22  Pie

饼图在科研数据可视化领域非常不受待见的图形, 但在商业领域仍然有其应用场景.

谨慎使用饼图，或者，使用 条形图、棒棒糖图、树状图 等替代方案。

22.1 PKG

library(tidyverse)
library(RColorBrewer) # 用于调色板

22.2 饼图的问题

22.2.1 Bad by definition

饼图是一个被分成扇区的圆，每个扇区代表整体的一部分。它通常用于显示百分比，其中所有扇区的总和等于 100%。

可读性太差了!，尤其是当扇区的大小相似时。人们很难准确地比较不同扇区的大小。

饼图,你能找出组间趋势吗?

同样的数据用条形图表示就清晰多了:

柱状图看起来比饼图清晰多了

22.2.2 Even worse

饼图还有一些讨厌的问题:

• 3D 版饼图
• 总和不为 100%
• 项目太多
• 爆炸/分散式饼图(exploded pie charts)

22.2.3 Alternatives

最好的替代是条形图,如果数据很多,可以使用棒棒糖图,会更优雅一点.

基于世界上几个国家 武器销售 数量的例子：

世界上部分国家武器销售数量,美国遥遥领先

为了描述整体的组成,还可以使用树状图, 例如:

树状图,武器销售占比

22.3 pie()

Base R::pie() 函数用于绘制饼图.

22.3.1 基础

Prop <- c(3,7,9,1,2)
pie(Prop)

基础饼图

22.3.2 labels

pie(Prop , labels = c("Gr-A","Gr-B","Gr-C","Gr-D","Gr-E"))

带标签的饼图

22.3.3 Non-circular

可以通过 edges 参数(多边形的边数)来绘制非圆形的饼图, 例如:

pie(Prop, labels = c("Gr-A", "Gr-B", "Gr-C", "Gr-D", "Gr-E"), edges = 50)

非圆形饼图

22.3.4 Shadow

pie(
  Prop,
  labels = c("Gr-A", "Gr-B", "Gr-C", "Gr-D", "Gr-E"),
  density = 10, # 设置阴影密度
  angle = c(20, 90, 30, 10, 0) # 设置每个扇区的阴影角度
)

带阴影的饼图

22.3.5 颜色

使用 col 更改组颜色，使用 border 更改边框颜色。

# library(RColorBrewer) # 用于调色板

myPalette <- brewer.pal(5, "Set2")

pie(
  Prop,
  labels = c("Gr-A", "Gr-B", "Gr-C", "Gr-D", "Gr-E"),
  border = "white", # 设置边框颜色为白色
  col = myPalette # 使用调色板
)

定制饼图颜色

22.4 geom_bar()

由于饼图不受待见, ggplot2 没有提供专门的饼图函数, 但可以使用 geom_bar() 绘制饼图. 核心技术:

• 输入数据框有 2 列：group 和 value
• geom_bar() 函数创建一个仅包含一个条形的堆叠条形图
• coord_polar() 使其呈圆形

22.4.1 基础

# 创建数据框
data <- data.frame(
  group = LETTERS[1:5],
  value = c(13, 7, 9, 21, 2)
)
# 绘制饼图
ggplot(data, aes(x = "", y = value, fill = group)) +
  geom_bar(stat = "identity", width = 1) + # identity 创建堆叠条形图
  coord_polar("y", start = 0) +  # 将条形图转换为极坐标系
  scale_fill_brewer(palette = 2) # 设置配色方案

基础饼图

22.4.2 去坐标轴

上面的图看起来不太对,不像饼图, 继续移除 x 轴和 y 轴的标签,和背景:

# 移除x 轴和 y 轴的标签和背景
ggplot(data, aes(x = "", y = value, fill = group)) +
  geom_bar(stat = "identity", width = 1) + # identity 创建堆叠条形图
  coord_polar("y", start = 0) + # 将条形图转换为极坐标系
  scale_fill_brewer(palette = 2) + # 设置配色方案
  theme_void() # 移除背景和坐标轴

改进后的饼图

22.4.3 标签

因为使用了 coord_polar()，所以计算文本标签的位置比较复杂.

# 1. 按 group 降序排列，计算每组所占百分比和标签位置
data <- data |> 
    arrange(desc(group)) |> # 按 group 降序排列
    mutate(
        prop = value / sum(data$value) * 100, # 计算百分比
        ypos = cumsum(prop) - 0.5 * prop      # 计算标签位置
    )

# 2. 绘制饼图
ggplot(data, aes(x = "", y = prop, fill = group)) +
    geom_bar(stat = "identity", width = 1, color = "white") + # 绘制堆叠条形图
    coord_polar("y", start = 0) +                             # 转换为极坐标系（饼图）
    geom_text(
        aes(y = ypos, label = group),                           # 添加标签
        color = "white", size = 6
    ) +
    scale_fill_brewer(palette = 2) +                      # 设置配色方案
    theme_void() +                                            # 移除背景和坐标轴
    theme(legend.position = "none")                          # 移除图例

带标签和自定义配色的饼图

大功告成!