             
## [511] "orchid3"              "orchid4"              "palegoldenrod"       
## [514] "palegreen"            "palegreen1"           "palegreen2"          
## [517] "palegreen3"           "palegreen4"           "paleturquoise"       
## [520] "paleturquoise1"       "paleturquoise2"       "paleturquoise3"      
## [523] "paleturquoise4"       "palevioletred"        "palevioletred1"      
## [526] "palevioletred2"       "palevioletred3"       "palevioletred4"      
## [529] "papayawhip"           "peachpuff"            "peachpuff1"          
## [532] "peachpuff2"           "peachpuff3"           "peachpuff4"          
## [535] "peru"                 "pink"                 "pink1"               
## [538] "pink2"                "pink3"                "pink4"               
## [541] "plum"                 "plum1"                "plum2"               
## [544] "plum3"                "plum4"                "powderblue"          
## [547] "purple"               "purple1"              "purple2"             
## [550] "purple3"              "purple4"              "red"                 
## [553] "red1"                 "red2"                 "red3"                
## [556] "red4"                 "rosybrown"            "rosybrown1"          
## [559] "rosybrown2"           "rosybrown3"           "rosybrown4"          
## [562] "royalblue"            "royalblue1"           "royalblue2"          
## [565] "royalblue3"           "royalblue4"           "saddlebrown"         
## [568] "salmon"               "salmon1"              "salmon2"             
## [571] "salmon3"              "salmon4"              "sandybrown"          
## [574] "seagreen"             "seagreen1"            "seagreen2"           
## [577] "seagreen3"            "seagreen4"            "seashell"            
## [580] "seashell1"            "seashell2"            "seashell3"           
## [583] "seashell4"            "sienna"               "sienna1"             
## [586] "sienna2"              "sienna3"              "sienna4"             
## [589] "skyblue"              "skyblue1"             "skyblue2"            
## [592] "skyblue3"             "skyblue4"             "slateblue"           
## [595] "slateblue1"           "slateblue2"           "slateblue3"          
## [598] "slateblue4"           "slategray"            "slategray1"          
## [601] "slategray2"           "slategray3"           "slategray4"          
## [604] "slategrey"            "snow"                 "snow1"               
## [607] "snow2"                "snow3"                "snow4"               
## [610] "springgreen"          "springgreen1"         "springgreen2"        
## [613] "springgreen3"         "springgreen4"         "steelblue"           
## [616] "steelblue1"           "steelblue2"           "steelblue3"          
## [619] "steelblue4"           "tan"                  "tan1"                
## [622] "tan2"                 "tan3"                 "tan4"                
## [625] "thistle"              "thistle1"             "thistle2"            
## [628] "thistle3"             "thistle4"             "tomato"              
## [631] "tomato1"              "tomato2"              "tomato3"             
## [634] "tomato4"              "turquoise"            "turquoise1"          
## [637] "turquoise2"           "turquoise3"           "turquoise4"          
## [640] "violet"               "violetred"            "violetred1"          
## [643] "violetred2"           "violetred3"           "violetred4"          
## [646] "wheat"                "wheat1"               "wheat2"              
## [649] "wheat3"               "wheat4"               "whitesmoke"          
## [652] "yellow"               "yellow1"              "yellow2"             
## [655] "yellow3"              "yellow4"              "yellowgreen"

Figura 4. Exemplos de nomes de cores. Fonte: http://sape.inf.usi.ch/

rgb: a função rgb() permite construir uma cor usando uma quantidade de vermelho, verde e azul. Um parâmetro adicional está disponível para definir a transparência. Todos os parâmetros variam de 0 a 1.

Figura 5. Exemplos de cores geradas por rgb. Fonte: R Graph Gallery.

Número: também é possível chamar uma função pelo seu número. Por exemplo, se você precisa do número de cor 150, use colors()[150].

Figura 5. Exemplos de cores por números. Fonte: R Graph Gallery.

Código hexadecimal: todas as cores podem ser definidas por seu código hexadecimal. Um código hexadecimal tem a seguinte aparência: #33FFE5. Para encontrar o código hexadecimal do seu sonho, visite este seletor de cores.

Especificar a geometria

Agora é a hora de falar que tipo de gráfico será feito. Você pode selecionar várias geometrias camada por camada. Por exemplo, você pode selecionar pontos, linhas, áreas ou polígonos camada por camada.

Vejamos algumas opções disponíveis:

geom_abline(), geom_hline(), geom_vline(): linhas de referência: horizontal, vertical, e diagonal
geom_bar(), geom_col(): gráficos de barras
geom_boxplot(): gráfico boxplot
geom_density(): gráficos de densidade
geom_dotplot(): gráfico de pontos
geom_errorbarh(): barras de erros horizontais
geom_freqpoly(), geom_histogram(): histogramas e polígonos de frequência
geom_jitter(): pontos espalhados
geom_crossbar(), geom_errorbar(), geom_linerange(), geom_pointrange(): intervalos verticais: linhas, barras transversais e barras de erro
geom_map(): polígonos de um mapa de referência
geom_point(): pontos
geom_polygon(): polígonos
geom_qq_line(), geom_qq(): gráfico quantil-quantil
geom_segment(), geom_curve(): segmentos e curvas
geom_smooth(): suavização de médias
geom_label(), geom_text(): texto
geom_violin(): gráfico de violino

Ajuste de posição

Todas as camadas têm um ajuste de posição para solucionar geometrias sobrepostas.

position_dodge(): objetos (barras) lado a lado
position_identity(): não ajusta a posição
position_jitter(): espalha os pontos para evitar sobreposição
position_jitterdodge(): espalhamento e lado a lado simultaneamente
position_stack(), position_fill(): empilha objetos sobrepostos uns sobre os outros

Escalas

Você pode alterar o sistema de coordenadas ou escalas, se necessário. As escalas controlam os detalhes de como os valores dos dados são convertidos em propriedades visuais.

labs(), xlab(), ylab(), ggtitle(): modifica eixos, legenda e rótulos
lims(), xlim(), ylim(): define limites dos eixos
scale_alpha(), scale_alpha_continuous(), scale_alpha_binned(), scale_alpha_discrete(), scale_alpha_ordinal(): escalas de transparência
scale_colour_brewer(), scale_fill_brewer(), scale_colour_distiller(), scale_fill_distiller(), scale_colour_fermenter(), scale_fill_fermenter(): escalas de cores sequenciais, divergentes e qualitativas em colorbrewer.org
scale_colour_continuous(), scale_fill_continuous(): escalas de cores contínuas e agrupadas
scale_colour_discrete(), scale_fill_discrete(): escala de cores discretas
scale_x_continuous(), scale_y_continuous(), scale_x_log10(), scale_y_log10(), scale_x_reverse(), scale_y_reverse(), scale_x_sqrt(), scale_y_sqrt(): escalas de posição para dados contínuos (x e y)
scale_x_discrete(), scale_y_discrete(): escalas de posição para dados discretos
scale_colour_gradient(), scale_fill_gradient(), scale_colour_gradient2(), scale_fill_gradient2(), scale_colour_gradientn(), scale_fill_gradientn(): escalas de gradiente de cores
scale_colour_grey(), scale_fill_grey(): escalas sequenciais de cor cinza
scale_colour_manual(), scale_fill_manual(), scale_size_manual(), scale_shape_manual(), scale_linetype_manual(), scale_alpha_manual(), scale_discrete_manual(): crie sua própria escala discreta

Facetas

Gera pequenos múltiplos, cada um exibindo um subconjunto diferente de dados. As facetas são uma alternativa estética para exibir variáveis discretas adicionais.

facet_grid(), facet_wrap(): organiza os painéis em uma grade

Coordenadas

O sistema de coordenadas determina como a estética x e y se combinam para posicionar os elementos no gráfico. O sistema de coordenadas padrão é cartesiano.

coord_cartesian(): coordenadas cartesianas
coord_flip(): coordenadas cartesianas com x e y invertidas
coord_map(), coord_quickmap(): projeções de mapa
coord_polar(): coordenadas polares
coord_trans(): sistema de coordenadas cartesianas transformadas

Temas

Os temas controlam a exibição de todos os elementos do gráfico que não são dados. Você pode substituir todas as configurações com um tema completo como theme_bw() ou escolher ajustar as configurações individuais usando theme() e as funções element_. Use theme_set() para modificar o tema ativo, afetando todos os gráficos futuros.

theme(): modifica os componentes de um tema
theme_grey(), theme_gray(), theme_bw(), theme_linedraw(), theme_light(), theme_dark(), theme_minimal(), theme_classic(), theme_void(), theme_test(): temas completos
margin(), element_blank(), element_rect(), element_line(), element_text(), rel(): elementos de tema