고수준 그래픽 함수

여러 가지 저수준 그래픽 함수의 기능을 모아서 하나의 완성된 플롯을 그리는 함수를 만드는데, 이러한 함수를 고수준 그래픽 함수라고 한다.

plot() 함수

가장 대표적인 고수준 그래픽 함수이다. plot()은 데이터를 x-y 좌표 상에 출력한다.

# x좌표를 위한 벡터
x1 <- 1:5
# y좌표를 위한 벡터
y1 <- x1^2
# z좌표를 위한 벡터
z1 <- 5:1
# 행렬 생성
(mat1 <- cbind(x1,y1,z1))

# 그래픽 윈도우의 화면 분할 (2행 3열)
op <- par(no.readonly = TRUE)
par(mfrow=c(2,3))
# 일변량 그래프
plot(y1, main = "using index")
# 이변량 그래프
plot(x = x1, y = y1, main = "x^2")
# 이변량 그래프(행렬)
plot(mat1, main = "using matrix")
plot(x1, y1, type = "l", main = "line")
plot(x1, y1, type = "h", main = "high density")
plot(x1, y1, type = "n", main = "no plotting")
# 그래픽 윈도우의 화면 병합 (1행 1열)
par(op)

par() 함수는 그래픽 장치의 옵션을 설정하거나 조회하는 함수로 그래픽 장치를 2행 3열의 역역으로 분할하고, 각 plot() 함수가 분할된 여섯 개의 그림 영역에 플롯을 그렸다.
plot(x = x1, y = y1)는 플롯의 x좌표에 x1, y좌표에 y1를 대응하여 산점도를 그린다. plot(x1, y1)으로 표현해도 된다. plot(y1)을 실행하면 y1은 y좌표 값이 되고 x좌표 값에는 index 즉 1:length(y1)이 사용된다. 행렬 mat1을 이용하여 plot(mat1)을 실행시키면, 첫 번쨰 열을 x좌표 값으로 두번째 열을 y좌표 값으로 사용한다. 행렬의 나머지 열인 z1은 사용되지 않는다.
type 인수는 "p"가 기본 값으로 좌표 (x1[1], y1[1]), ... , (x1[n], y1[n])의 n개의 점을 찍어 산점도를 그린다.
type 인수의 값을 정리하면 다음과 같다.

• p : 점
• l : 선
• b : 점과 선
• c : b옵션에서 점이 빠진 모습
• o : 겹친 점과 선
• h : 수직선
• s : 수평선 우선의 계단모양
• S : 수직선 우선의 계단모양
• n : 출력하지 않음

main 인수는 플롯에 메인 타이틀을 만들어 준다.

저수준 그래픽 함수

저수준 그래픽 함수에는 그래픽 장치의 기본적인 환경을 설정하는 par() 함수를 비롯해서 점, 선, 면, 문자, 좌표축, 범례를 만드는 함수 등 일일이 열거하기 힘들 정도로 많은 것이 있다. par() 함수를 제외한 이들 함수는 고수준 그래픽 함수를 이용해서 그려 놓은 플롯 위에서 동작하며, 점을 찍거나 제목을 입력하는 등의 그래픽 꾸밈 작업을 한다.

점을 찍는 함수

points() 함수

points() 함수는 플롯 영역의 지정한 좌표 위에 점을 찍는다. 기본적인 인수로는 x좌표를 지정하는 x와 y좌표를 지정하는 y가 있으며, 좌표를 지정하는 방법은 plot() 함수와 동일하다.

x <- rep(1:5, rep(5,5))
x
y <- rep(5:1, 5)
y

pchs <- c("&", "z", "Z", "1", "가")
plot(1:5, type = "n", xlim = c(0, 7.5), ylim = c(0.5, 5.5), main = "point by 'pch'")
points(x, y, pch = 1:25, cex = 1.5)
text(x - 0.4, y, labels = as.character(1:25), cex = 1.2)
points(rep(6,5), 5:1, pch = 65:69, cex = 1.5)
text(rep(6,5) - 0.4, y , labels = as.character(65:69), cex = 1.2)
points(rep(7,5), 5:1, pch = pchs, cex = 1.5)
text(rep(7,5) - 0.4, y, labels = paste("'", pchs, "'", sep = ""), cex = 1.2)

pch 인수는 점의 모양을 지정하는 인수로 세 가지 방법을 사용할 수 있다.
1~25의 정수는 정의된 25가지 심볼을 출력한다. 두 번째로 32부터 127까지의 정수는 아스키 문자를 출력한다. 마지막은 문자를 직접 지정하는 경우로 문자형 데이터를 입력한다. 한글도 지원한다. 그러나 문자의 길이는 1이어야 한다. 이보다 긴 문자열을 입력한다면 맨 처음 문자만 출력된다.
cex 인수는 점의 크기를 지정한다. 기본 값이 1이며 인수의 크기와 점의 크기는 비레한다.
plot() 함수에서 xlim(x-axis limits) 인수와 ylim(y-axis limits) 인수는 각각 x축과 y축의 좌표 범위를 지정한다.
text() 함수는 문자열을 좌표 영역에 출력하는 함수로 points() 함수와 기능이 비슷하다.

선을 그리는 함수

abline() 함수

abline() 함수는 직교좌표에 직선을 그리는 함수로, 인수의 종류별로 다음과 같이 다섯 가지 방법으로 직선을 그린다.

• a,b 인수 : y = a + bx 방정식의 직선을 그린다. 즉, 기울기 b와 절편 a를 갖는 직선을 그린다.
• h 인수 : x축과 평행하고, y의 값이 h인 가로 직선을 그린다.
• v 인수 : y축과 평행하고, x의 값이 v인 세로 직선을 그린다.
• coef 인수 : 기울기와 절편이 포함된 수치 벡터로 직선을 그린다. 통상적으로 선형회귀모형의 계수를 사용한다.
• reg 인수 : 선형회귀모형을 적용한 lm 객체로 직선을 그린다.

cars[1:4,]
z <- lm(dist ~ speed, data = cars)
is(z)
z$coefficients
plot(cars, main = "abline")
# horizontal
abline(h = 20)
abline(h = 30)
# veritical
abline(v = 20, col = "blue")
# y = a + bx
abline(a = 40, b = 4, col = "red")
# reg 인수
abline(z, lty = 2, lwd = 2, col = "green")
# coef 인수
abline(z$coefficients, lty = 3, lwd = 2, col = "red")

abline(h = 20), abline(h = 30)은 x축에 평행한 직선으로 y = 20과 y = 30인 직선을 그린다. abline(v = 20)은 y축에 평행한 직선으로 x = 20인 직선을 그린다. abline(a = 40, b = 4)은 절편이 40이고 기울기가 4인 직선을 그린다. 즉, y = 40 + 4x의 직선을 그린다. 또한 abline(40,4)라 해도 결과는 동일하다.
abline(z, lty = 2, lwd = 2) 에서 다른 직선과 구별하기 위해 lty 인수로 직선의 모양을 파선으로 바꾸고, lwd 인수를 이용해서 직선을 굵게 표시했다.

lines() 함수

lines() 함수는 좌표의 점들을 이어서 선을 그리는 함수다. plot()함수의 type 인수에 "l"을 사용한 것과 유사하며 좌표를 지정하는 방법도 plot() 함수와 동일하다. lty 인수로 선의 모양을 지정한다.

op <- par(no.readonly = TRUE)
par(mar = c(0,2,3,2))
lty1 <- c("blank", "solid", "dashed", "dotted", "dotdash", "longdash", "twodash")
lty2 <- c("33", "24", "F2", "2F", "3313", "F252", "FF29")
plot(0:6, 0:6, type = "n", ylim = c(0,20), xlab = "", ylab = "", main = "lines")
lines(c(1, 3), c(20, 20), lty = 1); text(4, 20, "1")
lines(c(1, 3), c(19, 19), lty = 2); text(4, 19, "2")
lines(c(1, 3), c(18, 18), lty = 3); text(4, 18, "3")
lines(c(1, 3), c(17, 17), lty = 4); text(4, 17, "4")
lines(c(1, 3), c(16, 16), lty = 5); text(4, 16, "5")
lines(c(1, 3), c(15, 15), lty = 6); text(4, 15, "6")
lines(c(1, 3), c(14, 14), lty = lty1[1]); text(4, 14, lty1[1])
lines(c(1, 3), c(13, 13), lty = lty1[2]); text(4, 13, lty1[2])
lines(c(1, 3), c(12, 12), lty = lty1[3]); text(4, 12, lty1[3])
lines(c(1, 3), c(11, 11), lty = lty1[4]); text(4, 11, lty1[4])
lines(c(1, 3), c(10, 10), lty = lty1[5]); text(4, 10, lty1[5])
lines(c(1, 3), c(9, 9), lty = lty1[6]); text(4, 9, lty1[6])
lines(c(1, 3), c(8, 8), lty = lty1[7]); text(4, 8, lty1[7])
lines(c(1, 3), c(7, 7), lty = lty2[1]); text(4, 7, lty2[1])
lines(c(1, 3), c(6, 6), lty = lty2[2]); text(4, 6, lty2[2])
lines(c(1, 3), c(5, 5), lty = lty2[3]); text(4, 5, lty2[3])
lines(c(1, 3), c(4, 4), lty = lty2[4]); text(4, 4, lty2[4])
lines(c(1, 3), c(3, 3), lty = lty2[5]); text(4, 3, lty2[5])
lines(c(1, 3), c(2, 2), lty = lty2[6]); text(4, 2, lty2[6])
lines(c(1, 3), c(1, 1), lty = lty2[7]); text(4, 1, lty2[7])
par(op)

lty 인수의 인수 값을 지정하는 방법에는 세 가지가 있다. 첫 번째는 1부터 6까지의 정수를 지정하는 방법으로 각각의 정수에 미리 정의된 모양으로 선을 그린다. 6보다 큰 정수를 지정하면 리사이클링 룰에 의해서 7은 1, 8은 2에 해당하는 선을 그린다. 두 번째는 선의 유형 이름을 문자열로 지정하는 방법이다. 선의 유형 이름에는 "blank", "solid", "dashed", "dotted", "dotdash", "longdash", "twodash"의 일곱 가지가 있다. 여기서 "blank"는 선이 없음을 의미하고, 나머지 여섯 개는 정수로 지정한 것과 동일하다. 즉 다음과 같은 관계가 성립한다.

• "solid" = 1
• "dashed" = 2
• "dotted" = 3
• "dotdash" = 4
• "longdash" = 5
• "twodash" = 6

세 번째 방법은 사용자가 임의의 패턴으로 선 모양을 정의하는 방법이다. 이 방법은 다음과 같은 두 가지 유형으로 나눌수 있다.

• lty = "BW"
• lty = "BWBW"

인수 값에서 B는 black, W는 white를 의미하며 16진수를 사용한다. B는 검은색 길이를 의미하므로 선의 길이를 W는 하얀색 길이를 의미하므로 공백의 길이를 의미한다. 파선일 경우는 "33"정도로 표시할 수 있다. 선의 길이가 3이고 공백의 길이가 3인 것이 반복해서 이루어진 선의 모양을 정의하는 것이다. "F252"는 선의 길이가 15이고 공백의 길이가 2, 다시 선의 길이가 5이고 공백의 길이가 2인 반복 패턴을 정의한다.
plot() 함수에서 사용한 xlab(x-axis labels) 인수와 ylab(x-axis labels) 인수는 x축과 y축의 라벨 이름을 지정하는 인수로 위 코드에서는 이름을 출력하지 않기 위해서 """"을 입력하였다. lines() 함수는 abline() 함수처럼 lwd 인수를 이용해서 선의 굵기를 지정하고 col 인수를 사용해서 선의 색상을 지정한다.

arrows() 함수

arrows() 함수는 화살표를 그리는 함수다. 이 함수는 좌표 값으로 네 개의 인수를 사용한다. 좌표에서 화살표의 시작점과 끝점을 나타내는 인수로 x0, y0, x1, y1을 사용한다.

op <- par(no.readonly = TRUE)
par(mar = c(0,0,2,0))
plot(1:9, type = "n", axes = FALSE, xlab = "", ylab = "", main = "arrows")
arrows(1, 9, 4, 9, angle = 30, length = 0.25, code = 2)
text(4.5, 9, adj = 0, "angle = 30, length = 0.25, code = 2(default)")
arrows(1, 8, 4, 8, length = 0.5); text(4.5, 8, adj = 0, "length = 0.5")
arrows(1, 7, 4, 7, length = 0.1); text(4.5, 7, adj = 0, "length = 0.1")
arrows(1, 6, 4, 6, angle  = 60); text(4.5, 6, adj = 0, "angle = 60")
arrows(1, 5, 4, 5, angle = 90); text(4.5, 5, adj = 0, "angle = 90")
arrows(1, 4, 4, 4, angle = 120); text(4.5, 4, adj = 0, "angle = 120")
arrows(1, 3, 4, 3, code = 0); text(4.5, 3, adj = 0, "code = 0")
arrows(1, 2, 4, 2, code = 1); text(4.5, 2, adj = 0, "code = 1")
arrows(1, 1, 4, 1, code = 3); text(4.5, 1, adj = 0, "code = 3")
par(op)

angle 인수는 화살의 각도를 나타내며 기본 값으로 30이 설정되어 있다. length 인수는 화살의 길이를 나타내는데, 단위는 inch 이며 0.25가 기본 값으로 설정되어 있다. code 인수는 화살표의 모양을 설정한다. 0은 화살촉이 없는 선이고, 1은 시작점에 화살촉이 있는 화살표, 2는 끝점에 화살촉이 있는 화살표, 3은 시작점과 끝점 모두 화살촉이 있는 화살표를 의미한다.
arrows() 함수도 lty, lwd, col 인수를 사용하여 선의 형태, 굵기, 색상을 지정할 수 있다.
plot() 함수에서 사용한 axes 인수는 좌표축의 출력여부를 설정하는 인수인데 FALSE를 지정하여 좌표축을 표시하지 않았다. axes 인수의 기본 값은 TRUE다. text() 함수는 좌표에 문자열을 출력하는 함수다.

segments() 함수

segments() 함수는 좌표점들의 그룹을 만든 후 각각의 그룹별로 꺾은선을 그린다는 점만 빼고 lines() 함수와 동일한 기능을 한다. 그러므로 하나의 꺾은선이 아니라 여러 꺾은선을 한 좌표 상에 표한할 경우에 사용한다.

op <- par(no.readonly = TRUE)
par(mar = c(4, 4, 3, 2), mfrow = c(2,1))
set.seed(3)
x <- runif(12)
set.seed(4)
y <- rnorm(12)
i <- order(x); x <- x[i]; y <- y[i]
plot(x, y, main = "2 segments by segments function")
s <- seq(length(x) - 1)
segments(x[s], y[s], x[s+2], y[s+2], lty = 1:2)
plot(x, y, main = "3 segments by segments function")
s <- seq(length(x) - 2)
segments(x[s], y[s], x[s+3], y[s+3], lty = 1:3)
box(which = "outer")
par(op)

첫 번째 segments() 함수는 홀수 번째 점끼리 연결하여 하나의 꺾은선을 그리고, 짝수 번째 점끼리 연결하여 또 하나의 꺾은선을 그린다. 두 번째 segments() 함수는 세 개의 꺾은선을 그린다.