はじめに

ggplot2 で facet を使って図を並べる時， scales 引数を指定することで facet ごとの軸の範囲を可変にできます．軸の範囲は ggplot2 がそれっぽく決めてくれるのですが，特定の facet について自分でコントロールしたい時はどうすればいいでしょうか．

library(pacman)
p_load(dplyr, ggplot2)
p_load_gh("thomasp85/patchwork")

x <- iris %>% filter(Species != "setosa") # Species を 2種に制限
g <- ggplot(x, aes(Sepal.Length, Sepal.Width, colour = Species)) +
  geom_point()

wrap_plots(
  g + facet_wrap(vars(Species), scales = "fixed") + # scales = "fixed" が既定値
    ggtitle("scales = 'fixed'"), 
  g + facet_wrap(vars(Species), scales = "free") +
    ggtitle("scales = 'free'"),
  ncol = 1
)

全 facet 共通で xmin = ymin = 0 にしてみる

特定の facet について軸の範囲をコントロールするための準備体操として，全 facet 共通で xmin = ymin = 0 にしてみましょう．つまり，原点が左下に来るようにしてみます．

実は xlim, ylim を使うだけで簡単にできてしまいますが，それはそれとしてやってみましょう．

g + facet_wrap(vars(Species), scales = "free") + 
  xlim(0, NA) + 
  ylim(0, NA)

free-scale facet において軸の範囲はデータの範囲で決定されるので，原点に点をプロットしてやれば OK です．

facet ごとに Sepal.Length = 0, Sepal.Width = 0 となるデータを持つデータフレーム df_lims を作り，このデータフレームに基いた レイヤーを追加してみます．

df_lims <- expand.grid(Sepal.Length = 0, Sepal.Width = 0, Species = unique(x$Species))

g +
  geom_point(data = df_lims, colour = "black") +
  facet_wrap(vars(Species), scales = "free")

上図ではわかりやすいように原点に黒点をプロットしましたが，非表示にしたい場合は alpha = 0 にしてやります．

g +
  geom_point(data = df_lims, alpha = 0) +
  facet_wrap(vars(Species), scales = "free")

別解として，元のデータフレームにデータを追加しておくこともできます． facet を個別に扱うにはこちらのテクニックが必要になります．

ggplot(bind_rows(x, df_lims), aes(Sepal.Length, Sepal.Width, colour = Species)) +
  geom_point() +
  facet_wrap(vars(Species))

しかしこの場合は，原点にいる点の色のコントロールが厄介になってしまいます．表示したいデータとしたくないデータを区別できる列がないからです．そこで，表示したいデータについては alpha = 1，表示したくないデータについては alpha = 0 となるようにデータを追加してあげ， aes(alpha = alpha) を指定しましょう． ggplot のレイヤには scale_alpha_identity() を足してあげることで，データ通りの透明度になります．

bind_rows(
  mutate(x, alpha = 1),
  mutate(df_lims, alpha = 0)
) %>%
  ggplot(aes(Sepal.Length, Sepal.Width, colour = Species, alpha = alpha)) +
  geom_point() +
  scale_alpha_identity() +
  facet_wrap(vars(Species))

任意の facet で軸の範囲をコントロールする．

準備体操は終わりです．全 facet 共通の場合と基本は同じです．例えば versicolor について xlim(1, 10), ylim(0, 5) となるようにしてみます．

df_lims_versocolor <- data.frame(
    Sepal.Length = c(1, 10), 
    Sepal.Width = c(0, 5),
    Species = "versicolor" %>%
      factor(levels = levels(x$Species)) # 警告回避のため levels を調整
  )

bind_rows(
  mutate(x, alpha = 1),
  mutate(df_lims_versocolor, alpha = 0)
) %>%
  ggplot(aes(Sepal.Length, Sepal.Width, colour = Species, alpha = alpha)) +
  geom_point() +
  scale_alpha_identity() +
  facet_wrap(vars(Species), scales = "free")

ちなみに以下はエラーになってしまいます．

g +
  geom_point(data = df_lims_versocolor, colour = "black") +
  facet_wrap(vars(Species), scales = "free")

Enjoy!