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作者簡介
目次
商品簡介
R語言是一款簡潔、易用、高效的程序設計語言，可以用於統計計算和統計制圖。隨著ggplot2包及其拓展包的廣泛應用，R語言在數據可視化方面已經遙遙領先於其他統計分析軟件及編程語言。 本書主要介紹常用的數據可視化方法及R語言應用包的使用方法，並結合實際數據集進行實戰操作，是R語言數據分析與可視化方面的一本入門教材。本書內容涵蓋R語言的使用，基於ggplot2包及其拓展包的數據可視化，利用shiny包製作可視化應用，數據的清洗與探索，以及對地圖、文本和網絡等不同類型的數據進行可視化分析等。
作者簡介
薛震，中北大學副教授，山西省統計學會會員，山西省工業與應用數學學會會員。公開發表論文20余篇，其中被SCI、EI檢索5篇。先後參與完成國家自然科學基金項目、裝備預研領域基金項目、裝備預先研究項目等多項科研課題的研究與開發任務，獲軟件著作權1項。曾榮獲"中北大學優秀青年主講教師”稱號，獲省級教學成果獎2項，獲全國"公益云圖數據可視化創新大賽”優秀導師獎，擔任山西省大學數學課程教學指導委員會秘書長、全國高校數學微課競賽山西賽區秘書長。從教19年，每年為本科生上課200學時以上，指導本科生獲校級優秀畢業論文4人次，獲泰迪杯數據挖掘賽全國一等獎3項，獲大學生數學建模競賽國內、國際一等獎10余項。
目次
第1 章 數據可視化與R 語言 ………………………………………………………… 001
1．1 數據可視化的發展 ……………………………………………………………………002
1．2 數據可視化的作用 ……………………………………………………………………004
1．3 R 語言數據可視化的優勢 ……………………………………………………………008
1．4 R 語言數據可視化的方法 ……………………………………………………………008
1．5 本章小結 ………………………………………………………………………………011
第2 章 R 語言可視化快速入門 ……………………………………………………… 012
2．1 R 語言的數據結構 ……………………………………………………………………013
2．1．1 向量和矩陣 ……………………………………………………………………013
2．1．2 高維數組 ………………………………………………………………………016
2．1．3 數據框和列表 …………………………………………………………………017
2．2 控制語句和函數 ………………………………………………………………………020
2．2．1 條件語句 ………………………………………………………………………020
2．2．2 循環語句和函數 ………………………………………………………………021
2．3 數據操作 ………………………………………………………………………………023
2．3．1 dplyr 包數據分類匯總 …………………………………………………………023
2．3．2 長寬數據轉換 …………………………………………………………………024
2．4 R 語言可視化包graphics ………………………………………………………………026
2．4．1 graphics 包的參數設置 …………………………………………………………026
VI
R 語言數據可視化實戰( 微視頻全解版)
――大數據專業圖表從入門到精通
2．4．2 使用graphics 包繪製子圖 ……………………………………………………031
2．5 本章小結 ………………………………………………………………………………033
第3 章 ggplot2 包數據可視化 ……………………………………………………… 035
3．1 ggplot2 包初探 …………………………………………………………………………036
3．1．1 用ggplot2 包數據可視化的繪圖流程 …………………………………………036
3．1．2 ggplot2 包的基礎主題的顯示 …………………………………………………038
3．2 ggplot2 包可視化的常用統計圖 ………………………………………………………040
3．2．1 ggplot2 包的幾何物件 …………………………………………………………040
3．2．2 ggplot2 包的theme() 函數 ……………………………………………………044
3．2．3 ggplot2 包的統計變換和位置調整 ……………………………………………048
3．3 ggplot2 包繪製分組圖形 ………………………………………………………………051
3．3．1 ggplot2 包的坐標系變換和分面 ………………………………………………051
3．3．2 ggplot2 包的顏色設置 …………………………………………………………055
3．4 可交互的ggplot2 圖形 …………………………………………………………………057
3．4．1 plotly 包的可交互圖形 …………………………………………………………058
3．4．2 ggiraphExtra 包的可交互圖形 …………………………………………………061
3．5 ggplot2 包可視化案例 …………………………………………………………………067
3．6 本章小結 ………………………………………………………………………………072
第4 章 ggplot2 拓展包可視化 ……………………………………………………… 073
4．1 用GGally 包數據可視化 ………………………………………………………………074
4．1．1 GGally 包功能簡介 ……………………………………………………………074
4．1．2 GGally 包可視化案例 …………………………………………………………074
4．2 ggChernoff 包數據可視化 ……………………………………………………………082
4．2．1 ggChernoff 包功能簡介 …………………………………………………………083
4．2．2 ggChernoff 包可視化案例 ………………………………………………………083
4．3 ggTimeSeries 包可視化時序數據 ……………………………………………………086
4．3．1 ggTimeSeries 包功能簡介 ………………………………………………………087
4．3．2 ggTimeSeries 包可視化案例 ……………………………………………………087
4．4 treemapify 和ggpol 包數據可視化 ……………………………………………………090
4．4．1 用treemapify 包可視化樹圖 …………………………………………………091
4．4．2 用ggpol 包數據可視化 …………………………………………………………093
4．5 eggridges 和gganimate 包數據可視化 ………………………………………………097
目
目
目
VII
4．5．1 用ggridges 包數據可視化 ……………………………………………………097
4．5．2 用gganimate 包可視化動畫 ……………………………………………………100
4．6 ggfortify 包數據可視化 ………………………………………………………………102
4．6．1 用ggfortify 包可視化多元統計分析 …………………………………………102
4．6．2 用ggfortify 包可視化時間序列分析 …………………………………………106
4．7 本章小結 ………………………………………………………………………………109
第5 章 數據3D 圖形可視化 ……………………………………………………………110
5．1 靜態3D 圖形可視化 ……………………………………………………………………111
5．1．1 用scatterplot3d 包可視化3D 散點圖 …………………………………………111
5．1．2 用plot3D 包可視化3D 圖形 …………………………………………………113
5．2 可交互3D 圖形的可視化 ………………………………………………………………118
5．2．1 用plotly 包可視化可交互3D 圖形 ……………………………………………118
5．2．2 用plotly 包3D 可視化回歸結果 ………………………………………………125
5．3 rayshader 包可視化3D 圖形 …………………………………………………………129
5．3．1 用rayshader 包繪製3D 地形圖 ………………………………………………129
5．3．2 rayshader 包3D 可視化ggplot2 圖形 …………………………………………130
5．4 其他3D 圖形可視化包 …………………………………………………………………136
5．4．1 plotrix 包可視化3D 餅圖 ………………………………………………………136
5．4．2 latticeExtra 包繪製3D 條形圖 …………………………………………………137
5．4．3 rgl 包製作3D 動畫 ……………………………………………………………138
5．5 本章小結 ………………………………………………………………………………140
第6 章 shiny 數據可視化應用與儀表盤 ………………………………………………141
6．1 shiny 應用的文件結構和使用方法 ……………………………………………………142
6．1．1 shiny 應用的文件結構 …………………………………………………………142
6．1．2 shiny 應用的使用方法 …………………………………………………………143
6．2 shiny 包的常見功能 ……………………………………………………………………146
6．2．1 UI 布局的常用函數 ……………………………………………………………146
6．2．2 shiny 包的小部件 ………………………………………………………………147
6．2．3 Server 腳本的常用函數 ………………………………………………………150
6．3 用flexdashboard 包製作可視化儀表盤 ………………………………………………154
6．3．1 可視化儀表盤的初始化 ………………………………………………………154
6．3．2 可視化儀表盤的布局 …………………………………………………………156
VIII
R 語言數據可視化實戰( 微視頻全解版)
――大數據專業圖表從入門到精通
6．3．3 用highcharter 包可視化可交互圖形 …………………………………………162
6．3．4 可視化儀表盤案例 ……………………………………………………………167
6．4 本章小結 ………………………………………………………………………………172
第7 章 數據清洗、探索與可視化 …………………………………………………… 173
7．1 數據缺失值可視化 ……………………………………………………………………174
7．1．1 用VIM 包可視化數據的缺失值 ………………………………………………174
7．1．2 用naniar 包可視化數據的缺失值 ……………………………………………180
7．2 不同類型變量之間關係的可視化 ……………………………………………………184
7．2．1 連續變量之間關係的可視化 …………………………………………………184
7．2．2 分類變量之間關係的可視化 …………………………………………………185
7．2．3 分類變量與連續變量之間關係的可視化 ……………………………………190
7．3 多個變量之間關係的可視化 …………………………………………………………193
7．3．1 變量相關係數的可視化 ………………………………………………………193
7．3．2 多元統計分析的可視化 ………………………………………………………196
7．4 矩陣熱力圖可視化 ……………………………………………………………………200
7．4．1 可視化靜態熱力圖 ……………………………………………………………200
7．4．2 可視化可交互熱力圖 …………………………………………………………204
7．5 shiny 數據探索可視化應用 ……………………………………………………………205
7．6 本章小結 ………………………………………………………………………………215
第8 章 地圖信息數據可視化 ………………………………………………………… 216
8．1 可視化靜態地圖 ………………………………………………………………………217
8．1．1 用maps 包可視化地圖 …………………………………………………………217
8．1．2 用ggmap 包可視化地圖 ………………………………………………………221
8．2 tmap 包可視化地圖 ……………………………………………………………………224
8．2．1 用tmap 包可視化靜態地圖 ……………………………………………………226
8．2．2 用tmap 包可視化可交互地圖 …………………………………………………229
8．2．3 用tmap 包製作地圖動畫 ………………………………………………………229
8．3 用leaflet 包地圖數據可視化 …………………………………………………………232
8．3．1 繪製不同類型的地圖 …………………………………………………………233
8．3．2 在地圖上添加內容 ……………………………………………………………234
8．3．3 圖例和顏色映射 ………………………………………………………………237
8．3．4 用leaflet 包可視化案例 ………………………………………………………239
目
目
目
IX
8．4 用mapview 包可視化可交互地圖 ……………………………………………………243
8．4．1 用mapview() 函數可視化地圖 ………………………………………………243
8．4．2 設置鼠標單擊後顯示的內容 …………………………………………………245
8．5 shiny 地圖可視化應用 …………………………………………………………………247
8．6 本章小結 ………………………………………………………………………………254
第9 章 文本數據分析與可視化 ……………………………………………………… 256
9．1 文本數據預處理 ………………………………………………………………………257
9．1．1 英文文本數據預處理 …………………………………………………………257
9．1．2 中文文本數據預處理 …………………………………………………………259
9．2 詞頻提取與可視化 ……………………………………………………………………262
9．2．1 條形圖和熱力圖可視化 ………………………………………………………262
9．2．2 詞云可視化 ……………………………………………………………………266
9．2．3 蒸汽圖和圓堆積圖可視化 ……………………………………………………272
9．3 文本聚類與可視化 ……………………………………………………………………276
9．3．1 LDA 主題模型可視化 …………………………………………………………276
9．3．2 K 均值聚類和系統聚類可視化 …………………………………………… 280
9．3．3 文本探索性聚類可視化 ………………………………………………………284
9．4 詞向量的計算與可視化 ………………………………………………………………286
9．4．1 詞向量的計算 …………………………………………………………………286
9．4．2 詞向量可視化 …………………………………………………………………287
9．5 本章小結 ………………………………………………………………………………289
第10 章 網絡數據分析與可視化 ……………………………………………………… 291
10．1 用igraph 包可視化網絡數據 …………………………………………………………292
10．1．1 igraph 包的數據形式 …………………………………………………………292
10．1．2 igraph 包的參數和圖層 ………………………………………………………299
10．1．3 網絡圖的統計特性 ……………………………………………………………304
10．1．4 igraph 包可視化複雜網絡圖 …………………………………………………308
10．1．5 igraph 包的網絡分割圖 ………………………………………………………314
10．1．6 igraph 包可視化可交互網絡圖 ………………………………………………316
10．2 visNetwork 包可視化可交互網絡圖 …………………………………………………317
10．2．1 可視化igraph 包的網絡數據 …………………………………………………317
10．2．2 可視化數據表的網絡數據 ……………………………………………………319
X
R 語言數據可視化實戰( 微視頻全解版)
――大數據專業圖表從入門到精通
10．2．3 設置網絡圖的可交互功能 ……………………………………………………321
10．2．4 設置網絡圖的布局方式 ………………………………………………………325
10．2．5 可視化分組的可交互網絡圖 …………………………………………………327
10．3 其他可交互網絡圖可視化包 …………………………………………………………328
10．3．1 networkD3 包可視化可交互網絡圖 …………………………………………328
10．3．2 threejs 包可視化可交互3D 網絡圖 …………………………………………331
10．4 本章小結 ………………………………………………………………………………334
參考文獻 ………………………………………………………………………………… 335
1．1 數據可視化的發展 ……………………………………………………………………002
1．2 數據可視化的作用 ……………………………………………………………………004
1．3 R 語言數據可視化的優勢 ……………………………………………………………008
1．4 R 語言數據可視化的方法 ……………………………………………………………008
1．5 本章小結 ………………………………………………………………………………011
第2 章 R 語言可視化快速入門 ……………………………………………………… 012
2．1 R 語言的數據結構 ……………………………………………………………………013
2．1．1 向量和矩陣 ……………………………………………………………………013
2．1．2 高維數組 ………………………………………………………………………016
2．1．3 數據框和列表 …………………………………………………………………017
2．2 控制語句和函數 ………………………………………………………………………020
2．2．1 條件語句 ………………………………………………………………………020
2．2．2 循環語句和函數 ………………………………………………………………021
2．3 數據操作 ………………………………………………………………………………023
2．3．1 dplyr 包數據分類匯總 …………………………………………………………023
2．3．2 長寬數據轉換 …………………………………………………………………024
2．4 R 語言可視化包graphics ………………………………………………………………026
2．4．1 graphics 包的參數設置 …………………………………………………………026
VI
R 語言數據可視化實戰( 微視頻全解版)
――大數據專業圖表從入門到精通
2．4．2 使用graphics 包繪製子圖 ……………………………………………………031
2．5 本章小結 ………………………………………………………………………………033
第3 章 ggplot2 包數據可視化 ……………………………………………………… 035
3．1 ggplot2 包初探 …………………………………………………………………………036
3．1．1 用ggplot2 包數據可視化的繪圖流程 …………………………………………036
3．1．2 ggplot2 包的基礎主題的顯示 …………………………………………………038
3．2 ggplot2 包可視化的常用統計圖 ………………………………………………………040
3．2．1 ggplot2 包的幾何物件 …………………………………………………………040
3．2．2 ggplot2 包的theme() 函數 ……………………………………………………044
3．2．3 ggplot2 包的統計變換和位置調整 ……………………………………………048
3．3 ggplot2 包繪製分組圖形 ………………………………………………………………051
3．3．1 ggplot2 包的坐標系變換和分面 ………………………………………………051
3．3．2 ggplot2 包的顏色設置 …………………………………………………………055
3．4 可交互的ggplot2 圖形 …………………………………………………………………057
3．4．1 plotly 包的可交互圖形 …………………………………………………………058
3．4．2 ggiraphExtra 包的可交互圖形 …………………………………………………061
3．5 ggplot2 包可視化案例 …………………………………………………………………067
3．6 本章小結 ………………………………………………………………………………072
第4 章 ggplot2 拓展包可視化 ……………………………………………………… 073
4．1 用GGally 包數據可視化 ………………………………………………………………074
4．1．1 GGally 包功能簡介 ……………………………………………………………074
4．1．2 GGally 包可視化案例 …………………………………………………………074
4．2 ggChernoff 包數據可視化 ……………………………………………………………082
4．2．1 ggChernoff 包功能簡介 …………………………………………………………083
4．2．2 ggChernoff 包可視化案例 ………………………………………………………083
4．3 ggTimeSeries 包可視化時序數據 ……………………………………………………086
4．3．1 ggTimeSeries 包功能簡介 ………………………………………………………087
4．3．2 ggTimeSeries 包可視化案例 ……………………………………………………087
4．4 treemapify 和ggpol 包數據可視化 ……………………………………………………090
4．4．1 用treemapify 包可視化樹圖 …………………………………………………091
4．4．2 用ggpol 包數據可視化 …………………………………………………………093
4．5 eggridges 和gganimate 包數據可視化 ………………………………………………097
目
目
目
VII
4．5．1 用ggridges 包數據可視化 ……………………………………………………097
4．5．2 用gganimate 包可視化動畫 ……………………………………………………100
4．6 ggfortify 包數據可視化 ………………………………………………………………102
4．6．1 用ggfortify 包可視化多元統計分析 …………………………………………102
4．6．2 用ggfortify 包可視化時間序列分析 …………………………………………106
4．7 本章小結 ………………………………………………………………………………109
第5 章 數據3D 圖形可視化 ……………………………………………………………110
5．1 靜態3D 圖形可視化 ……………………………………………………………………111
5．1．1 用scatterplot3d 包可視化3D 散點圖 …………………………………………111
5．1．2 用plot3D 包可視化3D 圖形 …………………………………………………113
5．2 可交互3D 圖形的可視化 ………………………………………………………………118
5．2．1 用plotly 包可視化可交互3D 圖形 ……………………………………………118
5．2．2 用plotly 包3D 可視化回歸結果 ………………………………………………125
5．3 rayshader 包可視化3D 圖形 …………………………………………………………129
5．3．1 用rayshader 包繪製3D 地形圖 ………………………………………………129
5．3．2 rayshader 包3D 可視化ggplot2 圖形 …………………………………………130
5．4 其他3D 圖形可視化包 …………………………………………………………………136
5．4．1 plotrix 包可視化3D 餅圖 ………………………………………………………136
5．4．2 latticeExtra 包繪製3D 條形圖 …………………………………………………137
5．4．3 rgl 包製作3D 動畫 ……………………………………………………………138
5．5 本章小結 ………………………………………………………………………………140
第6 章 shiny 數據可視化應用與儀表盤 ………………………………………………141
6．1 shiny 應用的文件結構和使用方法 ……………………………………………………142
6．1．1 shiny 應用的文件結構 …………………………………………………………142
6．1．2 shiny 應用的使用方法 …………………………………………………………143
6．2 shiny 包的常見功能 ……………………………………………………………………146
6．2．1 UI 布局的常用函數 ……………………………………………………………146
6．2．2 shiny 包的小部件 ………………………………………………………………147
6．2．3 Server 腳本的常用函數 ………………………………………………………150
6．3 用flexdashboard 包製作可視化儀表盤 ………………………………………………154
6．3．1 可視化儀表盤的初始化 ………………………………………………………154
6．3．2 可視化儀表盤的布局 …………………………………………………………156
VIII
R 語言數據可視化實戰( 微視頻全解版)
――大數據專業圖表從入門到精通
6．3．3 用highcharter 包可視化可交互圖形 …………………………………………162
6．3．4 可視化儀表盤案例 ……………………………………………………………167
6．4 本章小結 ………………………………………………………………………………172
第7 章 數據清洗、探索與可視化 …………………………………………………… 173
7．1 數據缺失值可視化 ……………………………………………………………………174
7．1．1 用VIM 包可視化數據的缺失值 ………………………………………………174
7．1．2 用naniar 包可視化數據的缺失值 ……………………………………………180
7．2 不同類型變量之間關係的可視化 ……………………………………………………184
7．2．1 連續變量之間關係的可視化 …………………………………………………184
7．2．2 分類變量之間關係的可視化 …………………………………………………185
7．2．3 分類變量與連續變量之間關係的可視化 ……………………………………190
7．3 多個變量之間關係的可視化 …………………………………………………………193
7．3．1 變量相關係數的可視化 ………………………………………………………193
7．3．2 多元統計分析的可視化 ………………………………………………………196
7．4 矩陣熱力圖可視化 ……………………………………………………………………200
7．4．1 可視化靜態熱力圖 ……………………………………………………………200
7．4．2 可視化可交互熱力圖 …………………………………………………………204
7．5 shiny 數據探索可視化應用 ……………………………………………………………205
7．6 本章小結 ………………………………………………………………………………215
第8 章 地圖信息數據可視化 ………………………………………………………… 216
8．1 可視化靜態地圖 ………………………………………………………………………217
8．1．1 用maps 包可視化地圖 …………………………………………………………217
8．1．2 用ggmap 包可視化地圖 ………………………………………………………221
8．2 tmap 包可視化地圖 ……………………………………………………………………224
8．2．1 用tmap 包可視化靜態地圖 ……………………………………………………226
8．2．2 用tmap 包可視化可交互地圖 …………………………………………………229
8．2．3 用tmap 包製作地圖動畫 ………………………………………………………229
8．3 用leaflet 包地圖數據可視化 …………………………………………………………232
8．3．1 繪製不同類型的地圖 …………………………………………………………233
8．3．2 在地圖上添加內容 ……………………………………………………………234
8．3．3 圖例和顏色映射 ………………………………………………………………237
8．3．4 用leaflet 包可視化案例 ………………………………………………………239
目
目
目
IX
8．4 用mapview 包可視化可交互地圖 ……………………………………………………243
8．4．1 用mapview() 函數可視化地圖 ………………………………………………243
8．4．2 設置鼠標單擊後顯示的內容 …………………………………………………245
8．5 shiny 地圖可視化應用 …………………………………………………………………247
8．6 本章小結 ………………………………………………………………………………254
第9 章 文本數據分析與可視化 ……………………………………………………… 256
9．1 文本數據預處理 ………………………………………………………………………257
9．1．1 英文文本數據預處理 …………………………………………………………257
9．1．2 中文文本數據預處理 …………………………………………………………259
9．2 詞頻提取與可視化 ……………………………………………………………………262
9．2．1 條形圖和熱力圖可視化 ………………………………………………………262
9．2．2 詞云可視化 ……………………………………………………………………266
9．2．3 蒸汽圖和圓堆積圖可視化 ……………………………………………………272
9．3 文本聚類與可視化 ……………………………………………………………………276
9．3．1 LDA 主題模型可視化 …………………………………………………………276
9．3．2 K 均值聚類和系統聚類可視化 …………………………………………… 280
9．3．3 文本探索性聚類可視化 ………………………………………………………284
9．4 詞向量的計算與可視化 ………………………………………………………………286
9．4．1 詞向量的計算 …………………………………………………………………286
9．4．2 詞向量可視化 …………………………………………………………………287
9．5 本章小結 ………………………………………………………………………………289
第10 章 網絡數據分析與可視化 ……………………………………………………… 291
10．1 用igraph 包可視化網絡數據 …………………………………………………………292
10．1．1 igraph 包的數據形式 …………………………………………………………292
10．1．2 igraph 包的參數和圖層 ………………………………………………………299
10．1．3 網絡圖的統計特性 ……………………………………………………………304
10．1．4 igraph 包可視化複雜網絡圖 …………………………………………………308
10．1．5 igraph 包的網絡分割圖 ………………………………………………………314
10．1．6 igraph 包可視化可交互網絡圖 ………………………………………………316
10．2 visNetwork 包可視化可交互網絡圖 …………………………………………………317
10．2．1 可視化igraph 包的網絡數據 …………………………………………………317
10．2．2 可視化數據表的網絡數據 ……………………………………………………319
X
R 語言數據可視化實戰( 微視頻全解版)
――大數據專業圖表從入門到精通
10．2．3 設置網絡圖的可交互功能 ……………………………………………………321
10．2．4 設置網絡圖的布局方式 ………………………………………………………325
10．2．5 可視化分組的可交互網絡圖 …………………………………………………327
10．3 其他可交互網絡圖可視化包 …………………………………………………………328
10．3．1 networkD3 包可視化可交互網絡圖 …………………………………………328
10．3．2 threejs 包可視化可交互3D 網絡圖 …………………………………………331
10．4 本章小結 ………………………………………………………………………………334
參考文獻 ………………………………………………………………………………… 335
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