[R语言] Heatmap绘图经验总结

Python013

[R语言] Heatmap绘图经验总结,第1张

这里随机生成了25个0,1之间的均匀分布的随机数,其中,行是样本,列是特征,如图:

第一种方案绘制的Heatmap需要借助于Corrplot包,我们求出dat特征的相关系数矩阵,进一步利用corrplot函数来画图,在该包的官方文档中,对于corrplot函数的参数描述可以说是非常多,这里我给出几种常用的参数:

method 表示热力图中每一块所展示的形状,可选值有: "circle", "square", "ellipse", "number", "shade", "color", "pie";

type 表示相关系数矩阵展示的方式,比如只展示上三角或下三角或者全部展示,可选值有:“full”,“upper","lower”;

tl.pos 指定文本标签(变量名称)的位置,当type=full时,默认标签位置在左边和顶部(lt),当type=lower时,默认标签在左边和对角线(ld),当type=upper时,默认标签在顶部和对角线,d表示对角线,n表示不添加文本标签;

diag 表示对角线上取值,默认为FALSE

cl.pos 表示图例位置,当type=upper或full时,图例在右方,当type=lower时,图例在底部,不需要图例时,需指定该参数为n;

...

下面给出方法运用:

当然,利用corrplot函数画图可以实现图层的叠加,上面这张图就是分上下两部分完成的,其中默认的颜色样式个人觉得还是可以的,只不过对于相关系数值会根据高低颜色深浅会发生变化,对于一些相关性低的值颜色会非常浅,所以看得不是很明显。

关于这个包具体的的使用方法可以参考这位博主写的文章:

这里我们还是用方案一随机生成的矩阵,介绍用pheatmap包来绘制热力图。pheatmap包里关于绘制热力图的参数相对来说比较少,可以帮助我们快速的绘图,这里给出一些常用参数:

color 设置渐变的颜色,通常借助于colorRampPalette函数,比如说设置红黄蓝渐变,并在这之间分成50个等级,我们可以设置color=colorRampPalette(c("red","yellow","blue"))(50)

cluster_cols &cluster_rows 表示是否按行或列聚类,默认值为FALSE

clustering_method 表示聚类方法,默认是complete,此外还"ward.D",“single”,“average”,等;

display_numbers 表示是否在heatmap里面显示数值,默认是FALSE;

show_rownames &show_colnames 表示是否显示行名或列名;

file 设置图片保存位置

...

下面给出方法运用

去掉边框线可能会好看一点:

由于是随机生成的数据,就不显示聚类的效果(只需要把cluster_row和cluster_col删掉即可),总体来说用pheatmap绘制热图会相对简单一点,但是毫不逊色于其他包绘制的热图。此外,如果想对于行或列来显示一些注释信息(annotation),比如将特征分成2类,每一类是不同的颜色,这里就可以先生成一个行名是特征,列名是分类结果的数据框,然后利用annotation_row(或col)参数,将生成的数据框赋给它即可,具体可以参考这位博主的文章:

接下来介绍的ComplexHeatmap包就比较全面了,他可以兼容pheatmap函数的所有功能,可以说是pheatmap包的加强版,能够创建更加复杂的热力图,如果你会pheatmap包的应用,那么在ComplexHeatmap包里面,你只需要指明是该包下的pheatmap函数即可使用(ComplexHeatmap::pheatmap())。接下来列举出一些常用参数:

name 、column_title、row_title设置图例、列标题与行标题的名字;

column_title_side &row_title_side 设置列标题与行标题的位置,之注意:列标题只能跟"top"或"buttom"参数,行标题只能跟"left"或"right"参数;

column_names_side &row_names_side 设置行名与列名的位置,后面跟的是位置参数,如"left"、"top"等;

column_names_rot &row_names_rot 设置行名与列名的倾斜角度,后面跟的是角度,如0、30、90等;

column_names_gp &row_names_gp 设置行名与列名的颜色,比如 column_names_gp =gpar(col=rep("red",5))

column_title_gp &row_title_gp 设置列与行标题的颜色,注意:这个需要和聚类分割的数量来决定,要指定row_split &column_split,颜色的设置才能生效;

col 设置渐变的颜色向量参数,这里推荐用RColorBrewer包中的颜色,比如 col = rev(brewer.pal(n = 7, name ="RdYlBu"))

cluster_rows &cluster_columns 表示是否对行列进行聚类,默认是TRUE

cluster_rows &cluster_columns 表示是否对行列进行聚类,默认是TRUE,如果是特定值,则表示对聚类树进行处理;

row_dend_reorder &column_dend_reorder 表示将行或列进行排序,默认是TRUE,所以我们在利用这个包绘制相关系数热力图时,会看到对角线不是1,那么我们就需要检查是否设置了这个参数;

show_column_dend &show_row_dend 表示是否展示行与列的聚类树;

...

下面利用上述随机生成的数据来绘制heatmap:

最值得一提的是,cluster_rows参数,可以结合hlust函数来使用,并通过color_branches函数来为不同类别设置颜色,使得整个heatmap看起来更加美观。如果我们要显示聚类后的数据分割并命名,我们可以这样:

如若想得到更加详细的说明,可以看ComplexHeatmap包的官方文档,或者参见这位博主的文章:

当然,画heatmap怎么能少的了ggplot2呢,我们在利用ggplot画图时,只需要设置scale_fill_gradient即可,例如:scale_fill_gradient(low = "yellow", high = "red") 表示颜色从黄色到红色渐变。注意要把数据处理成ggplot所需要的样式!下面来绘制heatmap:

如果要实现聚类树在heatmap上,我们需要利用ggtree函数,分别绘制聚类树与热力图,最后用aplot包进行拼接即可。

由于ComplexHeatmap包绘制的热力图是一个Heatmap对象,故他与其他图形不同,自身可以与其他Heatmap对象结合,我们只需要利用"+"号或者"%v%"连接符对多个Heatmap对象进行水平或垂直连接就可以了。

当我们需要将pheatmap包绘制的热力图与ggplot画的其他图贴在一起时,我们可以利用ggplotify包来实现,具体操作流程为:

我们用上回利用iris数据集画组合小提琴图的例子,进一步组合heatmap:

当然ggplot也可以画heatmap,这里不再阐述,对于上面几种绘图方案,我们只需选取一种最美观,最有效的方式来画heatmap即可。

q1, 首先要确定是barplot还是hist,如果是barplot的话,应该不存在breaks的问题,因为barplot的传入参数是个矩阵;

我假设你要画的是个hist,我偶遇过这个问题,我的理解是hist的breaks的值要能被范围整除才行;比如x=1:200,break=7的话,就只能画出4个柱来,但如果breaks=10就没问题;基本上是这样的,偶尔也有例外;比如break=5就不行....奇怪得很

最后,没办法的办法,就只能用barplot代替hist了,barplot肯定不会有这个问题,统计下hist参数中的分布情况,转换成矩阵,用barplot吧;

q2, 貌似一般都用一组因素把这些类别区分开,我用abcde,表示你的小学,中学...了,比如这样:

a=1:7b=8:10c=c(9,10,11)d=c(40,55)e=100:110

f=factor(c(rep(1,sum(length(a),length(b),length(c))),rep(2,sum(length(d),length(e)))))#先用c()生成数组,在转换成factor,其实数组也ok的,不过plot()中两个数组和factor不一样 

x=c(a,b,c,d,e)

plot(x~f)

q3, 就我所知不行;yes或no一定也要是能映射到x,y范围内的点才行;你是想表示分类结果吗?如果是的话,通常用颜色,或者在点旁边的text表示。

q4, 举个例子吧

x=-50:50

y=x^2+x+1

z=10*abs(x)+1

 

plot(x,y,type='l')

lines(x,z,lty=3)

legend(c('type1','type2'), x=-20,y=2500, col=c('black','red'), lty=c(1,3))

legend的x和y是legend的左上角,匿名参数是类型名称,col,lty,pch 是对应的颜色,线类型,和点类型。

最后,我现在多用ggplot2,如果不抵触的话可以看看,和R的基础作图包思路不是很一样,但是图很清新的;

如果还有问题,建议把数据集data.frame粘贴几行上来,我也试试;

R 有几种用于制作图形的系统,但 ggplot2 是最优雅和最通用的系统之一。与大多数其他图形包不同,ggplot2 具有基于图形语法的底层语法,它允许您通过组合独立组件来组合图形。如果想要更加了解ggplot2,请阅读 ggplot2: Elegant Graphics for Data Analysis ,可以从 https://ggplot2-book.org/getting-started.html 学习本书

所有的图都由数据data,想要可视化的信息,映射mapping(即数据变量如何映射到美学属性的描述)组成

1. 图层(layers) 是几何元素和统计变换的集合。几何对象,简称 geoms ,代表你在图中实际看到的东西:点、线、多边形等等。 统计转换,简称 stats ,总结数据:例如,装箱和计数观察,以创建一个直方图,或拟合一个线性模型。

2. Scales 将数据空间中的值映射到美学空间中的值。这包括颜色、形状和大小的使用。Scale还绘制图例和轴,这使得从图中读取原始数据值成为可能(反向映射)。

3. 坐标(coords) 或坐标系统描述如何将数据坐标映射到图形的平面。它还提供了轴和网格线来帮助读取图形。我们通常使用笛卡尔坐标系,但也可以使用其他一些坐标系,包括极坐标和地图投影。

4. 刻面(facet) 指定如何拆分数据子集并将其显示为小倍数。这也被称为条件反射或网格/格子。

5. theme 控制更精细的显示点,如字体大小和背景颜色。

ggplot2有许多参数,可根据需求自行选取,具体参数详情可见 https://ggplot2.tidyverse.org/reference/index.html

基础绘图:由 ggplot(data,aes(x,y))+geom_ 开始,至少包含这三个组件,可以通过"+"不断的添加layers, scales, coords和facets。

Geoms :几何对象,通常,您将使用geom_函数创建层,以下为常用的图形:

geom_bar() :直方图,条形图

geom_boxplot() :box图

geom_density() :平滑密度估计曲线

geom_dotplot() :点图

geom_point() :点图

geom_violin() :小提琴图

aes(),颜色、大小、形状和其他审美属性

要向绘图添加其他变量,我们可以使用其他美学,如颜色、形状和大小。

按照属性定义

它们的工作方式与 x 和 y 相同,aes():

aes(displ, hwy, colour = class) #按照某个属性着色

aes(displ, hwy, shape = drv) #按照某个属性定义

aes(displ, hwy, size = cyl) #按照某个属性定义

整体自定义

geom_xxx(colour =自定义颜色)

geom_xxx(shape=形状编号)

geom_xxx(size =编号大小定义 0-10)

注意根据需求按照aes()还是geom进行添加属性

以下为R语言中各shape形状编号

scale控制如何将数据值转换为视觉属性的细节。

labs()和lims() 是对标签和限制进行最常见调整。

labs() ,主要对图形进行调整,注释等

labs()括号内参数:title主标题,subtitle副标题,caption右下角描述,tag左上角

xlab() ,x轴命名

ylab() ,y轴命名

ggtitle() ,标题

lims()

xlim() , xlim(a,b) 限制坐标(a,b)

ylim() , ylim(a,b) 限制坐标(a,b)

scale_alpha() 透明度尺度

scale_shape() , 搭配aes(shape=某个属性)使用

参数:name ,solid =T/F是否填充

scale_size()搭配aes(size=某个属性)使用

参数:name,range =c(0, 10)

1.适用于发散和定性的数据

a. scale_colour_brewer() ,scale_colour_brewer(palette =" "),scale_colour_brewer(palette ="Green ")

palette来自RcolorBrewer包,所有面板:

b. scale_colour_manual()

scale_colour_manual(values=c( )) 可以 自定义颜色 ,常用的参数

values可直接定义颜色,但是建议使用命名向量,例如

values=c("8" = "red", "4" = "blue", "6" = "darkgreen", "10" = "orange")

PS:注意在aes(colour=factor()),一定要把因素转换为factor型,否则无效

2.适用于连续的值,渐变颜色

a. scale_colour_gradient()

scale_colour_gradient (low =" ",high=" "),根据值大小定义颜色,创建两个颜色梯度(低-高),

b. scale_colour_gradient2()

scale_colour_gradient2(low = " ",mid = " ",high = " ")创建一个发散的颜色梯度(低-中-高)

c. scale_colour_gradientn()

创建一个n色渐变,scale_colour_gradientn(colours =许多R语言中的颜色面板),

默认坐标系是笛卡尔 coord_cartesian()

一般不会修改

facet_grid() ,在网格中布置面板

facet_grid(rows = vars() ) cols或rows = vars(因素),图形按列或行分割

facet_wrap()

facet_wrap(vars( ), ncol =n) , ncol或者nrow,分为多少行多少列

theme_bw() ,可以覆盖所有主题,背景变为白色,我们在文章中所用的图片大都需要该背景。

或者用 theme_classic() ,同时去除了网格线

theme() ,修改主题的组件,里面涉及多个参数,根据需求调整

常见参数:

legend.position,图例的位置,包括 "left" 左, "right" 右, "bottom" 下, "top" 上和"none",不显示