随机数函数和直方图

第1题

绘制下列向量（序列）的直方图,为直方图填充你喜爱的颜色。

生成一个服从均匀分布的向量（序列），该向量包含1000个值。

set.seed(123)
x <- runif(1000)
hist(x, breaks = 20,col = 5,
     main = "Histogram of U(0,1)",
     ylim = c(0,80),
     yaxt = "n"
     )


# 设置 Y 轴刻度
axis(side = 2, las = 1,at = seq(0, 80, 20), 
     labels = seq(0, 80, 20),font = 0.5)

第2题

生成一个服从标准正态分布的向量（序列），该向量包含1000个值。

set.seed(123)
x <- rnorm(1000)
hist(x, main = "Histogram of N(0,1)", col = 5,
     ylim = c(0,240),
     xlim = c(-4,4),
     yaxt = "n")

# 设置 Y 轴刻度
axis(side = 2,las = 1, at = seq(0, 240, 20), 
     labels = seq(0, 240, 20),font = 0.5)

第3题

生成一个服从均值为80，标准差为5的正态分布的向量（序列），该向量包含1000个值。

set.seed(123)
x <- rnorm(1000, 80, 5)
hist(x, main = "Histogram of N(80,5)", col = 5,
     ylim = c(0,240),
     xlim = c(60,100),
     yaxt = "n")

# 设置 Y 轴刻度
axis(side = 2,las = 1, at = seq(0, 240, 40), 
     labels = seq(0, 240, 40),font = 0.5)

第4题

生成一个服从自由度为5的卡方分布的向量（序列），该向量包含1000个值。

set.seed(123)
x <- rchisq(1000, 5)
hist(x, col = 5, breaks = 20,
     main = expression(paste("Histogram of ",chi^2, "(5)")), 
     ylim = c(0,200),
     xlim = c(0,20),
     yaxt = "n")

# 设置 Y 轴刻度
axis(side = 2, las = 1,at = seq(0, 200,20), 
     labels = seq(0, 200, 20),font = 0.5)

第5题

生成一个服从自由度为5的t分布的向量（序列），该向量包含1000个值。

set.seed(123)
x <- rt(1000, 5)
hist(x, main = "Histogram of t(5)", col = 5,
     ylim = c(0,200),
     xlim = c(-6,6),
     breaks = 20,
     yaxt = "n")

# 设置 Y 轴刻度
axis(side = 2, las = 1,at = seq(0, 200, 40), 
     labels = seq(0, 200, 40),font = 0.5)

第6题

生成一个服从F(5,10)分布的向量（序列），该向量包含1000个值。

set.seed(123)
x <- rf(1000, 5,10)
hist(x,breaks = 50,col = 5,
     main = "Histogram of F(5,10)", 
     ylim = c(0,350),
     xlim = c(0,17),
     yaxt = "n")

# 设置 X 轴刻度
axis(side = 1,las = 1, at = seq(0, 17, 1), 
     labels = seq(0, 17, 1),font = 0.5)

# 设置 Y轴刻度
axis(side = 2,las = 1, at = seq(0, 350, by = 50), 
     labels = seq(0, 350, by = 50),font = 0.5)

mtcars图表展示

数据集：mtcars

第1题

绘制qsec的直方图（纵轴代表频数），为直方图设置标题，为横轴纵轴设置合理的刻度范围，将组距设置为2，为直方图设置你喜爱的颜色。

# 查看mtcars$qsec的最大值和最小值，以便设置合理的刻度范围
min(mtcars$qsec)

[1] 14.5

max(mtcars$qsec)

[1] 22.9

qsec.hist <- hist(mtcars$qsec, 
                  breaks = seq(14,23,1), # 设置组距
                  col =5,  # 设置颜色
                  xlim = c(14, 24), # 设置X轴刻度范围
                  ylim = c(0,15), # 设置Y轴刻度范围
                  main = "Histogram of 1/4 Mile Time", # 设置标题
                  xlab = "Seconds", # 设置X轴标签
                  ylab = "Freq", # 设置Y轴标签
                  yaxt = "n") # 不显示Y轴刻度

# 设置X轴刻度
axis(las = 1,   # 设置标签方向
     side = 1,  # 设置刻度位置, 1表示X轴, 2表示Y轴, 3表示上X轴, 4表示右Y轴
     at = c(14:24), # 设置刻度位置
     labels = c(14:24),# 设置刻度标签
     font = 0.5) # 设置刻度标签字体大小

# 设置 Y轴刻度
axis(side = 2, # 设置刻度位置, 2表示Y轴
     las = 1, # 设置标签方向
     at = c(1:12), # 设置刻度位置
     labels = c(1:12), # 设置刻度标签
     font = 0.5) # 设置刻度标签字体大小

text(qsec.hist$mids, # 设置标签横坐标
     qsec.hist$counts + 1, # 设置标签纵坐标
     label = qsec.hist$counts, # 设置标签内容
     cex = 0.8) # 设置标签字体大小

第2题

绘制qsec的频率直方图（纵轴代表频率），为横轴纵轴设置合理的刻度范围，在该图中添加一条概率密度曲线，为概率密度曲线设置你喜爱的颜色。

qsec.hist <- hist(mtcars$qsec, 
                  breaks = seq(14,23,1), # 设置组距
                  col =5, # 设置颜色
                  freq = F, # 设置为频率直方图
                  xlim = c(14,24), 
                  ylim = c(0,0.4),
                  main = "Histogram of 1/4 Mile Time",
                  xlab = "QSEC",
                  yaxt = "n") # 不显示Y轴刻度

lines(density(mtcars$qsec), # 添加概率密度曲线
      lwd = 2, # 设置线宽
      col = 2)

# 设置Y轴刻度
axis(side = 2, 
     las = 1,
     at = seq(0,0.4,0.1), # 设置刻度位置
     labels = seq(0,0.4,0.1), # 设置刻度标签
     font = 0.5)

text(qsec.hist$mids, # 设置标签横坐标
     qsec.hist$density + 0.02, # 设置标签纵坐标
     label = qsec.hist$counts, # 设置标签内容
     cex = 0.8)

第3题

绘制wt的直方图（纵轴代表频数），为横轴纵轴设置合理的刻度范围，设置图形标题，为直方图设置你喜爱的颜色。

#查看mtcars$wt最大值和最小值，以便设置合理的刻度范围
min(mtcars$wt)

[1] 1.513

max(mtcars$wt)

[1] 5.424

wt.hist <- hist(mtcars$wt, 
                breaks = seq(1,6,1), 
                col =5,
                xlim = c(1,6),
                ylim = c(0,18),
                main = "Histogram of Weight (1000 lbs)",
                xlab = "Weight",
                yaxt = "n") # 不显示Y轴刻度

# 设置 Y轴刻度
axis(side = 2, # 2代表Y轴
     las = 1, # 设置标签方向
     at = seq(0,18,3), # 设置刻度位置
     labels = seq(0,18,3), # 设置刻度标签，通常与刻度位置一一对应
     font = 0.5)

text(wt.hist$mids, # 设置标签横坐标
     wt.hist$counts + 1, # 设置标签纵坐标
     label = wt.hist$counts, #
     cex = 0.9) # 设置标签字体大小

第4题

绘制vs的条形图，纵轴代表频数。

vs.table <- table(mtcars$vs) # 统计vs的频数

vs.barplot <- barplot(vs.table, # 绘制条形图
                      col = c(3,4), # 设置两个条形的颜色分别为3和4
                      ylim = c(0,20), # 设置Y轴刻度范围
                      density = 20, # 设置条纹填充密度
                      angle = 45, # 设置条纹填充角度
                      width = 0.1, # 设置条形宽度
                      space = 0.5, # 设置条形间距
                      main = "Barplot of Engine",
                      xlab = "Type of Engine", 
                      ylab = "Frequency",
                      names.arg = c("V-shaped", "Straight"), # 设置条形标签
                      las = 1) # 设置标签方向

text(vs.barplot, # 设置标签横坐标
     vs.table+1.5, # 设置标签纵坐标， +1.5是为了让标签显示在条形上方
     labels = vs.table) # 设置标签内容

第5题

绘制am的条形图，条形水平放置。

am.table <- table(mtcars$am) # 统计am的频数

am.barplot <- barplot(am.table, 
                      col = c(3,4), # 设置两个条形的颜色分别为3和4
                      ylim = c(0,2), # 设置Y轴刻度范围
                      xlim = c(0,20),# 设置X轴刻度范围
                      names.arg = c("V-shaped", "Straight"), # 设置条形标签
                      horiz = T, # 设置条形水平放置
                      las = 1, # 设置标签方向
                      cex.axis = 0.8, # 设置坐标轴标签字体大小
                      cex.names = 0.8, # 设置条形标签字体大小
                      cex.lab = 0.8, # 设置坐标轴标签字体大小
                      xlab = "Freq", # 设置X轴标签
                      main = "", # 设置图形标题为空，删掉图形默认标题
                      width = c(0.4,0.4) # 设置条形宽度
                      )


text(am.table+0.7, # 设置标签横坐标，+0.7 是为了让标签显示在条形右侧
     am.barplot, # 设置标签纵坐标
     labels = am.table, # 设置标签内容
     cex = 0.8) # 设置标签字体大小

title(main = "Barplot of Transmission", # 设置图形标题
      line = -5) # 设置标题位置

第6题

绘制am的饼图。

#计算engine各个类别的频数
am.table <- table(mtcars$am) # 统计am的频数

#计算am各个类别的百分比
am.percent <- table(mtcars$am)/sum(table(mtcars$am))*100 # 计算百分比

# 定义标签
label1 <- c("Automatic","Manual") # 设置标签label1内容
label2 <- paste0(round(am.percent,2),"%") # 设置标签label2内容
#设置扇区角度
pie(am.percent, 
    main = "Pie Chart of Transmission",
    init.angle=90, # 设置初始角度
    col=c(4,5), # 设置扇区颜色
    labels=paste(paste(label1,label2))) # 设置标签内容

第7题

绘制wt的箱线图。

wt.bp <- boxplot(mtcars$wt, 
                 horizontal = T,  # 设置箱线图水平放置
                 col = 5,  # 设置箱线图颜色
                 main = "Boxplot of Weight",
                 height = 2, # 设置箱线图高度
                 xaxt = "n") # 不显示X轴刻度

axis(side = 1, # 1代表X轴
     at = seq(1.5,6,0.5), # 设置刻度位置
     labels = seq(1.5,6,0.5)) # 设置刻度标签

# 在箱线图上添加标签
text(x = wt.bp$stats[1], # 标记最小值，设置该标签横坐标
     y = 0.8, # 设置标签纵坐标
     labels =wt.bp$stats[1], # 设置标签内容
     cex = 0.8) #

text(x = wt.bp$stats[2]-0.1, # 标记Q1，设置该标签横坐标，-0.1代表  是为了让标签显示在箱线左侧
     y = 0.7, # 设置标签纵坐标
     labels =paste("Q1 =",round(wt.bp$stats[2],3)), # 设置标签内容
     cex = 0.8) # 设置标签字体大小

text(x = wt.bp$stats[3]-0.1, # 标记中位数，设置该标签横坐标，-0.1代表  是为了让标签显示在箱线左侧
     y = 1.3, 
     labels =paste("Median =",wt.bp$stats[3]), 
     cex = 0.8)

text(x = wt.bp$stats[4]+0.1, # 标记Q3，设置该标签横坐标，+0.1代表  是为了让标签显示在箱线右侧
     y = 0.7, 
     labels =paste("Q3 =", wt.bp$stats[4]), 
     cex = 0.8)

text(x = wt.bp$stats[5], # 标记除了outlier之外的最大值，设置该标签横坐标
     y = 0.8, 
     labels =wt.bp$stats[5], 
     cex = 0.8)

text(x = max(mtcars$wt), # 标记最大值，设置该标签横坐标
     y = 1.1, 
     labels =max(mtcars$wt), cex = 0.8)

sort(mtcars$wt)

 [1] 1.513 1.615 1.835 1.935 2.140 2.200 2.320 2.465 2.620 2.770 2.780 2.875
[13] 3.150 3.170 3.190 3.215 3.435 3.440 3.440 3.440 3.460 3.520 3.570 3.570
[25] 3.730 3.780 3.840 3.845 4.070 5.250 5.345 5.424

第8题

将汽车分为手动挡和自动挡两组，绘制这两个组别wt的箱线图，并设置你喜爱的颜色。

boxplot(mtcars$wt ~ mtcars$am, # 按am分组，绘制wt的箱线图
        horizontal = T, # 设置箱线图水平放置
        col = c("cyan", "purple"), # 设置箱线图颜色
        main = "Boxplot of Weight",
        ylab = "", # 设置Y轴标签为空
        xaxt = "n", # 不显示X轴刻度
        yaxt = "n") # 不显示Y轴刻度

axis(side = 1, # 1代表X轴
     at = seq(1.5,6,0.5), # 设置刻度位置
     labels = seq(1.5,6,0.5), # 设置刻度标签
     cex.axis  = 0.8, # 设置刻度标签字体大小
     font = 2) # 设置刻度标签字体

axis(side = 2, # 2代表Y轴
     las = 1, # 设置刻度标签方向
     at = c(1,2), # 设置刻度位置
     labels = c("automatic","manual"), # 设置刻度标签
     cex.axis  = 0.8, # 设置刻度标签字体大小
     font = 2) # 设置刻度标签字体

第9题

将汽车分为手动挡和自动挡两组，绘制这两个组别qsec的箱线图，并设置你喜爱的颜色。

boxplot(mtcars$qsec ~ mtcars$am, # 按am分组，绘制qsec的箱线图
        horizontal = T, # 设置箱线图水平放置
        col = c(4,5), # 设置箱线图颜色
        main = "Boxplot of 1/4 Miles Time", # 设置箱线图标题
        ylab = "", # 设置Y轴标签为空
        xaxt = "n", # 不显示X轴刻度
        yaxt = "n") # 不显示Y轴刻度

axis(side = 1, # 1代表X轴
     at = c(14:23), # 设置刻度位置
     labels = c(14:23), # 设置刻度标签
     cex.axis  = 0.8, # 设置刻度标签字体大小
     font = 2) # 设置刻度标签字体

axis(side = 2, # 2代表Y轴
     las = 1,  #  设置刻度标签方向
     at = c(1,2), # 设置刻度位置
     labels = c("automatic","manual"), # 设置刻度标签
     cex.axis  = 0.8, # 设置刻度标签字体大小
     font = 2) # 设置刻度标签字体

sort(mtcars$qsec)

 [1] 14.50 14.60 15.41 15.50 15.84 16.46 16.70 16.87 16.90 17.02 17.02 17.05
[13] 17.30 17.40 17.42 17.60 17.82 17.98 18.00 18.30 18.52 18.60 18.61 18.90
[25] 18.90 19.44 19.47 19.90 20.00 20.01 20.22 22.90

3 习题答案 —— 基础图形工具

Li Zongzhang

2024-03-19

随机数函数和直方图

第1题

第2题

第3题

第4题

第5题

第6题

mtcars图表展示

第1题

第2题

第3题

第4题

第5题

第6题

第7题

第8题

第9题