[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。

今天我们将通过一个例子来说明如何分析两个定类变量。

文章背景:我们想研究CFPS2010和CFPS2012青少年对自身的职业期望。

如表1,我们将原始的职业期望编码整合成9类(职业编码的大类)和其他。由于我们想分析同一个人在跨轮次调查中职业期望的稳定性情况,故将分析对象定义为在CFPS2010和CFPS2012中都回答了自己对自己职业期望的受访者。如表2所示,进行重编码后的数据是宽数据,样本量是1920,数据集名字为expect。我们在进行后续分析时,要将其转换为绘图所需的其他形式。

⭐分析方式1——列联表、频数与频率

在表3中,我们展示了2010与2012年青少年职业期望的交叉统计情况。同时该表内,也附上了频数(落在各类别中的数据个数)、⽐例(某⼀类别数据占全部数据的⽐值)、百分⽐(将对⽐的基数作为100⽽计算的⽐值,包括百分比、行百分比和列百分比)。

⭐分析方式2——统计图表

分析前色彩讲解:预设渐变色,我们这里介绍2个色彩包。

1)专门生产系列颜色的RColorBrewer包,详见图1中的系列颜色。

library(RColorBrewer)

display.brewer.all()

2)色盲友好的配色方案viridis包,详见图2中的系列颜色。

library(viridis)

?viridis()#可以看到更多对这组包色彩的说明

接下来我们来画图吧~【注:图3-图6中的类目数字的含义:1)国家机关、党群组织、企业、事业单位负责人;2)医生;3)教师;4)专业技术人员(刨除教师和医生);5)办事人员和有关人员;6)商业、服务业人员;7)农、林、牧、渔、水利业生产人员;8)生产、运输设备操作人员及有关人员;9)军人;10)其他。】