目前最全的R语言-图片的组合与拼接

前言

李誉辉，四川大学硕士在读，研究数据分析与可视化，以及网络爬虫。誉辉兄最近出的文章都是很系统的，从R ggplot2的基础讲解到三维数据可视化plot3D，文章都整理讲解得很全面系统，我本人也是很喜欢这样的文章，故而推荐给大家。

非常感谢誉辉兄撰写这一篇目前最全的R语言-图片的组合与拼接！我们也欢迎更多R和python的数据分析与可视化爱好者一起来学习与探讨技术。

你们的鼓励与探讨，才是作者撰文写稿源源不断的动力！

张杰

1 customLayout包

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参考来源：

https://www.rdocumentation.org/packages/customLayout/versions/0.2.0 https://mp.weixin.qq.com/s/zbp8pOQcNB4XBBF5SCg5GA

1.1 简介

customLayout用于拼图特别方便，尤其是仪表盘布局 支持R内置的base绘图对象，ggplot2对象（与grid结合 ）

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library(ggplot2)library(customLayout)

1.2 简单画布

通过设置简单的数字矩阵以及对应的宽高比，可以非常方便的设置出来数字拼图 关键函数：

• lay_new() 创建拼图画布
• lay_show() 显示拼图画布

mat数字矩阵必须从1开始，且必须连续

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library(ggplot2)library(customLayout)
# 创建拼图画布lay1 <- lay_new( 
  mat = matrix(1:4, ncol = 2), 
# 矩阵分布，mat表示指定排版的数字矩阵 
  widths = c(3,2),             
# 设定宽度比例
  heights = c(2,1)             
# 设置高度比例)# 显示拼图画布lay_show(lay1) 

# 创建第2个拼图画布，与第1个结构一样，只是比例不一样
lay2 <- lay_new(  matrix(1:4, nc = 2), widths = c(3, 5),heights = c(2, 4))
lay_show(lay2)

1.3 画布合并

其它拼图包没有的功能，非常好用 跟合并矩阵类似。分为行合并和列合并

• lay_bind_col() 画布列合并 lay_bind_col(x, y, widths = c(1, 1), addmax = TRUE) 参数widths表示指定合并宽度比
• lay_bind_row() 画布行合并 lay_bind_row(x, y, heights = c(1, 1), addmax = TRUE) 参数heights表示指定合并高度比

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library(ggplot2)library(customLayout)# 画布列合并
cl_1 <- lay_bind_col(lay1, lay2, widths = c(3, 1))  
# 指定合并宽度比为3:1
lay_show(cl_1)# 画布行合并
cl_2 <- lay_bind_row(lay1, lay2, heights = c(3, 1))  
# 指定合并高度比为3:1
lay_show(cl_2)# 多次合并
lay_show(lay_bind_col(cl_1, cl_2, widths = c(2:1)))

1.4 画布嵌套

这个功能也是其它包没有的，非常有用 关键函数：

• lay_split_field(lay, newlay, field)

参数lay表示大画布，参数newlay表示要嵌套进去的小画布，field表示指定要嵌套的区域编号

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library(ggplot2)library(customLayout)
slay <- lay_split_field(lay1, lay2, field = 1)  
# 将画布lay2嵌套进lay1的第1个区域，即左上角格子
lay_show(slay)

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library(ggplot2)
library(customLayout)
slay2 <- lay_split_field(lay = lay2, new = lay1, field = 4)  
# 将画布lay1嵌套进lay2的第4个区域，即右下角格子
lay_show(slay2)

1.5 填充图片

关键函数：

• lay_set(layout) 将画布layout设置为绘图布局，用于base绘图对象
• lay_grid(grobs, lay, ...) 将绘图对象grobs填充到画布lay中， 用于ggplot2等绘图对象

1.5.1 基础绘图对象填充

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library(ggplot2)
library(customLayout)
par(mar = c(3, 2, 2, 1)) # 设定页边距# 创建排版画布
lay1  <- lay_new(   
  matrix(1:4, nc = 2), # 2行2列布局画布
  widths = c(3, 2),  heights = c(2, 1))
lay2 <- lay_new(matrix(1:3)) # 3行1列布局画布
cl <- lay_bind_col(lay1, lay2, widths = c(3, 1)) 
# 画布列合并
lay_show(cl)
lay_set(cl) 
# 设定绘图对象布局 
set.seed(123)# 绘图填充
plot(1:100   rnorm(100)) # 填充到画布第1格
plot(rnorm(100), type = "l") # 填充到画布第2格
hist(rnorm(500))acf(rnorm(100)) # 填充到画布第4格
pie(c(3, 4, 6), col = 2:4)
pie(c(3, 2, 7), col = 2:4   3)
pie(c(5, 4, 2), col = 2:4   6)

1.5.2 ggplot2绘图对象填充

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library(ggplot2)
library(customLayout)
library(gridExtra)# 创建排版画布
lay1 <- lay_new(matrix(1:2, ncol = 1))  # 2行1列画布
lay2 <- lay_new(matrix(1:3))  # 3行1列画布
cl <- lay_bind_col(lay1, lay2, widths = c(3, 1))  # 画布列合并# 创建数据cuts <- sort(unique(diamonds[["cut"]]), decreasing = TRUE)
make_cut_plot <- function(cut) {
    dd <- diamonds[cut == diamonds[["cut"]], ]  # 
    ggplot(dd)   
      geom_point(aes(carat, price))   
     facet_wrap("cut")  # 封装分面}

plots <- lapply(cuts, make_cut_plot)  
# 对不同切割水平的进行作图
lay_grid(plots, cl)  
# 将绘图对象依次填充到cl画布中

2 cowplot包

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cowplot是一个ggplot2包的简单补充，意味着其可以为ggplot2提供出版物级的主题等。 更重要的是，这个包可以组合多个”ggplot2”绘制的图为一个图，并且为每个图加上例如A,B,C等标签， 这在具体的出版物上通常是要求的。 语法结构与ggplot类似，将ggplot2图作为一个对象置于ggdraw()中 表达式：

draw_plot(plot, x = 0, y = 0, width = 1, height = 1, scale = 1) draw_text(text, x = 0.5, y = 0.5, size = 14, hjust = 0.5, vjust = 0.5,...) draw_plot_label(label, x = 0, y = 1, hjust = -0.5, vjust = 1.5, size = 16, fontface = "bold", family = NULL, colour = NULL, ...)

参数解释：

• plot 表示ggplot2绘图对象
• x, y 表示子图的起点坐标(左下角坐标)，在0-1之间，表示占母图的比例，
• width, height 表示子图长宽所占比例，在0-1之间
• text 表示要映射的文本向量
• label 表示要映射的文本向量
• 其它参数与ggplot2中意思一样

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library(ggplot2)
library(cowplot)
library(showtext)
font_add_google("Dancing Script", "Dancing")

plot.iris <- ggplot(iris, aes(Sepal.Length, Sepal.Width))       
geom_point()   
facet_grid(cols = vars(Species)) 
# 按Species列分面

plot.mpg <- ggplot(mpg, aes(x = cty, y = hwy, colour = factor(cyl)))     
geom_point(size = 2.5)      
labs(title = "dot plot") 

plot.diamonds <- ggplot(diamonds, aes(clarity, fill = cut))     
geom_bar()     
theme(axis.text.x = element_text(angle = 70, vjust = 0.5))     
labs(title = "bar plot")

gg <- ggdraw()       
draw_plot(plot.iris, 0, 0.5, 1, 0.5)   # 在母图上半部，占母图比例1/2  
draw_plot(plot.mpg, 0, 0, 0.5, 0.5)   # 在母图左下角，占母图比例1/4  
draw_plot(plot.diamonds, 0.5, 0, 0.5, 0.5)   # 在母图右下角，占母图比例1/4 
draw_plot_label(c("A", "B", "C"), c(0, 0, 0.5), c(1, 0.5, 0.5), size = 15, colour = "cyan", family = "Dancing") # 加上标签，
showtext_begin()
print(gg)
showtext_end()

3 grid 包

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grid中文翻译为网格，可将其解释为画布分割，通过设定相应的参数，从而可以任意的摆放图形 常用函数：

• grid.newpage() 创建新的画布
• grid.layout() 分割画布，使用参数widths和heights指定分割比例 ,从上到下，从左到右排列
• viewport() 在画布中创建视窗
• grid.show.viewport() 在画布中展示视窗
• grid.show.layout() 展示分割的画布
• pushViewport() 将新建的viewport推出去，即将工作区域切换到新的viewport
• popViewport() 将当前的viewport删除，其父viewport作为新的工作区域, 子viewport中的绘制的图形不会被删除
• downViewport() 导航到子viewport，并作为工作区域，原viewport不会删除
• upViewport() 导航到父viewport，父viewport变为工作区域, 原viewport不会被删除
• seekViewport() 导航到name参数所在的viewport,并作为工作区域
• grid.text() 输出文本标签,坐标只与画布有关，与viewport无关

语法：

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viewport(x = unit(0.5, "npc"), y = unit(0.5, "npc"),
         width = unit(1, "npc"), height = unit(1, "npc"),
         default.units = "npc", just = "centre",
         gp = gpar(), clip = "inherit",
         xscale = c(0, 1), yscale = c(0, 1),
         angle = 0,
         layout = NULL,
         layout.pos.row = NULL, layout.pos.col = NULL,
         name = NULL)

grid.layout(nrow = 1, ncol = 1,
        widths = unit(rep_len(1, ncol), "null"),
        heights = unit(rep_len(1, nrow), "null"),
        default.units = "null", respect = FALSE,
        just="centre")

参数解释：

• name 指定viewport的名字，用于搜索和定位
• x,y 为起点坐标，默认是矩形视窗中心坐标，为0 - 1的数字，表示占newpage的比例
• width, height 为矩形视窗的长宽，同样是占newpage的比例
• angle 表示角度，从-360到360,正数表示逆时针旋转，负数表示顺时针旋转
• just 表示指定视窗起点位置，默认“centre”, 还可以设置左下角c(“left”, “buttom”), 右上角c(“right”, “top”) 等
• layout grid.layout 对象，用于将当前的viewport拆分为子区域
• layout.pos.row 创建的viewport在父节点layout的行位置
• layout.pos.col 创建的viewport在父节点的layout列位置
• nrow 表示将该区域拆分为几行
• ncol 表示将该区域拆分为几列
• widths 表示每个子区域的宽度,向量长度等于ncol
• heights 表示每个子区域的高度，向量长度等于nrow
• gp = gpar() 表示传递其它参数，如: col/fill颜色,lty线型, lwd线宽, fontsize文本尺寸, fontfamily字体, fontface字型等， 可以通过?gpar查询

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library(ggplot2)
library(grid)
grid.newpage()  # 创建一个空白画布
vp1 <- viewport(x = 0.5, y = 0.5, width = 0.5, height = 0.25, angle = 45)  # 设定视窗大小
grid.show.viewport(vp1)  # 查看在画布中的的视窗，自动上色，方便观察

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library(ggplot2)
library(grid)
library(showtext)

YaHei <- windowsFont("微软雅黑")font_add("YaHei", regular = "msyh.ttc", bold = "msyhbd.ttc")  
# 右键字体，然后点击属性，regular指定常规, bold表示指定粗体字体 
showtext_auto()
#### 父viewport
grid.newpage()  
#新建一个page
vp1 <- viewport(x = 0, y = 0.2, w = 0.9, h = 0.8, just = c("left", "bottom"))  
#新建一个viewport，起点为左下角，
pushViewport(vp1)  
# 推出vp1
grid.rect(gp = gpar(col = "red"))  
# 新建一个矩形,gp=gpar()表示设置图形参数
grid.text("我在vp1_1", x = 0.8, y = 0.2, gp = gpar(col = "red", fontfamily = "YaHei", fontsize = 15))  
# 新建一个文本,输出到vp1

vp2 <- viewport(x = 0, y = 0.2, w = 0.9, h = 0.8, just = c("left", "bottom"))  
# 新建一个viewport，起点为左下角，
pushViewport(name = vp2)  
# 将工作区域设置到vp2
grid.rect(x = 0.1, y = 0.2, width = 0.9, height = 0.7, just = c("left", "bottom"), gp = gpar(col = "blue", lty = "dashed"))  
# 新建一个矩形,gp=gpar()表示设置图形参数 

grid.text("我在vp2_1", x = 0.8, y = 0.3, gp = gpar(col = "blue", fontfamily = "YaHei", fontsize = 15))  
# 新建一个文本,输出到vp2

vp3 <- viewport(x = 0.1, y = 0.2, width = 0.9, height = 0.7, just = c("left", "bottom"))
pushViewport(vp3)
grid.rect(x = 0.1, y = 0.2, width = 0.7, height = 0.7, just = c("left", "bottom"), gp = gpar(col = "orange", lty = "twodash", lwd = 2))  
# 新建一个矩形,gp=gpar()表示设置图形参数 

grid.text("我在vp3_1", x = 0.6, y = 0.4, gp = gpar(col = "orange", fontfamily = "YaHei", fontsize = 15))  # 新建一个文本,输出到vp2

layout参数

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library(ggplot2)
library(grid)
grid.newpage()
g1 <- grid.layout(nrow = 3, ncol = 2, widths = c(2, 3), heights = c(2, 1, 3))  # 设置分割的宽度和长度比例

grid.show.layout(l = g1)

综合例子

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library(ggplot2)
library(grid)
library(showtext)

YaHei <- windowsFont("微软雅黑")font_add("YaHei", regular = "msyh.ttc", bold = "msyhbd.ttc")  # 右键字体，然后点击属性，regular指定常规, bold表示指定粗体字体 
showtext_auto()

plot.iris <- ggplot(iris, aes(Sepal.Length, Sepal.Width))   
geom_point()   
facet_grid(cols = vars(Species))  # 按Species列分面

plot.mpg <- ggplot(mpg, aes(x = cty, y = hwy, colour = factor(cyl)))   
geom_point(size = 2.5)         
labs(title = "dot plot")

plot.diamonds <- ggplot(diamonds, aes(clarity, fill = cut))   
geom_bar()   
theme(axis.text.x = element_text(angle = 70, 
    vjust = 0.5))   labs(title = "bar plot")
grid.newpage()  # 新建画布
layout_1 <- grid.layout(nrow = 3, ncol = 2, widths = c(1, 1), heights = c(1,
    4, 5))  # 分成上下2*3共6个版块，最上面版块显示标题

pushViewport(viewport(layout = layout_1))  # 推出分成6个版块的视窗
print(plot.iris, vp = viewport(layout.pos.row = 2, layout.pos.col = c(1, 2)))  # 在中间一行子视窗中画plot.iris
print(plot.mpg, vp = viewport(layout.pos.row = 3, layout.pos.col = 1))  # 在左下角子视窗中画plot.mpg
print(plot.diamonds, vp = viewport(layout.pos.row = 3, layout.pos.col = 2))  #在右下角子视窗中画plot.diamonds
grid.text("我是画布名称", x = 0.5, y = 0.95, gp = gpar(col = "orange", fontfamily = "YaHei", fontsize = 15))  # 增加画布标题

3.1 子母图

字母图，主要是形成局部放大的效果，既可以从整体上对比，又兼顾特别小的数据组，或特别密的数据点可以查看，而没有必要单独做2张图

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library(ggplot2)library(grid)

3.2 grid 拼接蝴蝶图

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library(ggplot2)
library(grid)
library(dplyr)
library(showtext)
library(Cairo)
YaHei <-  windowsFont("微软雅黑")
font_add("YaHei",regular = "msyh.ttc", bold = "msyhbd.ttc") # 右键字体，然后点击属性，regular指定常规, bold表示指定粗体字体 
CairoPNG(file = "E:/R_input&output/images_output/蝴蝶图_exercing.png", width = 1200, height = 700)
showtext_begin()#生成图形所需数据集：

mydata<-data.frame(id=1:14,
A=c(5.0,14.7,2.5,8.5,5.1,6.9,7.7,6.8,4.4,4.9,5.3,1.0,0.9,7.8),
B=c(31.3,24.7,17.8,17.2,15.3,14.3,13.9,13.9,12.4,10.0,6.5,4.2,2.5,0.9),
Label=c("Website","Customer & Employee Referral","Webinar","Facebook/Twitter/Other Social","Marketting & Advertising","Paid Serch","Other","Sales generated","Tradeshows","Parter","Linkedin","Events","Lead list","Emial Campaign"))

p1<-ggplot(mydata)   # 绘制右侧的柱形图  
geom_hline(yintercept=mean(mydata$A),linetype=2,size=.25,colour="grey")   
geom_bar(aes(x=id,y=A),stat="identity",fill="#E2BB1E",colour=NA)   
ylim(-5.5,16)    
scale_x_reverse()    
geom_text(aes(x=id,y=-4,label=Label),vjust=.5)   
geom_text(aes(x=id,y=A .75,label=paste0(A,"%")),size=4.5,family="YaHei",fontface="bold")   
coord_flip()   
theme_void()
p1 

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p2<-ggplot(mydata)  # 绘制左侧柱形图, 左侧图没有横坐标刻度标签  
geom_hline(yintercept=-mean(mydata$B),linetype=2,size=.25,colour="grey")   geom_bar(aes(x=id,y=-B),stat="identity",fill="#C44E4C",colour=NA)  
# y=-B,绘制的图形在另一侧  
ylim(-40,0)   scale_x_reverse()  #   
geom_text(aes(x=id,y=-B-1.75,label=paste0(B,"%")),size=4.5,family="YaHei",fontface="bold")   
coord_flip()   
theme_void()
p2

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# 图形拼接
grid.newpage() # 新建画布
layout_1 <- grid.layout(nrow = 2, ncol = 2, widths = c(2, 3), heights = c(1, 9)) # 分成2*2共4个版块
pushViewport(viewport(layout = layout_1)) # 推出分为4个版块的视窗
print(p1, vp = viewport(layout.pos.row = 2, layout.pos.col = 2)) # 将p1输出到右下角
print(p2, vp = viewport(layout.pos.row = 2, layout.pos.col = 1)) # 将p2输出到左下角# 添加主标题和分标题

grid.text(label="我是主标题",x = 0.5,y = 0.97,gp=gpar(col="cyan",fontsize=15,fontfamily="YaHei",draw=TRUE,just = "centre"))
grid.text(label="我是左标题", x = 0.15,y =0.94,gp=gpar(col="blue",fontsize=10,fontfamily="YaHei",draw=TRUE,just = c("left", "top")))
grid.text(label="我是右标题",x = 0.85,y =0.94,gp=gpar(col="blue",fontsize=10,fontfamily="YaHei",draw=TRUE,just = c("right", "top")))

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showtext_end()
dev.off()

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## png 
##   2

蝴蝶图

4 gridExtra包

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主要函数：

• arrangeGrob()
• grid.arrange()
• marrangeGrob()

语法：

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arrangeGrob(..., grobs = list(...), layout_matrix, vp = NULL,
  name = "arrange", as.table = TRUE, respect = FALSE, clip = "off",
  nrow = NULL, ncol = NULL, widths = NULL, heights = NULL, top = NULL,
  bottom = NULL, left = NULL, right = NULL, padding = unit(0.5, "line"))

grid.arrange(..., newpage = TRUE)

marrangeGrob(grobs, ..., ncol, nrow, layout_matrix = matrix(seq_len(nrow *
  ncol), nrow = nrow, ncol = ncol), top = quote(paste("page", g, "of",
  npages)))

参数解释：

• grobs 图形对象列表，grob是graphical object两个单词的缩写，表示ggpot等图形对象
• layout_matrix 表示布局的矩阵

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library(ggplot2)
library(gridExtra)
library(showtext)

YaHei <-  windowsFont("微软雅黑")
font_add("YaHei",regular = "msyh.ttc", bold = "msyhbd.ttc") # 右键字体，然后点击属性，regular指定常规, bold表示指定粗体字体 
showtext.auto()

empty <- ggplot()   geom_point(aes(1, 1), colour = "white")     
theme(axis.ticks = element_blank(), 
        panel.background = element_blank(), 
        axis.line = element_blank(), 
        axis.text.x = element_blank(), axis.text.y = element_blank(), 
        axis.title.x = element_blank(), axis.title.y = element_blank())

scatter <- ggplot()   
geom_point(aes(mtcars$mpg, mtcars$qsec)) # 绘制主图散点图
hist_top <- ggplot()   
geom_histogram(aes(mtcars$mpg)) # 绘制上方频率分布直方图
hist_right <- ggplot()   
geom_histogram(aes(mtcars$qsec))   coord_flip() # 绘制右侧频率分布直方图# 最终组合，由4个图拼图而成，只有右上角的图已经将标注移除了
grid.arrange(hist_top, empty, scatter, hist_right, 
# 按从左到右，从上到下顺序排列4个图ncol = 2, nrow = 2, widths = c(4, 1), heights = c(1, 4)) 
# 4个版块的长宽比例# 其实这种组合图已经有相应的R包了，ggExtra# df <- data.frame(x = mtcars$mpg, y = mtcars$qsec)# p <- ggplot(df, aes(x, y))   geom_point()   theme_classic()# ggExtra::ggMarginal(p, type = "histogram")

把绘图对象添加到列表总，并把该列表传递给grid.arrange()函数中的grobs参数

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library(ggplot2)
library(gridExtra)
library(lattice)  # 类似ggplot,但是语法更加复杂
library(showtext)

YaHei <- windowsFont("微软雅黑")
font_add("YaHei", regular = "msyh.ttc", bold = "msyhbd.ttc")  # 右键字体，然后点击属性，regular指定常规, bold表示指定粗体字体 showtext.auto()
gs <- list(NULL)
gs[[1]] <- qplot(1, 1)
gs[[2]] <- xyplot(1 ~ 1)  # lattice包
grid.arrange(grobs = gs, ncol = 2)

子母图 grid包可以画字母图 安装gridExtra包后，ggplot2中多了一个ggplotGrob()函数，可以创建grob对象参数

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library(ggplot2)
library(gridExtra)
g <- ggplotGrob(qplot(1, 1)                                 
theme(plot.background = element_rect(colour = "black")))
qplot(1:10, 1:10)      
annotation_custom(      # 通过添加注释的方式，向图形内部添加一个图形
    grob = g,  # 插入图形对象，即添加内容
    xmin = 1, xmax = 5, ymin = 5, ymax = 10 # 添加位置4个坐标
  )

ggplot2 grid layout plot viewport

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