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la production de graphiques sous R Parmi eux citons le package lattice implémenté La fonction barplot() possède aussi de nombreux arguments
Université du Québec à Rimouski
Département de Biologie, Chimie et GéographieL"ART GRAPHIQUE SOUS RNicolas Casajus
K´evin Cazelles
- Novembre 2014 - Ce document est distribué sous les termes de laLicence Art Libre, licence de libre diffusion soumise à certaines conditions.Avant-propos
Le logiciel R est un environnement de statistiquesopen-sourcelibrement distribué sousles termes de la licence publique générale GNU. Très puissant pour réaliser n"importe quel
type d"analyses statistiques, il s"avère aussi extrêmement performant dans la visualisationdes données. D"ailleurs, dès son apparition au milieu des années quatre-vingt-dix, R était
déjà muni d"un module permettant de produire des graphiques. Utiliser le logiciel R pour produire des graphiques de haute qualité présente un certain nombre d"avantages. Premièrement, chaque composant du graphique peut être modifié, ce qui offre beaucoup de souplesse à l"utilisateur. Deuxièmement, il permet de réaliser l"ensemble du flux de travail (importation de données, manipulation de données, analyses statistiques, représentation graphique et exportation) sur un même support logiciel. Cequi nous épargne l"apprentissage de différents outils à usage unique. Enfin, son utilisation
va trouver toute sa justification lorsqu"une chaîne de traitements devra être répétée un
grand nombre de fois (automatisation des tâches).Au cours des dernières années, de nombreux packages ont été développés pour faciliter
la production de graphiques sous R. Parmi eux, citons le packagelatticeimplémenté par Deepayan Sarkar. Ce package s"intéresse spécifiquement à la visualisation de don- nées multivariées. Plus récemment, le packageggplot2développé par Hadley Wickham a énormément gagné en popularité dans les laboratoires de recherches. Il repose sur la grammaire des graphiques (The Grammar of Graphics), ouvrage de référence écrit parLeland Wilkinson.
Bien que ces packages soient très intéressants, ils présentent l"inconvénient de dépendre
d"un certain nombre de packages additionnels. De plus, leur prise en main peut s"avérer difficile puisqu"ils implémentent souvent des méthodes spécifiques, qui dans le cas de ggplot2peut s"apparenter à un sous-langage R à part entière. L"idée ici n"est pas dedénigrer de tels outils, qui s"avèrent être tout de même puissants et complets. Non, notre
objectif est de fournir les clés nécessaires pour produire de graphiques de haute qualité ne nécessitant aucune retouche supplémentaire via des logiciels commeThe Gimp,Adobe Illustratorou encoreAdobe Photoshop. En d"autres termes, vous apprendrez à réaliser des graphiques prêts à être soumis à une revue scientifique. Cet enseignement est basé sur l"utilisation du système graphique traditionnel de R : le packagegraphics. Il fait abstraction de tout autre package complémentaire. Le package graphicsfait partie des packages de base de R. Sa philosophie est à la fois simple et trèspuissante : n"importe quel graphique peut être généré sans avoir recours à des packages
additionnels. Cela a néanmoins un coût : tout est possible, certes, mais avec un nombre de lignes parfois important, nous le concédons volontiers. Mais, c"est un très bon support pour découvrir l"univers des graphiques et faire connaissance avec leurs éléments constitutifs. iv Ce document fait suite à une formation donnée en novembre 2014 à une trentained"étudiants gradués de l"Université du Québec à Rimouski. Il est structuré en sept par-
ties. Alors que le premier chapitre illustre les grands types de graphiques réalisables sous R à l"aide desHigh-level plotting functions, le second vous permettra d"éditer un graphe en lui ajoutant des informations avec desLow-level plotting functions. Le troisième, pro- bablement le plus long, passe en revue les différents paramètres graphiques. Ainsi, vous apprendrez à jouer avec les couleurs, modifier les marges, les axes, formater une fonte de caractères, etc. Les deux chapitres suivants, un peu plus avancés, vous permettront d"en savoir plus sur les périphériques graphiques et l"exportation de graphes, ainsi que sur la réalisation de graphiques composés (fonctionlayout()). Le chapitre six est constitué de trois exercices que nous vous invitons à essayer de réaliser avant de consulter le code source présent au chapitre suivant. Malgré ce programme alléchant, ce document est loin d"être exhaustif, loin s"en faut. Mais, nous voulons croire qu"il répondra à certaines de vos interrogations sur les graphiques sous R. Écrire un document sur les graphiques sous-entend que ce-dit document soit richement illustré. Et c"est le cas. Cependant, les graphiques produits par l"ensemble des lignes de code recensées ici ne sont pas tous présentés. Ceci dans un soucis de clareté de lecture, mais aussi de taille de document. C"est pourquoi nous vous invitons à ouvrir une session R en parallèle de votre lecture, et à recopier les lignes de code. Amusez- vous également à modifier certains paramètres pour voir leurs impacts. La connaissance commence par la curiosité.Nicolas Casajus,
Kévin Cazelles,
le 28 novembre 2014 vTable des matières
Avant-propos
ivListe des figures
ixListe des tableaux
xIntroduction
11 Graphiques classiques
51.1 Diagramme de dispersion
51.2 Boîte à moustaches
81.3 Diagramme en bâtons
91.4 Histogramme
111.5 Diagramme sectoriel
131.6 Fonctions mathématiques
152 Édition d"un graphe
172.1 Graphe vierge
172.2 Ajout de points
212.3 Ajout de lignes
232.4 Ajout de polygones
252.5 Ajout d"une flèche
282.6 Ajout d"un titre
292.7 Ajout de texte
302.8 Ajout d"une légende
322.9 Ajout d"un axe
342.10 Ajout d"une image
363 Paramètres graphiques
433.1 La fonctionpar(). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
3.2 Fonte de caractères
443.3 Symboles ponctuels
493.4 Types de lignes
513.5 Modification des axes
523.6 Ajustement des marges
553.7 Les couleurs sous R
584 Périphériques et exportation
694.1 Types de périphériques
694.2 Les fonctionsdev.x(). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
vi4.3 Exportation d"un graphe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5 Partitionnement et composition
755.1 Partitionnement basique
755.2 Partitionnement avancé
775.3 Graphe dans un graphe
816 Exercices
876.1 Partitionnement avancé
876.2 Superposition de graphes
886.3 Inclusion en médaillon
897 Solutions des exercices
917.1 Partitionnement avancé
917.2 Superposition de graphes
947.3 Inclusion en médaillon
96vii
Liste des figures
Figure 1.1 - Scatterplot de deux variables
6Figure 1.2 - Catégories de scatterplot
7 Figure 1.3 - Boîte à moustaches de deux variables continues 8Figure 1.4 - Diagramme en bâtons (effectifs)
10Figure 1.5 - Diagramme en bâtons (hachures)
11Figure 1.6 - Histogramme d"une varible normale
12Figure 1.7 - Histogramme à 30 classes
13Figure 1.8 - Diagramme sectoriel
14Figure 1.9 - Diagramme sectoriel arc-en-ciel
14Figure 1.10 - Fonctions trigonométriques
15Figure 1.11 - Fonctions mathématiques
16Figure 2.1 - Graphe avec axes prédéfinis
18Figure 2.2 - Suppression du cadre
18Figure 2.3 - Suppression des axes
19Figure 2.4 - Suppression du nom des axes
20Figure 2.5 - Graphique vierge
20Figure 2.6 - Graphique vierge bis
21Figure 2.7 - Rajout de points
22Figure 2.8 - Rajout d"une ligne
23Figure 2.9 - Rajout de segments
24Figure 2.10 - Rajout de droites caractéristiques 24
Figure 2.11 - Ajout de polygones
25Figure 2.12 - Densité de probabilités de fonctions normales 26
Figure 2.13 - Ajout d"un rectangle
26Figure 2.14 - Background à laggplot2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
Figure 2.15 - Ajout d"une flèche
28Figure 2.16 - Ajout de titres
29Figure 2.17 - Ajout d"un texte
30Figure 2.18 - Positionnement d"un texte
31Figure 2.19 - Ajout d"un texte dans les marges
32Figure 2.20 - Ajout d"une légende
34Figure 2.21 - Ajout d"un axe
35Figure 2.22 - Insertion d"une image
38Figure 2.23 - Positionnement d"une image
39Figure 2.24 - Superposition d"images
39Figure 2.25 - Sérendipité artistique
40Figure 2.26 - Sérendipité artistique bis
41Figure 3.1 - Polices de caractères
45viii Figure 3.2 - Style et graisse de police. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Figure 3.3 - Corps de police
47Figure 3.4 - FontesHershey. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48
Figure 3.5 - Expressions mathématiques
49Figure 3.6 - Taille et couleur d"un symbole ponctuel 49
Figure 3.7 - Types de symbole ponctuel
50Figure 3.8 - SymboleHershey. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
Figure 3.9 - Types de lignes
51Figure 3.10 - Paramètremgp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
Figure 3.11 - Graphique retravaillé
55Figure 3.12 - Marges d"une figure
56Figure 3.13 - Marges d"une figure composite
56Figure 3.14 - Effet du paramètremar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58 Figure 3.15 - Palettes de couleurs hexadécimales 65
Figure 3.16 - Dégradés de gris
66Figure 3.17 - Couleurs sélectionnées
67Figure 3.18 - Palette personnalisée
67Figure 3.19 - Couleurs sélectionnées bis
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