为何R语言中ggplot绘制的周期函数曲线呈现异常凹凸状？

问题原因 #

stat_smooth 默认使用loess局部回归方法，它的设计目标是对带有噪声的散点数据进行趋势拟合。你的数据是严格符合周期函数的精确点，用局部回归拟合时，算法会在每个局部区间内调整曲线，反而破坏了周期函数原本的平滑性，导致出现凹凸不平的异常曲线。

解决方案 #

不需要用stat_smooth拟合，直接绘制已知的周期函数曲线即可，有两种常用方法：

方法1：使用geom_function直接调用函数 #

library(ggplot2)

# 定义周期函数
test2 <- function(x) -23.5*cos(pi/4*x)+23.5
# 生成原始数据点
test_points <- data.frame(x = 0:32, y = test2(0:32))

ggplot(test_points, aes(x, y)) +
  geom_point() +
  geom_function(fun = test2, color = "#2196F3") # 直接绘制函数曲线

方法2：生成密集x值后用geom_line绘制 #

如果需要更精细的曲线，可以生成更密集的x序列，再用折线连接：

library(ggplot2)

# 生成密集的x值（步长0.1，保证曲线平滑）
x_dense <- seq(0, 32, by = 0.1)
test_dense <- data.frame(x = x_dense, y = -23.5*cos(pi/4*x_dense)+23.5)
# 原始数据点
test_points <- data.frame(x = 0:32, y = -23.5*cos(pi/4*(0:32))+23.5)

ggplot() +
  geom_point(data = test_points, aes(x, y)) +
  geom_line(data = test_dense, aes(x, y), color = "#2196F3")

说明 #

• 两种方法都能得到和Desmos中一致的平滑周期曲线
• stat_smooth适合处理带噪声的实验数据拟合趋势，不适合绘制已知的数学函数

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jakiepoo21