R tip: Como customizar cores no ggplot2

Rstat - uso do ggplot2 com paletas de cores customizadas para variáveis discretas e contínuas nas estéticas colour e fill.
Rstats
Author

Marcos Abreu

Published

October 27, 2022

Seguindo a regra de que se você tiver que explicar alguma coisa mais de 3 vezes, então você deve escrever um post sobre o assunto. E considerando que neste caso, estou explicando para mim mesmo como definir cores no ggplo2, achei melhor escrever este post para me ajudar a lembrar destas informações na próxima vez que precisar delas.

Para escrever este post utilizei as seguintes referências: (Aden-Buie 2019), (Jackson 2018) e (Hall 2022).

Estou usando este site para buscar os códigos das cores. Vou utilizar a seguintes cores:

Figure 1: Paleta de Cores

Definindo funções para lidar com cores

Vamos definir uma função para lidar com as cores que desejamos.

```{r}
minhas_cores <- function(...) {
  cores <- c(
    "laranja" = "#e59866",
    "cinza" = "#979a9a",
    "azul" = "#1b2631",
    "vermelho" = "#641e16",
    "agua" = "#d1f2eb",
    "amarelo" = "#fcf3cf"
  )
  cols <- c(...)
  
  if (is.null(cols))
    return (cores)
  
  cores[cols]
}
```

A função acima permite acesso às cores:

```{r}
minhas_cores("vermelho", "amarelo")
```
 vermelho   amarelo 
"#641e16" "#fcf3cf"

Podemos criar conjuntos diferentes de paletas de cores a partir das cores definidas na função minhas_cores.

```{r}
minhas_paletas <- function(palette = "main", ...) {
  minhas_paletas <- list(
    "main" = minhas_cores("laranja", "cinza", "vermelho", "amarelo"),
    "highlight" = minhas_cores("agua", "azul", "amarelo"),
    "two_colors" = minhas_cores("laranja", "vermelho")
  )
  minhas_paletas[[palette]]
}
```

Isto permite selecionar um subgrupo de cores:

```{r}
minhas_paletas("main")
```
  laranja     cinza  vermelho   amarelo 
"#e59866" "#979a9a" "#641e16" "#fcf3cf"

Podemos usar a função scales::show_col para mostrar as cores de uma forma elegante:

```{r}
#| fig-cap: "paleta Main"
#| label: fig-main-palette

scales::show_col(minhas_paletas("main"), cex_label = 2)
```
Figure 2: paleta Main

Usando as cores

Vamos utilizar as cores de Figure 2 em alguns gráficos.

```{r}
#| warning: false
#| message: false
library(tidyverse)
library(palmerpenguins)
```

Podemos referenciar as cores com a função minhas_cores definida anteriormente. Aqui, utilizamos o atributo fill de geom_col para definir a cor de preenchimento das barras do gráfico.

```{r}
#| fig-cap: "Barras preenchidas por cor selecionada"
#| label: fig-pn-1

penguins <- palmerpenguins::penguins

penguins %>% 
  count(species) %>% 
  ggplot(aes(x = species, y = n)) +
  geom_col(fill = minhas_cores("laranja")) +
  labs(title = "Contagem de espécies") +
  scale_y_continuous(expand = expansion(mult = c(0,0.1))) + # aumenta em 10% o eixo y positivo 
  theme_linedraw() +
  theme(axis.ticks = element_blank(), 
        axis.title = element_blank(),
        panel.grid.major.x = element_blank())
```
Figure 3: Barras preenchidas por cor selecionada

Através da função scale_fill_manual podemos usar diferentes cores para cada espécie de pinguim.

```{r}
#| fig-cap: "Cores das barras atribuídas pela ordem alfabética das espécies"
#| label: fig-pn-2

penguins %>%
  count(species) %>% 
  ggplot(aes(x = species, y = n, fill = species)) + 
  geom_col() +
  scale_fill_manual(values = unname(c(minhas_cores("laranja", "azul", "vermelho")))) +
  labs(title = "Contagem de espécies") +
  scale_y_continuous(expand = expansion(mult = c(0,0.1))) +
  theme_linedraw() +
  theme(axis.ticks = element_blank(),
        axis.title = element_blank(),
        panel.grid.major.x = element_blank())
```
Figure 4: Cores das barras atribuídas pela ordem alfabética das espécies

No caso anterior as cores de cada espécie ficam dependentes da sequência com que as espécies são apresentadas - ordem alfabética - e da sequência das cores. Em alguns casos, gostaríamos que as cores ficassem atreladas às espécies específicas e não mudassem conforme a ordem dos atributos (o que é muito útil quando temos muitos gráficos) com os mesmos dados. Para isso, podemos associar cores às espécies nomeando um vetor com os nomes das espécies e os códigos das cores.

```{r}
#| fig-cap: "Vetor nomeado de cores"
#| label: fig-named-colors

penguins_colors <- minhas_cores("laranja", "azul", "vermelho")
penguins_colors <- setNames(penguins_colors, c("Gentoo", "Chinstrap", "Adelie"))
penguins_colors
scales::show_col(penguins_colors, cex_label = 2)
```
   Gentoo Chinstrap    Adelie 
"#e59866" "#1b2631" "#641e16"
Figure 5: Vetor nomeado de cores

e utilizar este array da Figure 5 com a função scale_fill_manual. As cores são atribuídas conforme nomeamos cada elemento do vetor de cores (por exemplo, “Adele = #641e16 (vermelho)”. Se não tivéssemos feito isso, o sistema primeiro atribuiria as cores conforme a ordem alfabética como no código anterior e depois montaria o gráfico conforme a ordenação do fct_reorder.

```{r}
#| fig-cap: "Usando o vetor nomeado"
#| label: fig-vetor-nomeado

penguins %>% 
  count(species) %>% 
  ggplot(aes(x = fct_reorder(species, desc(n)), y = n, fill = species)) +
  geom_col() +
  scale_fill_manual(values = penguins_colors) +
  labs(title = "Contagem de espécies") +
  scale_y_continuous(expand = expansion(mult = c(0,0.1))) +
  theme_linedraw() +
  theme(axis.ticks = element_blank(),
        axis.title = element_blank(),
        panel.grid.major.x = element_blank())
```
Figure 6: Usando o vetor nomeado

Em alguns gráficos pode ser necessário termos mais cores do que as disponíveis na paleta de cores. É possível gerar novas paletas com um número maior de cores por interpolação através da função colorRampPalette. A função colorRampPalette devolve uma função para a qual passaremos o número de cores que gostaríamos de gerar a partir da interpolação das cores da paleta fornecida.

```{r}
#| fig-cap: "Usando _colorRampPalette_ para gerar paletas de cores maiores"
#| label: fig-pal-12

penguins_12_colors <- colorRampPalette(minhas_paletas("highlight"))(12)

scales::show_col(penguins_12_colors, cex_label = 1)
```
Figure 7: Usando colorRampPalette para gerar paletas de cores maiores

Vamos colocar isto em uma função e testar.

```{r}
#| fig-cap: "Função que devolve função para gerar cores"
#| label: fig-gera-cores

penguin_pal <- function(palette = "main", reverse = FALSE, ...) {
  pal <- minhas_paletas(palette)

  if (reverse) pal <- rev(pal)

  colorRampPalette(pal, ...)
}
scales::show_col(penguin_pal(palette = "two_colors", reverse = TRUE)(12))
```
Figure 8: Função que devolve função para gerar cores

Considere o seguinte gráfico que usa uma escala contínua de cores:

```{r}
#| fig-cap: "Diagrama de dispersão"
#| label: fig-scatter1
penguins %>% 
  filter(!is.na(bill_length_mm),
         !is.na(bill_depth_mm)) %>% 
  ggplot(aes(bill_length_mm, bill_depth_mm, color = flipper_length_mm)) +
  geom_point() 
```
Figure 9: Diagrama de dispersão

Gostaríamos de modificar a escala de cores utilizando as cores previamente definidas em minhas_cores e minhas_paletas.

Primeiro precisamos definir uma função que cria uma customização da função scale_color_continuous.

```{r}
#' Construtor de cores para escala contínua.
#'
#' @param palette nome da paleta definida em minhas_paletas
#' @param discrete Boolean indica se "color aesthetic" é discreto ou não
#' @param reverse Boolean indica se a paleta deve ter a sequência de cores invertida
#' @param ... outros parâmetros que serão passados para discrete_scale() ou
#'            scale_color_gradientn(), uma das duas funções conforme o discrete é TRUE ou FALSE
#'
scale_color_penguin <- function(palette = "main", discrete = TRUE, reverse = FALSE, ...) {
  pal <- penguin_pal(palette = palette, reverse = reverse)

  if (discrete) {
    discrete_scale("colour", paste0("penguin_", palette), palette = pal, ...)
  } else {
    scale_color_gradientn(colours = pal(256), ...)
  }
}

scale_color_penguin(palette = "highlight", discrete = FALSE)
```
<ScaleContinuous>
 Range:  
 Limits:    0 --    1

Vamos ajustar o último gráfico que fizemos para utilizar uma paleta de cores baseada na minhas_paletas(“highlight”).

```{r}
#| fig-cap: "Escala de cores customizada gerada a partir da paleta específica"
#| label: fig-scatter-2

penguins %>% 
  filter(!is.na(bill_length_mm),
         !is.na(bill_depth_mm)) %>% 
  ggplot(aes(bill_length_mm, bill_depth_mm, color = flipper_length_mm)) +
  geom_point() +
  scale_color_penguin("two_colors", discrete = FALSE)
```
Figure 10: Escala de cores customizada gerada a partir da paleta específica

De forma similar à função color que fizemos, podemos implementar uma função para fill:

```{r}
#' Construtor de cores para escala contínua.
#'
#' @param palette nome da paleta definida em minhas_paletas
#' @param discrete Boolean indica se "color aesthetic" é discreto ou não
#' @param reverse Boolean indica se a paleta deve ter a sequência de cores invertida
#' @param ... outros parâmetros que serão passados para discrete_scale() ou
#'            scale_color_gradientn(), uma das duas funções conforme o discrete é TRUE ou FALSE
#'
scale_fill_penguin <- function(palette = "main", discrete = TRUE, reverse = FALSE, ...) {
  pal <- penguin_pal(palette = palette, reverse = reverse)

  if (discrete) {
    discrete_scale("fill", paste0("penguin_", palette), palette = pal, ...)
  } else {
    scale_fill_gradientn(colours = pal(256), ...)
  }
}
```
```{r}
#| fig-cap: "Cores de preenchimento geradas a partir de paleta específica"
#| label: fig-barchart

penguins %>% 
   filter(!is.na(bill_length_mm),
         !is.na(bill_depth_mm)) %>% 
  ggplot(aes(bill_length_mm, bill_depth_mm, color = flipper_length_mm)) +
  geom_col() +
  scale_color_penguin("two_colors", discrete = FALSE)
```
Figure 11: Cores de preenchimento geradas a partir de paleta específica

Este último gráfico não faz muito sentido, mas está aí apenas para exemplificar o uso da função scale_fill_penguin.

Referências

Aden-Buie, Garrick. 2019. “Custom Discrete Color Scales for Ggplot2.” https://www.garrickadenbuie.com/blog/custom-discrete-color-scales-for-ggplot2/.
Hall, Meghan. 2022. “Creating Custom Color Palettes with Ggplot2.” https://meghan.rbind.io/blog/2022-10-11-creating-custom-color-palettes-with-ggplot2/.
Jackson, Simon. 2018. “Creating Corporate Colour Palettes for Ggplot2.” https://drsimonj.svbtle.com/creating-corporate-colour-palettes-for-ggplot2.

Citation

BibTeX citation:
@misc{abreu2022,
  author = {Abreu, Marcos},
  title = {R tip: Como customizar cores no ggplot2},
  date = {2022-10-27},
  url = {https://abreums.github.io/posts/2022-10-27-r-tip-como-customizar-cores-no-ggplot2/},
  langid = {pt-br}
}
For attribution, please cite this work as:
Abreu, Marcos. 2022. “R tip: Como customizar cores no ggplot2.” October 27, 2022. https://abreums.github.io/posts/2022-10-27-r-tip-como-customizar-cores-no-ggplot2/.