如何用kandinsky抽象画呈现数据集

声明：本文最早由Giora Simchoni发表在自己的博客中，由周世荣翻译.

kandinsky 是一个著名的俄罗斯抽象派艺术家，以大胆使用多彩的几何形状而出名. 他的作品中常用的几何形状有矩形、圆、三角形、弧、波浪线和十字图案. 这些几何图案除后两个外，R中的grid包都提供了相应的函数。下面我们一一介绍如何绘制这些几何图案。

矩形

首先使用grd.new()函数绘制一张空白画板，这张画板的XY轴的范围0-1，从左下角(x=0,y=0)到右上角(x=1,y=1). 然后使用grid.rect函数绘制矩形, 其中x=0.4,y=0.6表示矩形中心在画板上的坐标，width 和 height 表示矩形的宽和高, gp参数通过gpar函数来自定义矩形属性, 例如本例中定制了一个红边宽度为2的矩形

#加载grid包
library(grid)
#绘制新的画板
grid.newpage()
#绘制矩形
grid.rect(x = 0.4, y = 0.6, width = 0.5, height = 0.4,

   gp = gpar(col = "red", lwd = 2))

那么，如何定制一个有倾斜的矩形呢？遗憾的是grid.rect中并没有相应的angle参数. 此时我们可以换一种思路，既然矩形不能倾斜，那么我们就让画板倾斜，使用viewport在空白画板上创建一个倾斜45度子画板,然后再子画板上作图.

vp1 <- viewport(x = 0.5, y = 0.6, width = 0.8, height = 0.7, angle = 45)

grid.rect(x = 0.4, y = 0.6, width = 0.5, height = 0.4,

   gp = gpar(col = "red", lwd = 2, fill = "yellow"), vp = vp1)

圆

使用grid.circle函数画圆

grid.circle(x = 0.5, y = 0.5, r = 0.3,

  gp = gpar(lwd = 10, col = "blue", fill = "lightblue"))

三角形

使用grid.polygon函数画三角形

grid.polygon(x = c(0.1, 0.7, 0.8), y = c(0.2, 0.5, 0.8),

  gp = gpar(col = NA, fill = "pink"))

弧线

使用grid.curve函数画弧线，其中curvature表示曲率,ncp构成弧线的点的个数，越大弧线越平滑.

grid.curve(x1 = 0.1, y1 = 0.7, x2 = 0.6, y2 = 0.2,

   curvature = 0.15, square = FALSE, ncp = 30,

   gp = gpar(lwd = 10, col = "navyblue"))

波浪线

#构造波浪线函数
gCurve <- function (expr, from, to, n = 101,

                    gp = gpar(),

                    default.units = "npc", vp = NULL,

                    name = NULL, draw = TRUE, xname = "x", ...) 

{

  sexpr <- substitute(expr)  if (is.name(sexpr)) {

    expr <- call(as.character(sexpr), as.name(xname))

  }  else {    if (!((is.call(sexpr) || is.expression(sexpr)) && xname %in% 

          all.vars(sexpr))) 

      stop(gettextf("'expr' must be a function, or a call or an expression
              containing '%s'", xname), domain = NA)

      expr <- sexpr

  }

  x <- seq.int(from, to, length.out = n)

  ll <- list(x = x)

  y <- eval(expr, envir = ll, enclos = parent.frame())  if (length(y) != length(x)) 

    stop("'expr' did not evaluate to an object of length 'n'")

  x <- (x - min(x, na.rm = T))/(max(x, na.rm = T) - min(x, na.rm = T))

  y <- (y - min(y, na.rm = T))/(max(y, na.rm = T) - min(y, na.rm = T))

  grid.lines(x = x, y = y, default.units = default.units, gp = gp, vp = vp, ...)

  invisible(list(x = x, y = y))

}
#绘制波浪线
gCurve(sin(x)/x, from = 0.1, to = 20, gp = gpar(lty = 3,lwd=2,col='red'))

十字图案

#定义函数
gCrissCross <- function(n = 5, gp = gpar(), vp = NULL, ...) {

  x0 <- runif(1, 0, 0.1)

  ccGap <- runif(1, 0.3, 0.7)

  y0 <- runif(1, 0, 0.5)  for (i in 1:n) {

    x0 <- x0 + runif(1, 0.1, 0.2)

    y0 <- y0 + runif(1, -0.05, 0.05)

    y1 <- y0 + ccGap + runif(1, -0.05, 0.05)

    grid.segments(x0, y0, x0 + ccGap, y1, vp = vp, gp = gp, ...)

    grid.segments(x0, y1, x0 + ccGap, y0, vp = vp, gp = gp, ...)

  }

}
#绘制十字图案
gCrissCross()

随机kandinsky抽象画

我们使用上面绘制的几何元素可以定制一副漂亮kandinsky抽象画

randomKandinsky <- function(n = 10) {  
 #打开空白画板

  grid.newpage()  
 #对画板随机填充

  grid.rect(gp=gpar(fill=rgb(runif(1),

                             runif(1),

                             runif(1),

                             runif(1))))
  #绘制n个随机几何元素

  for (i in 1:n) {

    grid.rect(x = runif(1), y = runif(1), width = runif(1), height =runif(1),

              gp = gpar(col = NA,

                        fill=rgb(runif(1),

                                 runif(1),

                                 runif(1),

                                 runif(1))))

    grid.circle(x = runif(1), y = runif(1), r = runif(1),

                gp = gpar(

                  lwd = runif(1, 0, 100),

                  col = rgb(runif(1),

                            runif(1),

                            runif(1),

                            runif(1)),

                  fill=rgb(runif(1),

                           runif(1),

                           runif(1),

                           runif(1))))

    grid.polygon(x = runif(3), y = runif(3),

                 gp = gpar(col = NA,

                           fill=rgb(runif(1),

                                    runif(1),

                                    runif(1),

                                    runif(1))))

    grid.curve(runif(1), runif(1), runif(1), runif(1),

               curvature = runif(1, -1, 1), square = FALSE,

               ncp =sample(100,1),gp = gpar(lwd = runif(1, 0, 10),

                         col = rgb(runif(1),

                                   runif(1),

                                   runif(1),                                   1)))

    vp1 <- viewport(x = runif(1), y = runif(1), width = runif(1), height = runif(1), angle = runif(1) * 360)

    grid.rect(x = runif(1), y = runif(1), width = runif(1), height =   runif(1),vp = vp1,

              gp = gpar(col = NA,

                        fill=rgb(runif(1),

                                 runif(1),

                                 runif(1),

                                 runif(1))))

    vp2 <- viewport(x = runif(1), y = runif(1), width = runif(1), height = runif(1), angle = runif(1) * 360)

    gCurve(sin(x)/(x), sample(5, 1), sample(10:50, 1), vp = vp2,

           gp = gpar(lwd = runif(1, 0, 10),

                     col = rgb(runif(1),

                               runif(1),

                               runif(1),                               1)))

  }

  vp3 <- viewport(x = runif(1), y = runif(1), width = runif(1), height = runif(1), clip = "off")

  gCrissCross(vp = vp3,

              gp = gpar(lwd = runif(1, 0, 10),

                        col = rgb(runif(1),

                                  runif(1),

                                  runif(1),                                  1)))

}



randomKandinsky(10)

randomKandinsky(1000)

绘制数据集

绘制数据集的主要思路是按列把数据集标准化(及变为0-1之间的元素), 数值型变量直接标准化，字符型因子型变量先变为数值型再标准化, 缺失值直接赋值给0.5.

#转换函数
zeroOneNormalize <- function(x) {  if (!is.numeric(x)) {    if (is.factor(x)) {

      x <- as.numeric(unclass(x))

    } else {

      x <- as.numeric(unclass(as.factor(x)))

    }

  }  if (length(unique(x)) == 1) {    return(rep(0.5, length(x)))

  } else {

    x <- (x - min(x, na.rm = TRUE)) /

      (max(x, na.rm = TRUE) - min(x, na.rm = TRUE))

    x[is.na(x)] <- 0.5

    return(x)

  }

}#绘图函数
kandinsky <- function(df = NULL, rv = runif(1000)) {  library(grid)  library(purrr)  if (!is.null(df)) {

   rv <- normalizeAndVectorize(df)

  }

  grid.newpage()

  i <<- 0

  grid.rect(gp = gpar(fill = rgb(nex(rv), nex(rv), nex(rv), nex(rv))))

  nRectangles <- floor(nex(rv) * 10) + 3

  nCircles <- floor(nex(rv) * 10) + 3

  nTriangles <- floor(nex(rv) * 10) + 3

  nArchs <- floor(nex(rv) * 10) + 3

  nTiltedRectangles <- floor(nex(rv) * 10) + 3

  nWaves <- floor(nex(rv) * 10) + 3

  nCrissCross <- floor(nex(rv) * 3) + 1

  walk(1:nRectangles, drawRectangle, rv)

  walk(1:nCircles, drawCircle, rv)

  walk(1:nTriangles, drawTriangle, rv)

  walk(1:nArchs, drawArch, rv)

  walk(1:nTiltedRectangles, drawTiltedRectangle, rv)

  walk(1:nWaves, drawWave, rv)

  walk(1:nCrissCross, drawCrissCross, rv)

}
#mtcars的kandinsky画
kandinsky(mtcars)

kandinsky(iris)

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