使用R基于预计算频数与区间绘制带密度曲线的叠加直方图

我是编程新手，首次提问若表述不够简洁还请见谅。我想要为3组样本（Vehicle、SB-3CT、SB-3CT + OVZ）的像素强度绘制叠加直方图，并为每组添加密度曲线，效果类似附图。
目前我没有原始数据，只有预计算好的直方图频数和区间：共64个区间，对应像素强度0-63，每个区间内包含三组的频数数据，数据结构如下：

# A tibble: 6 × 4
  `Pixel intensity` Vehicle `SB-3CT` `SB-3CT + OVZ`
              <dbl>   <dbl>    <dbl>          <dbl>
1                 0  0.0896   0.0896          0.104
2                 1  0.383    0.383           0.408
3                 3  1.35     1.35            1.36 
4                 4  3.43     3.43            3.79 
5                 5  6.91     6.91            7.45 
6                 6 12.0     12.0            13.5 

我曾尝试使用ggplot2.histogram函数，但由于是预计算数据，该函数只会计算频数的出现频率，不符合我的需求。请问能否使用ggplot2或类似工具实现我想要的绘图效果？

1. 数据格式转换 #

ggplot2更适配长格式数据，先把你的宽格式数据转为长格式：

library(tidyverse)

# 假设你的数据框名为pixel_data
pixel_data_long <- pixel_data %>%
  pivot_longer(
    cols = -`Pixel intensity`,  # 保留像素强度列，转换其他分组列
    names_to = "Group",         # 生成分组列的列名
    values_to = "Frequency"     # 生成频数列的列名
  ) %>%
  # 计算每组的密度（将频数归一化）
  group_by(Group) %>%
  mutate(Density = Frequency / sum(Frequency)) %>%
  ungroup()

2. 绘制叠加直方图+密度曲线 #

用geom_area实现叠加的直方图效果，再用平滑曲线模拟密度曲线：

ggplot(pixel_data_long, aes(x = `Pixel intensity`)) +
  # 叠加直方图区域
  geom_area(
    aes(y = Frequency, fill = Group),
    position = "identity",  # 设置为叠加显示
    alpha = 0.5,            # 添加透明度避免分组遮挡
    stat = "identity"       # 使用预计算的频数，不重新统计
  ) +
  # 绘制密度曲线（用loess平滑拟合频数趋势）
  geom_line(
    aes(y = Density * max(pixel_data$Frequency), color = Group),
    stat = "smooth",
    method = "loess",
    se = FALSE,
    size = 1
  ) +
  # 设置双y轴：左侧显示频数，右侧显示密度
  scale_y_continuous(
    name = "Frequency",
    sec.axis = sec_axis(~ . / max(pixel_data$Frequency), name = "Density")
  ) +
  # 设置标签和图例
  labs(
    x = "Pixel intensity",
    fill = "Sample Group",
    color = "Sample Group"
  ) +
  theme_minimal()

关键说明 #

• 替代geom_histogram：因为你有预计算的频数，geom_area可以直接使用现有数据绘制类似直方图的区域，不需要重新统计频数。
• 密度曲线适配：由于没有原始数据，用loess平滑函数对频数趋势进行拟合，同时通过比例转换让曲线和直方图在同一坐标系显示，双y轴分别展示频数和密度。
• 柱状直方图替代：如果偏好柱状效果，可将geom_area替换为geom_col(width = 1)，同样设置position="identity"实现叠加。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user22915468