如何在ggplot图例中控制颜色、填充与线型（含模型基准线）

问题背景 #

我有两个模型的结果数据，包含分位数阴影展示的变异情况，每个模型还对应一条无变异的参考基准线。示例数据生成代码如下：

# 创建数据
y <- 1+0.1*c(0:29)
r1 <- runif(30,0.8,1.2)
mydata0 <- data.frame(model = "model1",scenario="a_sc1", year = c(2022:2051), q9 = y+2*r1,
                     q7=y+r1, q5=y+r1-1,q3=y-r1,q1=y-2*r1,bench= r1)

mydata1 <- mydata0
mydata1[,4:9] <- r1+mydata1[,4:9]
mydata1$model <- "model2"

mydata <- rbind(mydata0, mydata1)

第一次绘图尝试：图例缺失基准线线型 #

图形效果符合需求，但图例里没有显示基准线的虚线标识：

library(ggplot2)
col2 <- c("darkred","steelblue")
col2f <- c("magenta","green")

ggplot(data=mydata, aes(x=year, group=model)) +
  geom_ribbon(aes(ymin=q1 , ymax=q9,fill=model),  linetype=0, alpha=0.2) +
  geom_ribbon(aes(ymin=q3 , ymax=q7,fill=model),  linetype=0, alpha=0.2) +
  geom_line(aes(x=year, y=q5 ,color=model), linetype=1, size=1.3)+
  geom_line(aes(x=year, y=bench ,color=model), linetype=2, size=1.3)+
  scale_color_manual(values = col2) +
  scale_fill_manual(values = col2f)+
  scale_linetype_manual(values = c(1,2)) +
  labs( y = "var [mg/l]", x="") +
  theme_light() +
  theme(text = element_text(size = 18),axis.text=element_text(colour="black",size=20),legend.text=element_text(size=22))

第二次绘图尝试：长格式数据，图例缺失对应颜色 #

转换为长格式数据后，图例显示了线型，但基准线没有对应模型的颜色：

# 长格式数据转换
mydata2 <- rbind(mydata[,-9], data.frame(model=mydata$model,scenario="bench",year=mydata$year,q9=NA,q7=NA,q5=mydata$bench,q3=NA,q1=NA))
  
ggplot(data=mydata2, aes(x=year)) +
  geom_ribbon(aes(ymin=q1 , ymax=q9,fill=model),  linetype=0, alpha=0.2, na.rm = TRUE) +
  geom_ribbon(aes(ymin=q3 , ymax=q7,fill=model),  linetype=0, alpha=0.2, na.rm = TRUE) +
  geom_line(aes(x=year, y=q5 ,color=model, linetype=scenario), size=1.3)+
  scale_color_manual(values = col2) +
  scale_fill_manual(values = col2f)+
  labs( y = "var [mg/l]", x="") +
  theme_light() +
  theme(text = element_text(size = 18),axis.text=element_text(colour="black",size=20),legend.text=element_text(size=22))

期望的图例效果是：每个模型对应两个条目（实线预测线、虚线基准线），且颜色与模型本身的颜色一致。

解决方案 #

方案1：基于原始宽格式数据调整 #

通过将线型映射为自定义标签，并修改图例的覆盖属性，实现颜色与线型的统一展示：

library(ggplot2)
col2 <- c("darkred","steelblue")
col2f <- c("magenta","green")

ggplot(data=mydata, aes(x=year, group=model)) +
  # 绘制分位数阴影
  geom_ribbon(aes(ymin=q1 , ymax=q9,fill=model),  linetype=0, alpha=0.2) +
  geom_ribbon(aes(ymin=q3 , ymax=q7,fill=model),  linetype=0, alpha=0.2) +
  # 绘制预测线，将linetype映射为自定义标签
  geom_line(aes(x=year, y=q5 ,color=model, linetype="预测线"), size=1.3)+
  # 绘制基准线，同样映射linetype
  geom_line(aes(x=year, y=bench ,color=model, linetype="基准线"), size=1.3)+
  # 设置颜色、填充、线型的手动映射
  scale_color_manual(values = col2, name="模型") +
  scale_fill_manual(values = col2f, name="模型") +
  scale_linetype_manual(values = c("预测线"=1, "基准线"=2), name="线类型") +
  # 合并图例，让颜色和线型在同一个图例中显示
  guides(
    color = guide_legend(
      override.aes = list(linetype = c(1, 1, 2, 2)),
      keywidth = unit(2, "cm")
    ),
    fill = guide_legend(order = 1),
    linetype = "none"
  ) +
  labs( y = "var [mg/l]", x="") +
  theme_light() +
  theme(
    text = element_text(size = 18),
    axis.text=element_text(colour="black",size=20),
    legend.text=element_text(size=22)
  )

方案2：基于长格式数据调整 #

如果偏好长格式数据，只需通过guide_legend的override.aes参数为线型图例添加对应模型颜色：

ggplot(data=mydata2, aes(x=year)) +
  geom_ribbon(aes(ymin=q1 , ymax=q9,fill=model),  linetype=0, alpha=0.2, na.rm = TRUE) +
  geom_ribbon(aes(ymin=q3 , ymax=q7,fill=model),  linetype=0, alpha=0.2, na.rm = TRUE) +
  geom_line(aes(x=year, y=q5 ,color=model, linetype=scenario), size=1.3)+
  scale_color_manual(values = col2, name="模型") +
  scale_fill_manual(values = col2f, name="模型") +
  scale_linetype_manual(values = c("a_sc1"=1, "bench"=2), name="线类型") +
  guides(
    linetype = guide_legend(
      override.aes = list(color = rep(col2, each=2))
    )
  ) +
  labs( y = "var [mg/l]", x="") +
  theme_light() +
  theme(text = element_text(size = 18),axis.text=element_text(colour="black",size=20),legend.text=element_text(size=22))

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Shajar