Stata绘图:绘制单个变量的时序图

发布时间:2019-10-02 阅读 734

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徐嘉树 (中国人民大学)
jiashuxu@ruc.edu.cn

Source: Chatfield, Mark D. "Graphing each individual's data over time." The Stata Journal 18.3 (2018): 503-516. [PDF]


目录


对于纵向和面板数据,绘制单个个体随时间变化的图表是一种有效的信息探索方式,对多变量随时间变化、以及着重多个时间点的数据尤为突出。仔细研究单个个体的时序图不仅可以洞察数据的性质和质量,为进一步分析提供信息。若选择一些典型,更能够为你的研究展示提供强有力的证据。

Cox (2010) 在讨论数据图形化时,强调了个体之间或个体组之间的比较。我们在探索数据时,绘制每个个体随时间变化的数据(在单独的图表中)可能是一种容易被忽视的做法。从本质上讲,这种方法强调的是个体内部(而非个体之间)的差异。研究一些个体的时序图可以加深我们对数据的理解,并就可能对数据提出哪些研究问题、以及如何分析数据产生一些新的想法。随着时间的推移,数据中有很多关于个人的信息,绘制原始数据图可能是一项相当艰巨的挑战。各种符号和线段可以相互重叠,使我们制成的图形让人难以理解。对此,为单个个体绘制独立的时序图恰恰是一种解决办法。

接下来让我们看一看,在 Stata 中怎样绘制这些时序图。

1. 数据说明

本文将使用美国劳动力市场经验纵向调查 National Longitudinal Survey of Labor Market Experience 中 1968 年 14-26 岁年轻女性的子样本数据进行时序图的绘制。这部分数据包含在 1968 年至 1988 年的 21 年中 (除 1974 年、1976 年、1979 年、1981 年、1984 年和 1986 年外) 受访女性的工资及相关因素随时间变化的信息。我们需要在 Stata 中导入数据,并设定绘图模板。

. use http://www.stata-press.com/data/r15/nlswork.dta, clear
. xtset
. xtdescribe
. set scheme sj

2. 绘制单变量的单个个体时序图

在第一个简单的例子中,我们打算绘制个体工资随时间变化的时序图。首先,我们需要做一些准备工作,生成工资相关的变量。由于在我们使用的样本中有很多个体 (4711) ,在此我们只选择前六个个体做例子,来绘制六张单个个体的时序图。

. generate  wage = exp(ln_wage)
. summarize wage, detail
. generate  wage_trunc = min(wage, 20) if !missing(wage)
. label variable wage_trunc "Wage ($/hour)"
. keep if idcode <= 6

对于绘制单变量的单个个体时序图,我们可以利用下列指令得到六个个体的时序图,并通过putdocx保存到文档中。其中,我们用scatter绘制散点图,用ylabelyscalexlabelxmtickxscale分别修饰 Y 轴和 X 轴的标签、刻度和范围。

putdocx clear
putdocx begin, landscape
putdocx paragraph
levelsof idcode, local(idcodes) clean
foreach id of local idcodes {
 scatter wage_trunc year if idcode == `id' , connect(l) sort ///
   ylabel(0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 "≥20", angle(horizontal))  ///
   yscale(range(0 20.5))  ///
   xlabel(68 "1968" 73 "1973" 78 "1978" 83 "1983" 88 "1988")  ///
   xmtick(68 69 70 71 72 73 75 77 78 80 82 83 85 87 88, grid notick)  ///
   xscale(range(67.5 88.5))  ///
   title("id `id'")  ///
   graphregion(color(white))  ///
   name(g`id', replace)
   graph export "temp_graph.png", replace
   putdocx image "temp_graph.png"
}
putdocx save "Example 1. Individual Graphs.docx", replace
erase "temp_graph.png"

通过以上指令,我们能够得到六张个体时序图,以第五张为例,如下图所示:

图1. 个体工资随时间变化 (idcode == 5)
图1. 个体工资随时间变化 (idcode == 5)

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3. 绘制多变量的单个个体时序图

接下来的第二个例子较为复杂,我们的时序图将展示这个样本中describe指令所显示的多个变量的情况。

 use http://www.stata-press.com/data/r15/nlswork, clear
 generate wage = exp(ln_wage)
 keep idcode tenure hours union msp race grade age year wage
 generate death_yr = 83 if idcode==5 // variable created for illustration
 describe

. describe

Contains data from nlswork.dta
  obs:        28,534              National Longitudinal Survey.  Young
                                    Women 14-26 years of age in 1968
 vars:            11              27 Nov 2016 08:14
 size:       627,748
----------------------------------------------------------------------
          storage   display    value
variable   type    format     label      variable label
----------------------------------------------------------------------
idcode      int     %8.0g                 NLS ID
year        byte    %8.0g                 interview year
age         byte    %8.0g                 age in current year
race        byte    %8.0g      racelbl    race
msp         byte    %8.0g                 1 if married, spouse present
grade       byte    %8.0g                 current grade completed
union       byte    %8.0g                 1 if union
tenure      float   %9.0g                 job tenure, in years
hours       int     %8.0g                 usual hours worked
wage        float   %9.0g
death_yr    float   %9.0g
----------------------------------------------------------------------
Sorted by: idcode  year
     Note: Dataset has changed since last saved.

我们先要考虑,对个体而言哪些变量是随时间变化而变化的,以及哪些是不变的。在这个例子中,我们的数据经过xtset并且没有字符型变量,我们可以使用xtsum指令,不随着年份变化的变量标准差为 0 。对于更一般的情况,我们可以使用distinct指令 (Cox and Longton 2008) 。

.       distinct idcode
-------------------------------
        |     total   distinct
--------+----------------------
 idcode |     28534       4711
-------------------------------

.       distinct idcode grade, joint missing
----------------------------------
           |     total   distinct
-----------+----------------------
 (jointly) |     28534       4711
----------------------------------

接下来,我们着重关注四个随时间变化的连续变量:wagetenurehoursage。我们将哪个或哪些变量画到横纵坐标轴上呢?我们需要用到变量的对数形式吗?我们对待连续型变量和字符型变量应该一样吗?顺着这样的思路,我们决定把表示年龄的数值型变量 age 作为文本写在 X 轴附近 (由于受访者并非是在不同年份的同月同日接受调查,所以年龄与年份并不是完美对应的) 。然后,对于其他三个变量,我们决定截断较大的取值,并且 wagetenure 应该在 Y 轴上相同,取值范围均为 0 ~ 20 。

 summarize wage, detail
 generate wage_trunc = min(wage, 20) if !missing(wage)
 label variable wage_trunc "Wage ($/hour)"
 
 summarize tenure, detail
 generate tenure_trunc = min(tenure, 20) if !missing(tenure)
 label variable tenure_trunc "Tenure (years)"
 
 summarize hours, detail
 generate hours_trunc = min(hours, 60) if !missing(hours)
 label var hours_trunc "Usual hours worked"

下一步,我们考虑两个随时间变化的分类变量:unionmsp 。我们用"U"和"-"表示 union 的状态变化,用"M"和"-"表示 msp 的状态变化。另外,表示种族的 race 是不会随时间发生变化的变量,我们生成了一个包含 race 值标签的变量,方便我们更容易地把信息添加到时序图中。与前面的例子相类似,我们在此仅保留前六个 ID 的个体来绘图。

 tabulate union, missing
 generate lab_union = "U" if union==1
 replace lab_union = "-" if union==0
 tabulate msp, missing
 generate lab_married = "M" if msp == 1
 replace lab_married = "-" if msp == 0
 
 decode race, generate(race_str)
 keep if idcode <= 6

下面我们来绘制六个个体的多变量时序图,与前面单变量的例子相同,我们将得到的表示这六个个体的六张图,我们把它们导出到文档中。

generate y_union = 23
generate y_married = 26
generate y_age = 0

putdocx clear
putdocx begin, landscape
putdocx paragraph

levelsof idcode, local(idcodes) clean
foreach id of local idcodes {
     local xline ""
     local xlinetext ""
     summarize death_yr if idcode == `id'
if r(N) > 0 {
     local death_year = r(min)
     if r(min) <= 88 {
          local xline "xline(`death_year')"
          local xlinetext `"text(21 `death_year' "Died")"'
     }
}
levelsof race_str if idcode == `id', local(race_info) clean
levelsof grade if idcode == `id', local(grade_info)

twoway (scatter wage_trunc tenure_trunc year, connect(l l) sort ///
        clwidth(thick) msymbol(O T)) ///
    (scatter y_union y_married year, msymbol(i i) ///
        mlabel(lab_union lab_married) mlabposition(0 0)) ///
    (scatter y_age year, msymbol(i) mlabel(age) mlabposition(6) ///
        mlabgap(*0.1) mlabcolor(gs8)) ///
    (scatter hours_trunc year, yaxis(2) connect(l) sort msymbol(Sh) ///
        clpattern(dash)) ///
     if idcode == `id', ///
     xlabel(68 "1968" 73 "1973" 78 "1978" 83 "1983" 88 "1988", notick ///
        labsize(small) labgap(*6)) ///
     xmtick(68 69 70 71 72 73 75 77 78 80 82 83 85 87 88, grid notick) ///
     `xline' `xlinetext'   ///
     xscale(range(67.5 88.5)) ///
     plotregion(margin(zero)) ///
     xtitle("") ///
     text(-1 66 "Age", size(small) color(gs8)) ///
     text(-2.7 66 "Year", size(small)) ///
     graphregion(color(white)) ///
     legend(order(1 - "             " 6 2) span cols(3)) ///
     ytitle("Wage ($/hour)   " "Tenure (years)    ") ///
     ytitle("Usual hours worked        ", axis(2)) ///
     title("id `id'") subtitle("(`race_info', grade `grade_info')") ///
     ylabel(0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 "≥20" 23 "Union?" 26 "Married?", ///
          angle(horizontal)) ///
     ylabel(0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 "60+", axis(2) ///
          angle(horizontal)) ///
     yscale(range(0 27)) yscale(range(0 81) axis(2)) ///
     name(g`id', replace)

     graph export "graph.png", replace
     putdocx image "graph.png"
  }
  putdocx save "Example 2. Individual Graphs.docx", replace
  erase "graph.png"

在我们得到的六张个体时序图中,以第五张为例,如下图所示: 图2. 个体多变量时序图 (idcode == 5)

通过上面单变量和多变量单个个体时序图的两个例子,你学会怎么用自己的研究数据绘制时序图了吗?快来动手试一试吧!

4. 参考文献

  • Center for Human Resource Research. 1989. National Longitudinal Survey of Labor Market Experience, Young Women 14–26 years of age in 1968. Ohio State University.
  • Cox, N. J. 2010. Speaking Stata: Graphing subsets. Stata Journal 10: 670–681. [PDF]
  • Cox, N. J., and G. M. Longton. 2008. Speaking Stata: Distinct observations. Stata Journal 8: 557–568. [PDF]

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