将图例转换为 ggplot2 中多面图的空面

Question

考虑以下情节：

library(ggplot2)

p <- ggplot(diamonds, 
            aes(x = carat, fill = cut)) +
  geom_density(position = "stack") +
  facet_wrap(~ color)

所述facet_wrap函数包装方位面板的序列插入的大致矩形的显示nrow行和ncol列。 然而，根据数据，面板的实际数量通常比nrow * ncol少几个面板，这会在图中留下一大块浪费的空间。

如果情节包含图例，则情况会恶化，因为现在我们由于图例而浪费了更多空间，无论是在右侧（默认图例位置），还是在其他三个方向之一。

为了节省空间，我想将图例移动到由未填充的刻面创建的空间中。

以下是一种节省空间的措施，但图例固定在绘图区域的一角，可能在一侧留下大量空间，从而造成不平衡的外观：

p +
  theme(legend.position = c(1, 0),
        legend.justification = c(1, 0))

通过手动调整legend.position / legend.justification值将图例移向空白区域的中心是一个反复试验的问题，如果有许多分面图要处理，则难以缩放。

总之，我想要一种方法：

1. 将分面图的图例移动到由于空分面而创建的空间中。
2. 结果是一个相当漂亮的情节。
3. 很容易自动化处理许多地块。

这对我来说是一个反复出现的用例，我决定将它与我的工作解决方案一起发布在这里，以防其他人发现它有用。 我还没有看到这种情况下问/堆栈溢出别处回答。 如果有人有，请发表评论，我很乐意在那里回答或将其标记为重复，视情况而定。

Answer 1

以下是我为上一个关于利用空分面面板空间的问题所写的答案的扩展，但我认为这足以保证自己的空间。

本质上，我编写了一个函数，该函数接受由ggplotGrob()转换的ggplot/grob对象，如果它不是一个，则将其转换为ggplotGrob() ，并深入研究底层 grobs 以将图例 grob 移动到与空白区域对应的单元格中.

功能：

library(gtable)
library(cowplot)

shift_legend <- function(p){

  # check if p is a valid object
  if(!"gtable" %in% class(p)){
    if("ggplot" %in% class(p)){
      gp <- ggplotGrob(p) # convert to grob
    } else {
      message("This is neither a ggplot object nor a grob generated from ggplotGrob. Returning original plot.")
      return(p)
    }
  } else {
    gp <- p
  }

  # check for unfilled facet panels
  facet.panels <- grep("^panel", gp[["layout"]][["name"]])
  empty.facet.panels <- sapply(facet.panels, function(i) "zeroGrob" %in% class(gp[["grobs"]][[i]]))
  empty.facet.panels <- facet.panels[empty.facet.panels]
  if(length(empty.facet.panels) == 0){
    message("There are no unfilled facet panels to shift legend into. Returning original plot.")
    return(p)
  }

  # establish extent of unfilled facet panels (including any axis cells in between)
  empty.facet.panels <- gp[["layout"]][empty.facet.panels, ]
  empty.facet.panels <- list(min(empty.facet.panels[["t"]]), min(empty.facet.panels[["l"]]),
                             max(empty.facet.panels[["b"]]), max(empty.facet.panels[["r"]]))
  names(empty.facet.panels) <- c("t", "l", "b", "r")

  # extract legend & copy over to location of unfilled facet panels
  guide.grob <- which(gp[["layout"]][["name"]] == "guide-box")
  if(length(guide.grob) == 0){
    message("There is no legend present. Returning original plot.")
    return(p)
  }
  gp <- gtable_add_grob(x = gp,
                        grobs = gp[["grobs"]][[guide.grob]],
                        t = empty.facet.panels[["t"]],
                        l = empty.facet.panels[["l"]],
                        b = empty.facet.panels[["b"]],
                        r = empty.facet.panels[["r"]],
                        name = "new-guide-box")

  # squash the original guide box's row / column (whichever applicable)
  # & empty its cell
  guide.grob <- gp[["layout"]][guide.grob, ]
  if(guide.grob[["l"]] == guide.grob[["r"]]){
    gp <- gtable_squash_cols(gp, cols = guide.grob[["l"]])
  }
  if(guide.grob[["t"]] == guide.grob[["b"]]){
    gp <- gtable_squash_rows(gp, rows = guide.grob[["t"]])
  }
  gp <- gtable_remove_grobs(gp, "guide-box")

  return(gp)
}

结果：

library(grid)

grid.draw(shift_legend(p))

如果我们利用空白空间的方向水平排列图例，效果会更好：

p.new <- p +
  guides(fill = guide_legend(title.position = "top",
                             label.position = "bottom",
                             nrow = 1)) +
  theme(legend.direction = "horizontal")
grid.draw(shift_legend(p.new))

其他一些例子：

# example 1: 1 empty panel, 1 vertical legend
p1 <- ggplot(economics_long, 
             aes(date, value, color = variable)) +
  geom_line() +
  facet_wrap(~ variable, 
             scales = "free_y", nrow = 2, 
             strip.position = "bottom") +
  theme(strip.background = element_blank(), 
        strip.placement = "outside")
grid.draw(shift_legend(p1))

# example 2: 2 empty panels (vertically aligned) & 2 vertical legends side by side
p2 <- ggplot(mpg,
             aes(x = displ, y = hwy, color = fl, shape = factor(cyl))) +
  geom_point(size = 3) +
  facet_wrap(~ class, dir = "v") +
  theme(legend.box = "horizontal")
grid.draw(shift_legend(p2))

# example 3: facets in polar coordinates
p3 <- ggplot(mtcars, 
             aes(x = factor(1), fill = factor(cyl))) +
  geom_bar(width = 1, position = "fill") + 
  facet_wrap(~ gear, nrow = 2) +
  coord_polar(theta = "y") +
  theme_void()
grid.draw(shift_legend(p3))

Answer 2

不错的问答！

我在这个链接上找到了类似的东西。 所以，我认为这对你的功能来说是一个很好的补充。

更准确地说，来自lemon的函数reposition_legend()似乎正是您所需要的，只是它不寻找空白空间。

我从您的函数中获得灵感，以查找通过panel参数传递给reposition_legend()的空面板的名称。

示例数据和库：

library(ggplot2)
library(gtable)
library(lemon)

p <- ggplot(diamonds, 
            aes(x = carat, fill = cut)) +
  geom_density(position = "stack") +
  facet_wrap(~ color) +
  theme(legend.direction = "horizontal")

当然，我删除了所有检查（ if情况，应该是相同的）只是为了专注于重要的事情。

shift_legend2 <- function(p) {
  # ...
  # to grob
  gp <- ggplotGrob(p)
  facet.panels <- grep("^panel", gp[["layout"]][["name"]])
  empty.facet.panels <- sapply(facet.panels, function(i) "zeroGrob" %in% class(gp[["grobs"]][[i]]))
  empty.facet.panels <- facet.panels[empty.facet.panels]

  # establish name of empty panels
  empty.facet.panels <- gp[["layout"]][empty.facet.panels, ]
  names <- empty.facet.panels$name
  # example of names:
  #[1] "panel-3-2" "panel-3-3"

# now we just need a simple call to reposition the legend
  reposition_legend(p, 'center', panel=names)
}

shift_legend2(p)

请注意，这可能仍然需要一些调整，我只是认为这是值得分享的。

目前行为似乎还可以，并且该功能短了几行。

---

其他情况。

第一个例子：

p1 <- ggplot(economics_long, 
             aes(date, value, color = variable)) +
  geom_line() +
  facet_wrap(~ variable, 
             scales = "free_y", nrow = 2, 
             strip.position = "bottom") +
  theme(strip.background = element_blank(), 
        strip.placement = "outside")

shift_legend2(p1)

第二个例子：

p2 <- ggplot(mpg,
             aes(x = displ, y = hwy, color = fl, shape = factor(cyl))) +
  geom_point(size = 3) +
  facet_wrap(~ class, dir = "v") +
  theme(legend.box = "horizontal")

#[1] "panel-2-3" "panel-3-3" are the names of empty panels in this case
shift_legend2(p2) 

第三个例子：

p3 <- ggplot(mtcars, 
             aes(x = factor(1), fill = factor(cyl))) +
  geom_bar(width = 1, position = "fill") + 
  facet_wrap(~ gear, nrow = 2) +
  coord_polar(theta = "y") +
  theme_void()
shift_legend2(p3)

---

功能齐全：

shift_legend2 <- function(p) {
  # check if p is a valid object
  if(!(inherits(p, "gtable"))){
    if(inherits(p, "ggplot")){
      gp <- ggplotGrob(p) # convert to grob
    } else {
      message("This is neither a ggplot object nor a grob generated from ggplotGrob. Returning original plot.")
      return(p)
    }
  } else {
    gp <- p
  }

  # check for unfilled facet panels
  facet.panels <- grep("^panel", gp[["layout"]][["name"]])
  empty.facet.panels <- sapply(facet.panels, function(i) "zeroGrob" %in% class(gp[["grobs"]][[i]]), 
                               USE.NAMES = F)
  empty.facet.panels <- facet.panels[empty.facet.panels]

  if(length(empty.facet.panels) == 0){
    message("There are no unfilled facet panels to shift legend into. Returning original plot.")
    return(p)
  }

  # establish name of empty panels
  empty.facet.panels <- gp[["layout"]][empty.facet.panels, ]
  names <- empty.facet.panels$name

  # return repositioned legend
  reposition_legend(p, 'center', panel=names)
}

Answer 3

我认为由@RLave 识别的lemon::reposition_legend()是最优雅的解决方案。 但是，它确实取决于了解空构面的名称。 我想分享一种找到这些的简洁方法，因此提出了另一个版本的shift_legend() ：

shift_legend3 <- function(p) {
    pnls <- cowplot::plot_to_gtable(p) %>% gtable::gtable_filter("panel") %>%
      with(setNames(grobs, layout$name)) %>% purrr::keep(~identical(.x,zeroGrob()))

    if( length(pnls) == 0 ) stop( "No empty facets in the plot" )

    lemon::reposition_legend( p, "center", panel=names(pnls) )
}

Answer 4

R 包patchwork在组合多个绘图时提供了一个优雅的解决方案（与单个分面 ggplot 略有不同）。 如果有三个 ggplot 对象，p1、p2、p3，那么语法非常简单：

• 使用+运算符，将图“添加”到构面中
• 使用guide_area()命令，指定哪个方面应该包含指南
• 如果所有三个图都具有相同的图例，请通过命令plot_layout(guides = 'collect')告诉 patchwork “收集”图例来节省空间。

有关基本语法，请参阅下面的代码，有关完全可重现的示例，请参阅下面的链接。

library(patchwork)

# guide_area() puts legend in empty fourth facet
p1 + p2 + p3 + guide_area() + 
  plot_layout(guides = 'collect')

https://patchwork.data-imaginist.com/articles/guides/layout.html#controlling-guides