如何用R的ggraph包绘制正统样式的考古学Harris矩阵？

我想用R的ggraph包绘制考古学的Harris矩阵——这是一种有向图，用于建模地层单位之间的年代学关系。

目前我已经通过igraph的Sugiyama布局+geom_edge_elbow实现了基础效果，但当前图中边是从节点侧面/顶部连接，不符合正统Harris矩阵的规范：正统样式要求代表更早地层的入边连接到节点上方，代表更晚地层的出边连接到节点下方，以此清晰呈现时间流（更早地层在上，更晚地层在下）。

能否用ggraph实现正统样式？ #

geom_edge_elbow确实没有直接设置边连接位置的参数，但可以通过自定义层级布局和调整边的连接端点来实现需求，具体步骤如下：

1. 手动指定节点层级

先给节点添加层级属性，确保时间更早的地层位于上方层级，更晚的位于下方：

library(tidyverse)
library(igraph)
library(ggraph)

# 节点数据：添加layer属性，数字越小代表地层越早（位置越靠上）
context_entities = data.frame(
  name = c("100", "101", "102", "103", "104", "105"),
  layer = c(4, 3, 2, 1, 0, 0) # 104、105最早，100最晚
)

matrix_relationships = data.frame(
  to = c("100", "101", "102", "101", "103", "103"),
  from = c("101", "102", "103", "103", "104", "105"),
  rel = c("before", "before", "before", "before", "before", "before")
)

# 创建图对象
harris_matrix_graph = igraph::graph_from_data_frame(
  matrix_relationships, 
  directed = TRUE,
  vertices = context_entities
)

2. 基于层级的Sugiyama布局

使用layout_with_sugiyama时手动指定层级，确保节点垂直位置符合时间顺序：

harris_matrix_graph_layout = layout_with_sugiyama(
  harris_matrix_graph,
  layers = V(harris_matrix_graph)$layer
)

3. 自定义边的连接端点

用geom_edge_segment配合start_cap和end_cap参数，强制边连接到节点的顶部/底部：

ggraph(harris_matrix_graph, layout = harris_matrix_graph_layout) +
  geom_edge_segment(
    start_cap = circle_cap(r = unit(3, "mm")), # 起点（更早地层）连接节点顶部
    end_cap = circle_cap(r = unit(3, "mm")),   # 终点（更晚地层）连接节点底部
    arrow = arrow(length = unit(2, "mm"), type = "closed"),
    color = "black"
  ) +
  geom_node_label(aes(label = name), size = 4, fill = "white") +
  theme_void()

替代方案：其他R包实现 #

如果ggraph的灵活性仍不满足需求，可以尝试以下工具，均支持静态导出和交互式展示：

1. visNetwork（适合交互式/Shiny场景）

专注于交互式网络可视化，支持自定义层级布局和边的连接方式：

library(visNetwork)

# 准备节点与边数据
nodes = context_entities %>%
  mutate(id = name, y = layer * 100) # 用layer控制垂直位置

edges = matrix_relationships %>%
  mutate(from = from, to = to, arrows = "to")

# 生成交互式图
visNetwork(nodes, edges) %>%
  visNodes(shape = "box", size = 30) %>%
  visEdges(smooth = FALSE) %>%
  visLayout(hierarchical = list(
    direction = "UD", # 上下方向布局
    sortMethod = "directed" # 按有向关系排序
  ))

2. DiagrammeR

支持绘制结构化有向图，可通过语法精确控制节点和边的位置，支持导出静态文件和嵌入Shiny：

library(DiagrammeR)

# 用mermaid语法定义Harris矩阵
mermaid("
graph TD
    104 --> 103
    105 --> 103
    103 --> 102
    103 --> 101
    102 --> 101
    101 --> 100
")

内容的提问来源于stack exchange，提问作者TCW