如何为ggplot双轴设置独立刻度：仅缩放载荷箭头不影响主数据

核心思路 #

PCA得分（散点）和载荷（箭头）的尺度本身不一致，要实现仅缩放载荷箭头且不改变主轴刻度，需分离得分数据与载荷数据，手动对载荷进行缩放以匹配副轴范围，再分别绘制散点和箭头，最后添加自定义副轴。

具体实现代码 #

library(ggplot2)
library(dplyr)

# 1. 计算PCA并分离得分与载荷数据
iris_pca <- prcomp(iris[,1:4], scale. = TRUE)

# 得分数据（主轴用原始数据，不做缩放）
scores_df <- as.data.frame(iris_pca$x[,1:2]) %>%
  mutate(Species = iris$Species)

# 载荷数据（需缩放匹配副轴limits=c(-0.8,0.8)）
loadings_df <- as.data.frame(iris_pca$rotation[,1:2]) %>%
  mutate(Feature = rownames(.))

# 计算缩放因子：让载荷的最大绝对值匹配副轴上限0.8
scale_factor <- 0.8 / max(abs(loadings_df[,1:2]))
loadings_scaled <- loadings_df %>%
  mutate(PC1 = PC1 * scale_factor,
         PC2 = PC2 * scale_factor)

# 2. 绘制Biplot
ggplot() +
  # 绘制得分散点（主轴保持原始PCA得分）
  geom_point(data = scores_df, aes(x = PC1, y = PC2, color = Species), size = 2) +
  # 绘制缩放后的载荷箭头
  geom_segment(data = loadings_scaled, 
               x = 0, y = 0, xend = PC1, yend = PC2,
               arrow = arrow(length = unit(0.2, "cm")), color = "darkred") +
  # 添加载荷标签
  geom_text(data = loadings_scaled, aes(x = PC1 * 1.1, y = PC2 * 1.1, label = Feature),
            color = "darkred", fontface = "bold") +
  # 设置主轴刻度（保持原始得分范围）
  scale_x_continuous(name = "PC1", limits = range(scores_df$PC1)) +
  scale_y_continuous(name = "PC2", limits = range(scores_df$PC2),
                     # 添加副轴，对应缩放后的载荷范围
                     sec.axis = sec_axis(~ . / scale_factor, 
                                         name = "Loadings",
                                         limits = c(-0.8, 0.8))) +
  theme_minimal() +
  labs(title = "PCA Biplot of Iris Dataset")

关键说明 #

• 分离得分与载荷：避免ggplot自动统一尺度，手动控制两者的缩放逻辑
• 缩放载荷：通过计算scale_factor将载荷的最大绝对值压缩到0.8，匹配副轴设定范围
• 副轴转换：sec_axis(~ . / scale_factor)实现主轴得分到副轴载荷的反向转换，确保刻度对应关系正确
• 主轴保持不变：用原始得分数据的范围设置主轴limits，完全不影响散点的显示位置与主轴刻度

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Farhan