传统的画图函数(如plot、qplot)就好比在一张画布上画图，画好之后不能修改，而且只能使用一个数据集；而图层的思想是在多张透明的画布上绘图，再把这些画布按顺序叠加在一起形成一个完整的图形。每一张画布都可以使用不同数据集，可以单独对每一个图层进行修改，需要到哪些图层就画哪些图层。
创建绘图对象
在用 ggpot()绘制时，需先创建绘图对象，也就是第一个图层，它包含两个参数（数据与图形属性映射）。 这两个参数是绘制图形的默认参数，如果后面图层中没有重新设定新参数，那么它会自动调用绘图对象中的参数；如果重新设定了参数则不会使用默认的参数，参数在2.1 中有详细说明。
ggplot(data, aes(x, y, <other aesthetics>))
图层的作用是在图像上生成可以被人感知的对象。一个图层有4 个部分组成：
- 数据和图形属性映射；
- 一种统计变换；
- 一种几何对象；
- 一种位置调整方式。
图层的具体函数如下：
geom_XXX(mapping, data, …, stat, position)
stat_XXX(mapping, data, …, geom, position)
- mapping（可选）：一组图形属性映射，通过aes()函数来设定；
- data（可选）：数据框。如果不设定该参数，则会调用绘图对象中的默认数据集。
- 注意：在绘图对象ggplot()与图层中，mapping 与data 的位置是相反的；
-
…：geom 或者 stat 的参数。可以是用图形属性作为参数，这样该属性就被设定为固定的一个值，而不是被映射给数据集中的一个变量；
-
geom 或stat（可选）：我们可以修改geom 默认的stat 值，或者stat 默认的geom值。它们是一组字符串，包含了将要使用的几何对象或者统计变换的名称。
-
position（可选）：选择一种调整对象重合的方式。
数据与图层映射
- data 是数据集，数据类型必须是数据框，可选；
- aes()函数用来将数据变量映射到图形中，从而使变量成为可以被感知的图形属性；
- x、y 是映射到x、y 轴上的变量。
对于已经创建好的绘图对象，可以进行以下操作，以达到添加、修改、删除图形映射属性的效果。例如：
p <- ggplot(mtcars, aes(x=mpg,y=wt))
| 操作 | 结果 |
|---|---|
| p + aes(colour = cyl) | 添加colour 属性映射 |
| p + aes(y = disp) | 修改y 轴映射属性 |
| p + aes(y = NULL) | 删除 y 轴的映射属性 |
图层可以添加到 ggplot()与 qplot()创建的图形对象上。实际上 qplot()绘图原理是先创建绘图对象再添加图层，而相比于 ggplot()，只能针对于一个数据集。
图层之间用“+”连接，第一个图层是绘图对象，单独运行绘图对象是不会显示出图形的，必须加上图层才会显示。绘图对象可以储存到一个变量中，用 summary 函数可以查看绘图对象中参数的信息。
p <- ggplot(dsmall, aes(carat, price))
p + geom_point()
在p + geom_point()中，geom 是几何对象，point 是点，表示要绘制散点图，括号里的参数都是缺省的，所以它调用了 p 中的默认参数。
p + geom_point() + geom_smooth()
ggplot(dsmall, aes(x = carat, y = price, colour = cut)) + geom_line()
除了可以将变量映射到图形属性中之外，也可以将图形属性设定为单一的值(如colour =‘red’)。
p <- ggplot(mtcars, aes(mpg, wt))
p + geom_point(aes(colour = 'red'))
使用分组绘图，可以将数据按照某个变量分组并以相同的方式渲染。但是从绘制的图形中只能区分出不同个体，而不能识别出哪个个体。例如：在下列代码中，按变量cut分组绘制出出五条曲线，你虽然可以区别出五条不同曲线的属性特征，但你无法识别出那一条线属于变量cut 中哪一个值的。
ggplot(dsmall, aes(carat, price, group = cut)) + geom_line()
把变量cut 映射到colour 属性上，同样也能达到分组绘图的目的，并且生成一个图例，各条线都用不同颜色反映。
ggplot(dsmall, aes(carat, price, colour = cut)) + geom_line()
运用interaction（）函数可以组合两个变量，同时对两个变量分组绘图。
ggplot(dsmall, aes(carat, price, group = interaction(cut, color))) + geom_line()
几何对象
| 名称 | 描述 |
|---|---|
| abline | 线，由斜率与截距决定 |
| area | 面积图（area plot） |
| bar | 条形图，以 x 轴为底的矩形 |
| bin2d | 二维热图 |
| blank | 空白，什么也不画 |
| boxplot | 箱线图 |
| contour | 等高线图 |
| crossbar | 带有水平中心线的盒子图 |
| density | 光滑密度曲线图 |
| density2d | 二维密度等高线图 |
| dotplot | “点直方图”，用点来表示观测值的个数 |
| errorbar | 误差棒 |
| errorbarh | 水平的误差棒 |
| freqpoly | 频率多边形图 |
| hex | 用六边形表示的二维热图 |
| histogram | 直方图 |
| hline | 水平线 |
| jitter | 给点添加扰动，减轻图形重叠问题 |
| line | 按照 x 坐标的大小顺序依次连接各个观测值 |
| linerange | 一条代表一个区间的竖直线 |
| map | 基准地图里的多边形 |
| path | 按数据的原始顺序连接各个观测值 |
| point | 点，绘制散点图 |
| pointrange | 用一条中间带点的竖直线代表一个区间 |
| polygon | 多边形，相当于一个有填充的路径 |
| quantile | 添加分位数回归线 |
| raster | 高效的矩形瓦片图 |
| rect | 二维的矩形图 |
| ribbon | 色带图，连续的 x 值所对应的 y 的范围 |
| rug | 边际地毯图 |
| segment | 添加线段或箭头 |
| smooth | 添加光滑的条件均值线 |
| step | 以阶梯形式连接各个观测值 |
| text | 文本注释 |
| tile | 瓦片图 |
| violin | 小提琴图 |
| vline | 竖直图 |
默认的统计变换（stat）和图形属性
| 名称 | 默认的统计变换 | 图形属性 |
|---|---|---|
| abline | abline | colour, linetype, size |
| area | identity | colour, fill, linetype, size, x, y |
| bar | bin | colour, fill, linetype, size, weight, x |
| bin2d | bin2d | colour, fill, linetype, size, weight, xmax, xmin, ymax, ymin |
| blank | identity | |
| boxplot | boxplot | colour, fill, lower, middle,size, upper, weight, x, ymax,ymin |
| contour | contour | colour, linetype, size, weight, x, y |
| crossbar | identity | colour, fill, linetype, size, x, y, ymax, ymin |
| density | density | colour, linetype, size, weight, x, y |
| density2d | density2d | colour, linetype, size, weight, x, y |
| dotplot | bindot | colour, fill, x, y |
| errorbar | identity | colour, linetype, size, width, x, ymax, ymin |
| errorbarh | identity | colour, linetype, size, width, x, ymax, ymin |
| freqpoly | bin | colour, linetype, size |
| hex | binhex | colour, fill, size, x, y |
| histogram | bin | colour, fill, linetype, size, weight, x |
| hline | hline | colour, linetype, size |
| jitter | identity | colour, fill, shape, size, x, y |
| line | identity | colour, linetype, size, x, y |
| linerange | identity | colour, linetype, size, x, ymax, ymin |
| map | identity | colour, fill, linetype, size, x, y, map_id |
| path | identity | colour, linetype, size, x, y |
| point | identity | colour, fill, shape, size, x, y |
| pointrange | identity | colour, fill, linetype, shape, size, x, y, ymax, ymin |
| polygon | identity | colour, fill, linetype, size, x, y |
| quantile | quantile | colour, linetype, size, weight, x, y |
| raster | identity | colour, fill, linetype, size, x, y |
| rect | identity | colour, fill, linetype, size, xmax, xmin, ymax, ymin |
| ribbon | identity | colour, fill, linetype, size, x, ymax, ymin |
| rug | identity | colour, linetype, size |
| segment | identity | colour, linetype, size, x, xend, y, yend |
| smooth | smooth | alpha, colour, fill, linetype, size, weight, x, y |
| step | identity | colour, linetype, size, x, y |
| text | identity | angle, colour, hjust, label, size, vjust, x, y |
| tile | identity | colour, fill, linetype, size, x, y |
| violin | ydensity | weight, colour, fill, size, linetype, x, y |
| vline | vline | colour, linetype, size |
统计变换
统计变换，对数据进行统计变换，通常以某种方式对数据信息进行汇总。
| 名称 | 描述 |
|---|---|
| bin | 计算封箱（bin）数据 |
| bin2d | 计算矩形封箱内的观测值个数 |
| bindot | 计算“点直方图”的封箱数据 |
| binhex | 计算六边形热图的封箱数据 |
| boxplot | 计算组成箱线图的各种元素值 |
| contour | 三维数据的等高线 |
| density | 一维密度估计 |
| density2d | 二维密度估计 |
| function | 添加新函数 |
| identity | 不对数据进行统计变换 |
| 计算 qq 图的相关值 | |
| quantile | 计算连续的分位数 |
| smooth | 添加光滑曲线 |
| spoke | 将角度和半径转换成 xend 和yend |
| sum | 计算每个单一值的频数，有助于解决散点图的图形重叠问题 |
| summary | 对每个 x 所对应的 y 值做统计描述 |
| summary2d | 对 2 维矩形封箱设定函数 |
| summaryhex | 对 2 维六边形封箱设定函数 |
| unique | 删除重复值 |
| ydensity | 小提琴图，计算 1 维y 轴方向的核密度函数估计值 |
统计变换会生成新的变量，这些新的变量可以被直接调用。例如，可以用 stat_bin 绘制直方图，实际上 stat_bin 统计变换会生成以下变量，并会被直接调用：
- count，每一组观测值数目；
- density，每组观测值的密度（占整体百分数/组宽）；
- x，组的中心位置。
在以下代码中，第一个是默认调用了参数 count（可以省略不写），第二个调用了参数density。调用生成的新变量时必须用“..”包围起来，以便区分数据集的变量与新生成的变量。查看统计变换的帮助文档（如\?stat_bin），可以知道统计变换新生成的变量以及其他信息。
ggplot(diamonds, aes(carat)) + stat_bin(binwidth = 0.1)
ggplot(diamonds, aes(carat)) + stat_bin(aes(y = ..density..), binwidth = 0.1)
位置调整
所谓位置调整，即对图层元素位置进行微调。以下是ggplot2 中所有可用的位置调整参数。
| 名称 | 描述 |
|---|---|
| dodge | 避免重叠，并排位置 |
| fill | 堆叠图形元素并将高度标准化为 1 |
| identity | 不做任何调整 |
| jitter | 给点添加扰动避免重合 |
| stack | 将图形元素堆叠起来 |
在条形图中可以很好地解释不同类型的位置调整。以下是三种不同类型的代码：
ggplot(diamonds, aes(clarity, fill = cut)) + geom_bar(position = 'stack')
ggplot(diamonds, aes(clarity, fill = cut)) + geom_bar(position = 'fill')
ggplot(diamonds, aes(clarity, fill = cut)) + geom_bar(position = 'dodge')
从左到右依次是堆叠（stacking）、填充（filling）、并列（dodging）
对于不同类型的图，需要合理选择适合的位置调整。例如:
同一调整（identity adjustment）不适用于条形图，因为最顶层图层会挡住下面的图层（下图左）；而适用于线型图，因为线条不会存在相互遮挡的问题（下图右）。
代码分别如下：
ggplot(diamonds, aes(clarity, fill = cut)) + geom_bar(position = 'identity')
ggplot(diamonds, aes(clarity)) + geom_freqpoly(aes(group = cut, colour = cut))
