📈 [R] 데이터 시각화 - 면, 문자를 그리는 함수

면을 그리는 함수

면을 그리는 함수에는 box(), rect(), polygon() 이 있다.

box() 함수

box() 함수는 현재의 그래픽 장치의 특정 영역에 사각형 상자를 그린다. 인수에는 which가 있는데 상자를 그릴 영역을 지정한다. 인수 값으로는 "outer", "inner", "plot", "figure"가 있다. "outer"는 그래픽 장치의 바깥쪽을 의미하며, "inner"는 바깥 마진의 안쪽 영역을 의미한다. "figure"는 그림 영역의 테두리를 의미하고 "plot"은 플롯 영역의 테두리를 의미한다. 기본 값으로 "plot"이 설정되어 있다.

op <- par(no.readonly = TRUE)
# margin & outer margin
par(mar = c(2, 2, 2, 2), oma = c(2, 2, 2, 2))
set.seed(1)
hist(rnorm(50), axes = F, xlab = "", ylab = "", main = "box")
# 영역의 종류
whichs <- c("outer", "inner", "plot", "figure")
box(which = whichs[1], lty = 1, lwd = 1.2, col = "red")
box(which = whichs[2], lty = 2, lwd = 1.2, col = "black")
box(which = whichs[3], lty = 3, lwd = 1.2, col = "blue")
box(which = whichs[4], lty = 4, lwd = 1.2, col = "green")
legend(locator(1), legend = whichs, lwd = 1.2, lty = 1:4,
       col = c("red", "black", "blue", "green"))
par(op)

hist() 함수는 히스토그램을 그리는 고수준 그래픽 함수다. 여기서는 50개의 정규난수의 분포를 히스토그램으로 출력하였다. 화면을 분할하지 않았기 때문에 which 인수 값으로 사용한 "inner"와 "figure"에 해당하는 상자의 위치가 동일하다.
box() 함수의 bty 인수는 상자의 모양을 지정한다. 이 인수는 사실상 which 인수 값이 "plot"일 경우에만 유용하게 쓰일 수 있다. 그 이유는 bty 인수가 지정하는 상자의 모양이 플롯의 좌표축을 둘러싼 상자의 모양을 의미하기 때문이다. 그러므로 which 인수의 인수 값이 "plot"이 아닌 경우에는 굳이 사용할 필요가 없다.

rect() 함수

rect() 함수는 플롯 영역 내부의 좌표 상에 사각형의 도형을 그린다. rect() 함수의 좌표를 지정하는 인수는 네 개다. xleft 인수는 사각형의 왼쪽 x좌표, ybottom 인수는 아래쪽 y좌표, xright 인수는 오른쪽 x좌표, ytop 인수는 위쪽 y좌표를 나타낸다. 각각의 인수에는 스칼라나 벡터가 올 수 있다.
col 인수는 사각형 내부의 색상을 지정하고 border 인수는 사각형 테두리 색상을 지정한다. 만약에 border 인수를 사용하지 않으면 col의 인수 값으로 테두리의 색상이 결정된다. density 인수는 내부를 채우는 선의 밀도를 나타내며 1인치당 선의 개수를 의미한다. angle 인수는 내부를 채울 선의 기울기 각도를 도(degree) 단위로 지정하는데, 기본 설정 값은 45이다. density 인수의 기본 값은 NULL인데, 이 경우에는 angle 인수를 사용하는 것은 의미가 없다. lty 인수와 lwd 인수는 테두리와 선에 공통으로 적용된다.

op <- par(no.readonly = TRUE)
par(mar = c(0, 2, 2, 2))
plot(1:10, type = "n", main = "rect", xlab = "", ylab = "", axes = F)
rect(xleft = 1, ybottom = 7, xright = 3, ytop = 9)
text(2, 9.5, adj = 0.5, "default")
rect(1, 4, 3, 6, col = "gold")
text(2, 6.5, adj = 0.5, "col = \"gold\"")
rect(1, 1, 3, 3, border = "gold")
text(2, 3.5, adj = 0.5, "border = \"gold\"")
rect(4, 7, 6, 9, density = 10)
text(5, 9.5, adj = 0.5, "density = 10")
rect(4, 4, 6, 6, density = 10, angle = 315)
text(5, 6.5, adj = 0.5, "density = 10, angle = 315")
rect(4, 1, 6, 3, density = 25)
text(5, 3.5, adj = 0.5, "density = 25")
rect(7, 7, 9, 9, lwd = 2)
text(8, 9.5, adj = 0.5, "lwd = 2")
rect(7, 4, 9, 6, lty = 2)
text(8, 6.5, adj = 0.5, "lty = 2")
rect(7, 1, 9, 3, lty = 2, density = 10)
text(8, 3.5, adj = 0.5, "lty = 2, density = 10")
par(op)

polygon() 함수

polygon() 함수는 좌표 점들을 이어서 다각형을 그리는 함수다. 좌표를 지정하는 방법은 plot() 함수와 같고 나머지 인수들은 rect() 함수와 같다. 단지 rect() 함수가 사각형을 그리는 반면에 polygon() 함수는 다양한 모양의 다각형을 그릴 수 있는 점만 다르다.
좌표를 나타내는 벡터를 순서대로 연결하고 마지막의 좌표에서는 첫 번째 좌표와 연결을 해서 다각형을 만든다. 만약 점의 개수가 두 개이면 단순히 선만 그린다. 점들을 이어서 다각형을 만들기 때문에 경우에 따라서는 다각형이 볼록하게 튀어나오는 부분도 있고 오목하게 들어간 부분도 생기게 되며, 선분이 교차하는 다각형이 만들어질 수도 있다.

op <- par(no.readonly = TRUE)
par(mar = c(0, 2, 2, 2))
# 원 모양을 만들기 위해 theta를 구함
theta <- seq(-pi, pi, length = 12)
x <- cos(theta)
y <- sin(theta)
plot(1:6, type = "n", main = "polygon", xlab = "", ylab = "", axes = F)
# 좌표 이동을 위한 작업
x1 <- x + 2
y1 <- y + 4.5
polygon(x1, y1)
x2 <- x + 2
y2 <- y + 2
polygon(x2, y2, col = "gold")
x3 <- x + 5
y3 <- y + 4.5
polygon(x3, y3, density = 10)
x4 <- x + 5
y4 <- y + 2
polygon(x4, y4, lty = 2, lwd = 2)
text(2, 5.7, adj = 0.5, "defalut")
text(2, 3.2, adj = 0.5, "col = \"gold\"")
text(5, 5.7, adj = 0.5, "density = 10")
text(5, 3.2, adj = 0.5, "lty = 2, lwd = 2")
par(op)

위 코드에서는 polygon() 함수를 이용해서 정십일각형을 만들었다. 삼각 함수의 각도를 나타내는 수치형 벡터 theta의 길이가 12이지만 -$\pi$와 $\pi$에 해당하는 좌표점이 겹쳐져서 십일각형이 된다. 그러므로 lines() 함수를 사용해도 동일한 십일각형을 얻을 수 있다. 만약 seq() 함수의 length 인수 값을 크게 해서 좌표 점의 개수를 늘리면, 그 다각형은 원의 모양에 가까워 진다.

문자를 그리는 함수

문자를 그리는 함수에는 title() 함수, text() 함수, mtext() 함수 등이 있다. 이들은 플롯의 제목, 축의 라벨를 출력하거나 특정 위치에 문자열로 부연 설명 등을 나타내는 용도로 사용한다.

title() 함수

title() 함수는 함수의 이름처럼 플롯에 타이틀을 출력하는 함수다. 출력할 수 있는 타이틀의 종류는 네 개로 각각의 인수를 지정하여 출력한다. 인수에는 메인 타이틀을 정의하는 main 인수, 서브 타이틀을 지정하는 sub 인수, x축의 이름을 지정하는 xlab 인수, y축의 이름을 지정하는 ylab 인수가 있다. 각각의 인수값으로는 문자열을 사용한다. 이들 네 개의 인수는 하나의 title() 함수 안에서 사용할 수도 있으며 각각 개별 title() 함수로 나누어서 사용할 수도 있다.

op <- par(no.readonly = TRUE)
par(mar = c(4, 4, 4, 4), oma = c(4, 0, 0, 0))
set.seed(2)
plot(rnorm(20), type = "o", xlab = "", ylab = "")
title(main = "Main title on line1", line = 1)
title(main = "Main title on line2", line = 2)
title(main = "Main title on line3", line = 3)
title(sub = "subtitle on line1", line = 1, outer = T)
title(sub = "subtitle on line2", line = 2, outer = T)
title(sub = "subtitle on line3", line = 3, outer = T)
title(xlab = "X label on line1", line = 1)
title(xlab = "X label on line2", line = 2)
title(xlab = "X label on line3", line = 3)
title(ylab = "Y label on line1", line = 1)
title(ylab = "Y label on line2", line = 2)
title(ylab = "Y label on line3", line = 3)
par(op)

메인 타이틀은 마진 3에 출력되고, 서브 타이틀은 마진 1에 출력된다. x축의 이름도 마진 1에 출력되며, y축의 이름은 마진 2에 출력된다. line 인수를 사용하여 각각 영역에서의 위치를 지정할 수 있다. outer 인수는 기본 값이 FALSE 인데, TRUE로 지정하면 마진이 아닌 바깥 마진에 출력된다.

R 그래프의 영역은 다음과 같다.

title() 함수는 글자의 색상, 크기, 모양을 지정할 수도 있으며 수식 문자를 출력할 수도 있다.

text() 함수

text() 함수는 플롯 영역의 좌표에 문자를 출력하는 함수다. 좌표는 x, y의 인수로 지정하며 labels 인수에 출력할 문자를 지정한다.

op <- par(no.readonly = TRUE)
par(mar = c(0, 0, 2, 0))
plot(1:10, 1:10, type = "n", xlab = "", ylab = "", main = "text")
text(1.5, 9, adj = 0, labels = "피타고라스의 정리")
polygon(c(5, 3, 5), c(9, 7, 7))
polygon(c(5, 5, 4.8, 4.8), c(7, 7.2, 7.2, 7))
text(3.64, 8.36, adj = 0, labels = "c")
text(3.94, 6.67, adj = 0, labels = "a")
text(5.36, 7.95, adj = 0, labels = "b")
# example expression labels
text(1.5, 8, adj = 0, labels = expression(c^2 == a^2 + b^2))
text(1.5, 6, adj = 0, labels = expression(cos(r^2) * e^{-r/6}))
text(2, 3, adj = 0.3, labels = expression(z[i] == sqrt(x[i]^2 + y[i]^2)))
text(9, 4, adj = 1, labels = expression(f(x) == frac(1, sqrt((2 * pi)^n ~ ~det(Sigma[x]))) ~ ~exp * bgroup("(", -frac(1,2) ~ ~(x - mu)^T * Sigma[x]^-1 * (x - mu), ")")))
text(5, 5, adj = 0.5, labels = expression(y == bgroup("(", atop(a ~ ~b, c ~ ~d), ")")))
# Example position by pos
points(8, 8, pch = 16)
text(8, 8, "position1", pos = 1)
text(8, 8, "position2", pos = 2)
text(8, 8, "position3", pos = 3)
text(8, 8, "position4", pos = 4)
# Example offset
points(8, 6, pch = 16)
text(8, 6, "offset1", pos = 1, offset = 1)
text(8, 6, "offset2", pos = 2, offset = 1.5)
text(8, 6, "offset3", pos = 3, offset = 2)
text(8, 6, "offset4", pos = 4, offset = 2.5)
# Example adj by adj(x,y)
text(4, 2, "at(4,2) left/top by adj = c(0,0)", adj = c(0, 0))
text(4, 1.5, "at(4,2) center/bottom by adj = c(0.5, 1)", adj = c(0.5, +1))
text(8, 3, "at(8,3) right/middle by adj = c(1,0.5)", adj = c(1, 0.5))
par(op)

adj 인수는 문자열의 정렬 방식을 지정한다. 0부터 1까지의 값을 가질 수 있는데 0은 왼쪽 정렬, 1은 오른쪽 정렬, 0.5는 가운데 정렬을 의미한다. 0.3, 0.7 등의 값을 사용할 수도 있다. 0.3은 왼쪽 정렬과 가운데 정렬을 혼합한 형태고, 0.7은 오른쪽 정렬과 가운데 정렬을 혼합한 형태라 할 수 있다. adj 인수에 길이가 2인 벡터를 사용하면 (x,y)의 정렬이 된다. 즉 앞의 x는 왼쪽, 가운데, 오른쪽 등 x축에 대한 정렬이고, 뒤의 y는 위, 중간, 아래 등 y축에 대한 정렬을 의미한다. 그러므로 adj 인수는 좌우 정렬과 상하 정렬의 두 가지 방법으로 사용할 수 있는 셈이다.
labels 인수에 출력할 문자를 입력하면 지정한 좌표 점에 문자가 출력된다. 만약 expression() 함수를 사용하면 일반 문자가 아닌 수식 문자를 출력할 수도 있다. 그러기 위해서는 expression() 함수가 인식할 수 있는 문법으로 표현해야 한다.
pos 인수는 지정한 좌표 점을 기준으로 아래, 왼쪽, 위, 오른쪽의 점의 위치를 지정한다. 마진을 지정할 때와 기본 값이 같아서 1, 2, 3, 4 중에 하나의 값을 취할 수 있다. pos 인수는 adj 인수와 유사하다.
offset 인수는 pos 인수와 함께 사용한다. 이 값은 좌표에서 pos 방향으로 얼마나 떨어져서 문자를 출력할지를 설정하는 인수다. 그러므로 offset 인수 하나만 사용하는 것은 의미가 없다.

mtext() 함수

mtext 함수는 마진이나 바깥 마진에 문자를 출력하는 함수다. side 인수로 여백의 위치를 지정하며 text 인수에 출력할 문자를 지정한다. title() 함수와 기능면에서 유사하다. line과 outer 인수도 title() 함수와 동일한 기능을 한다.

op <- par(no.readonly = TRUE)
par(mar = c(4, 4, 4, 4), oma = c(4, 0, 0, 0))
set.seed(5)
plot(rnorm(20), type = "o", xlab = "", ylab= "")
mtext("Position3 on line1", line = 1)
mtext("Position3 on line2", side = 3, line = 2)
mtext("Position3 on line3", side = 3, line = 3)
mtext("Outer position1 on line1", side = 1, line = 1, outer = T)
mtext("Outer position1 on line2", side = 1, line = 2, outer = T)
mtext("Outer position1 on line3", side = 1, line = 3, outer = T)
mtext("Position1 on line1", side = 1, line = 1, adj = 0)
mtext("Position1 on line2", side = 1, line = 2, adj = 0.5)
mtext("Position1 on line3", side = 1, line = 3, adj = 1)
mtext("Position2 on line1", side = 2, line = 1, adj = 0)
mtext("Position2 on line2", side = 2, line = 2, adj = 0.5)
mtext("Position2 on line3", side = 2, line = 3, adj = 1)
mtext("at 0, Posion4 on line1", side = 4, line = 1, at = 0)
mtext("at 0, adj 0, Posion4 on line2", side = 4, line = 2, at = 0, adj = 0)
mtext("at 0, adj 1, Posion4 on line3", side = 4, line = 3, at = 0, adj = 1)
par(op)

adj 인수는 마진 1이나 마진 3, 즉 위와 아래의 여백에서는 0이 왼쪽, 1이 오른쪽 정렬을 의미한다. 마진 2이나 마진 4, 즉 왼쪽과 오른쪽 여백에서는 0이 아래쪽, 1이 위쪽 정렬을 의미한다. adj 인수의 기본 값은 0.5이다. 또한 padj 인수도 있는데 이 인수는 마진 1이나 마진 3에서는 높이에 대한 정렬이고, 마진 2이나 마진 4에서는 좌우에 대한 정렬을 의미하는 인수다. at 인수는 좌표 값의 기준으로 정렬을 지정한다.