如何在ggplot2柱状图的X轴添加子标题（分组聚类标注）

我用ggplot2绘制了一幅柱状图，想进一步对X轴进行标注，把现有组别聚类为转化组（效果类似Excel的分组图表）。请问怎么用ggplot2实现？

我的代码如下：

DNAngPERuL <- 160
DNAug <- DNAngPERuL * 6 / 1000
colony_data_frequency <- colony_data / DNAug

transf_data <- data.frame(Selection=rep(c('Ntc 200 μg/mL', 'Zeo 25 μg/mL'), each=12),
                 biorep=rep(c('1', '1(-ve)', '2', '2(-ve)', '3', '3(-ve)', '4', '4(-ve)', '5', '5(-ve)', '6', '6(-ve)'), times=2),
                 colonies=colony_data_frequency)

# Plot
ggplot(data=transf_data, aes(fill=Selection, x=biorep, y=colonies)) +
  geom_bar(position = "dodge", stat="identity", colour="#434343", linetype = "solid") + 
  theme_classic() + 
  labs(title="Transformation Frequency", x="Bioreplicate", y = "No. of colonies / μg of DNA") + 
  theme(plot.title = element_text(hjust = 0.5)) + 
  scale_fill_manual(values=c("#3288bd", "#66C2A5")) + 
  scale_y_continuous(expand = expansion(mult = c(0, .1)))

当前图表效果：X轴按biorep依次排列1、1(-ve)、2、2(-ve)...6、6(-ve)，每个biorep对应两个不同颜色的柱子（Ntc和Zeo组），无分组标注与分割。
目标效果：将X轴的1/1(-ve)、2/2(-ve)...6/6(-ve)分别聚类为独立组别，每组上方添加分组标签（如“转化组1”“转化组2”），组与组之间用分割线区分。

解决方案 #

方法1：用facet_wrap快速实现分组聚类 #

这是最简洁的方式，通过分面自动将每组正负样本归为一类，添加分组标签：

1. 给数据添加分组变量（从biorep中提取组号）：

# 提取组号，去掉(-ve)后缀
transf_data$group <- gsub("\\(-ve\\)", "", transf_data$biorep)
# 转换为因子，保证组顺序正确
transf_data$group <- factor(transf_data$group, levels = c("1", "2", "3", "4", "5", "6"))

2. 修改ggplot代码，添加分面配置：

ggplot(data=transf_data, aes(fill=Selection, x=biorep, y=colonies)) +
  geom_bar(position = "dodge", stat="identity", colour="#434343", linetype = "solid") + 
  theme_classic() + 
  labs(title="Transformation Frequency", x="Bioreplicate", y = "No. of colonies / μg of DNA") + 
  theme(
    plot.title = element_text(hjust = 0.5),
    # 隐藏分面背景，将标签移至X轴上方
    strip.background = element_blank(),
    strip.placement = "outside"
  ) + 
  scale_fill_manual(values=c("#3288bd", "#66C2A5")) + 
  scale_y_continuous(expand = expansion(mult = c(0, .1))) +
  # 按group分面，X轴自由缩放，标签置于底部（X轴上方）
  facet_wrap(~group, scales = "free_x", strip.position = "bottom")

方法2：手动添加分组标签与分割线（贴近Excel效果） #

若不想用分面，可手动计算位置添加标签和分割线：

1. 先确定X轴元素的位置：

# 固定biorep的顺序，避免乱序
transf_data$biorep <- factor(transf_data$biorep, 
                             levels = c('1', '1(-ve)', '2', '2(-ve)', '3', '3(-ve)', '4', '4(-ve)', '5', '5(-ve)', '6', '6(-ve)'))
# 计算每组的中心位置（每组两个biorep，取中间值）
group_centers <- c(1.5, 3.5, 5.5, 7.5, 9.5, 11.5)
# 计算组之间的分割线位置
split_lines <- c(2.5, 4.5, 6.5, 8.5, 10.5)

2. 修改ggplot代码，添加标注元素：

ggplot(data=transf_data, aes(fill=Selection, x=biorep, y=colonies)) +
  geom_bar(position = "dodge", stat="identity", colour="#434343", linetype = "solid") + 
  # 添加组间分割线
  annotate("segment", x = split_lines, xend = split_lines, y = 0, yend = Inf, 
           colour = "black", linetype = "dashed") +
  # 添加分组标签（置于X轴下方）
  annotate("text", x = group_centers, y = -max(transf_data$colonies)*0.05, 
           label = paste("转化组", 1:6), size = 4) +
  theme_classic() + 
  labs(title="Transformation Frequency", x="Bioreplicate", y = "No. of colonies / μg of DNA") + 
  theme(
    plot.title = element_text(hjust = 0.5),
    # 调整X轴文字下方空间，容纳分组标签
    axis.text.x = element_text(margin = margin(t = 10)),
    # 调整X轴标题位置，避免与标签重叠
    axis.title.x = element_text(margin = margin(t = 20))
  ) + 
  scale_fill_manual(values=c("#3288bd", "#66C2A5")) + 
  # 扩展Y轴下方空间，防止标签被截断
  scale_y_continuous(expand = expansion(mult = c(0.1, .1)))

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