用R语言做数据分析——相关图

相关系数矩阵是多元统计分析的一个基本方面。哪些被考察的变量与其他变量的相关性很强,哪些并不强?相关变量是否以某种特定的方式聚集在一起?随着变量数的增加,这类问题将变得难以回答。相关图作为一种相对现代的方法,可通过对相关系数矩阵的可视化来回答这些问题。
相关图非常容易解释,以mtcars数据框中的变量相关性为例,它含有11个变量,对每个变量都测量了32辆汽车。利用下面的代码,我们就可以获得该数据的相关系数:
> options(digits = 2)
>cor(mtcars)
mpg cyl disp hp drat wt qsec vs am gear carb
mpg 1.00 -0.85 -0.85 -0.78 0.681 -0.87 0.419 0.66 0.600 0.48 -0.551
cyl -0.85 1.00 0.90 0.83 -0.700 0.78 -0.591 -0.81 -0.523 -0.49 0.527
disp -0.85 0.90 1.00 0.79 -0.710 0.89 -0.434 -0.71 -0.591 -0.56 0.395
hp -0.78 0.83 0.79 1.00 -0.449 0.66 -0.708 -0.72 -0.243 -0.13 0.750
drat 0.68 -0.70 -0.71 -0.45 1.000 -0.71 0.091 0.44 0.713 0.70 -0.091
wt -0.87 0.78 0.89 0.66 -0.712 1.00 -0.175 -0.55 -0.692 -0.58 0.428
qsec 0.42 -0.59 -0.43 -0.71 0.091 -0.17 1.000 0.74 -0.230 -0.21 -0.656
vs 0.66 -0.81 -0.71 -0.72 0.440 -0.55 0.745 1.00 0.168 0.21 -0.570
am 0.60 -0.52 -0.59 -0.24 0.713 -0.69 -0.230 0.17 1.000 0.79 0.058
gear 0.48 -0.49 -0.56 -0.13 0.700 -0.58 -0.213 0.21 0.794 1.00 0.274
carb -0.55 0.53 0.39 0.75 -0.091 0.43 -0.656 -0.57 0.058 0.27 1.000
哪些变量相关性最强?哪些变量相对独立?是否存在某种聚集模式?如果不花点时间和精力,单利用这个相关系数矩阵来回答这些问题是比较问题的。
利用corrgram包中的corrgram()函数,我们可以以图形的方式展示该相关系数矩阵,代码为:
>library(corrgram)
>corrgram(mtcars,order=true,lower.panel=panel.shade,
+ upper.panel=panel.pie, text.panel=panel.txt,
+ main=correlogram of mtcars intercorrelations)
我们先从主对角线下方的单元格开始解释这幅图形。默认地,蓝色和从左下指向右上的斜杠表示单元格中的两个变量呈正相关。反过来,红色和从左上指向右下的斜杠表示变量呈负相关。色彩越深,饱和度越高,说明变量相关性越大。相关性接近于0的单元格基本无色。
从图中含阴影的单元格中可以看到,gear、am、drat和mpg呈相互间呈正相关,wt、disp、hp和carb相互间也呈正相关。但第一组变量与第二组变量呈负相关。我们还可以看到carb和am、vs和gear、vs和am以及drat和qsec四组变量间的相关性很弱。
上三角单元格用饼图展示了相同的信息。颜色的功能同上,但相关性大小由被填充的饼图块的大小来展示。正相关性将从12点钟方向开始顺时钟填充饼图,而负相关性则逆时钟方向填充饼图。corrgram函数的格式如下:
corrgram(x, order=, panel=, text.panel=, diag.panel=)
其中,x是一行一个观测的数据框。当order=true时,相关矩阵将使用主成分分析法对变来那个重排序,这将使得二元变量的关系模式更为明显。选项panel设定非对角线面板使用的元素类型。我们可以通过选项lower.panel和upper.panel来分别设置主对角线上方和上方的元素类型。而text.panel和diag.panel选项控制着主对角线元素类型。可用的panel值如下图所示:
我们进行第二段代码:
>options(digits = 2)
>library(corrgram)
>corrgram(mtcars,order=true,lower.panel=panel.ellipse,
+ upper.panel=panel.pts, text.panel=panel.txt,
+ diag.panel = panel.minmax,
+ main=correlogram of mtcars data scatter plots and ellipses)
这幅图中,下三角区域包含平滑拟合曲线和置信椭圆,上三角区域包含散点图。主对角面板包含变量最小值和最大值。矩阵的行和列利用主成分分析法进行了重排序。
我们还可以使用colorramppallette()函数自主控制corrgram()函数中使用的颜色,演示代码如下:
library(corrgram)
col.corrgram<- function(ncol){
colorramppalette(c(darkgoldenrod4,burlywood1,darkkhaki,darkgreen))(ncol)
}
corrgram(mtcars,order=true,lower.panel=panel.shade,
upper.panel=null, text.panel=panel.txt,
main=correlogram of mtcars intercorrelations)