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编程问答

R语言学习 - 热图简化

發布時間：2025/3/15 编程问答 26 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 R语言学习 - 热图简化小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

前面推出過熱圖繪制和熱圖美化，現在來一個函數繪制熱圖的簡化方式。文后更有不用寫代碼的在線工具可用。

R語言 - 基礎概念和矩陣操作
R語言 - 熱圖簡化
R語言 - 熱圖繪制 (heatmap)
R語言 - 熱圖美化

熱圖繪制 - pheatmap

繪制熱圖除了使用ggplot2，還可以有其它的包或函數，比如pheatmap::pheatmap(pheatmap包中的pheatmap函數)、gplots::heatmap.2等。

相比于ggplot2作heatmap,?pheatmap會更為簡單一些，一個函數設置不同的參數，可以完成行列聚類、行列注釋、Z-score計算、顏色自定義等。那我們來看看效果怎樣。

data_ori <- "Grp_1;Grp_2;Grp_3;Grp_4;Grp_5 a;6.6;20.9;100.1;600.0;5.2 b;20.8;99.8;700.0;3.7;19.2 c;100.0;800.0;6.2;21.4;98.6 d;900;3.3;20.3;101.1;10000"data <- read.table(text=data_ori, header=T, row.names=1, sep=";", quote="") ?Grp_1 Grp_2 Grp_3 Grp_4 ? Grp_5 a ? 6.6 ?20.9 100.1 600.0 ? ? 5.2 b ?20.8 ?99.8 700.0 ? 3.7 ? ?19.2 c 100.0 800.0 ? 6.2 ?21.4 ? ?98.6 d 900.0 ? 3.3 ?20.3 101.1 10000.0pheatmap::pheatmap(data, filename="pheatmap_1.pdf")

雖然有點丑，但一步就出來了。

在heatmap美化篇提到的數據前期處理方式，都可以用于pheatmap的畫圖。此外Z-score計算在pheatmap中只要一個參數就可以實現。

pheatmap::pheatmap(data, scale="row", filename="pheatmap_1.pdf")

有時可能不需要行或列的聚類，原始展示就可以了。

pheatmap::pheatmap(data, scale="row", cluster_rows=FALSE, cluster_cols=FALSE, filename="pheatmap_1.pdf")

給矩陣 (data)中行和列不同的分組注釋。假如有兩個文件，第一個文件為行注釋，其第一列與矩陣中的第一列內容相同 (順序沒有關系)，其它列為第一列的不同的標記，如下面示例中(假設行為基因，列為樣品)的2,3列對應基因的不同類型 (TF or enzyme)和不同分組。第二個文件為列注釋，其第一列與矩陣中第一行內容相同，其它列則為樣品的注釋。

row_anno = data.frame(type=c("TF","Enzyme","Enzyme","TF"), class=c("clu1","clu1","clu2","clu2"), row.names=rownames(data)) row_anno ? ?type class a ? ? TF ?clu1 b Enzyme ?clu1 c Enzyme ?clu2 d ? ? TF ?clu2col_anno = data.frame(grp=c("A","A","A","B","B"), size=1:5, row.names=colnames(data)) col_anno ? ? ?grp size Grp_1 ? A ? ?1 Grp_2 ? A ? ?2 Grp_3 ? A ? ?3 Grp_4 ? B ? ?4 Grp_5 ? B ? ?5pheatmap::pheatmap(data, scale="row", cluster_rows=FALSE, annotation_col=col_anno, annotation_row=row_anno, filename="pheatmap_1.pdf")

自定義下顏色吧。

# <bias> values larger than 1 will give more color for high end. # Values between 0-1 will give more color for low end. pheatmap::pheatmap(data, scale="row", cluster_rows=FALSE, annotation_col=col_anno, annotation_row=row_anno, color=colorRampPalette(c('green','yellow','red'), bias=1)(50), filename="pheatmap_1.pdf")

heatmap.2的使用就不介紹了，跟pheatmap有些類似，而且也有不少教程。

不改腳本的熱圖繪制

繪圖時通常會碰到兩個頭疼的問題：

需要畫很多的圖，唯一的不同就是輸出文件，其它都不需要修改。如果用R腳本，需要反復替換文件名，繁瑣又容易出錯。

每次繪圖都需要不斷的調整參數，時間久了不用，就忘記參數放哪了；或者調整次數過多，有了很多版本，最后不知道用哪個了。

為了簡化繪圖、維持腳本的一致，我用bash對R做了一個封裝，然后就可以通過修改命令好參數繪制不同的圖了。

先看一看怎么使用

首先把測試數據存儲到文件中方便調用。數據矩陣存儲在heatmap_data.xls文件中；行注釋存儲在heatmap_row_anno.xls文件中；列注釋存儲在heatmap_col_anno.xls文件中。

# tab鍵分割，每列不加引號 write.table(data, file="heatmap_data.xls", sep="\t", row.names=T, col.names=T,quote=F) # 如果看著第一行少了ID列不爽，可以填補下 system("sed -i '1 s/^/ID\t/' heatmap_data.xls")write.table(row_anno, file="heatmap_row_anno.xls", sep="\t", row.names=T, col.names=T,quote=F) write.table(col_anno, file="heatmap_col_anno.xls", sep="\t", row.names=T, col.names=T,quote=F)

然后用程序sp_pheatmap.sh繪圖。

# -f: 指定輸入的矩陣文件 # -d：指定是否計算Z-score，<none> (否), <row> (按行算), <col> (按列算) # -P: 行注釋文件 # -Q: 列注釋文件 ct@ehbio:~/$ sp_pheatmap.sh -f heatmap_data.xls -d row -P heatmap_row_anno.xls -Q heatmap_col_anno.xls

一個回車就得到了下面的圖

字有點小，是因為圖太大了，把圖的寬和高縮小下試試。

# -f: 指定輸入的矩陣文件 # -d：指定是否計算Z-score，<none> (否), <row> (按行算), <col> (按列算) # -P: 行注釋文件 # -Q: 列注釋文件 # -u: 設置寬度，單位是inch # -v: 設置高度，單位是inch ct@ehbio:~/$ sp_pheatmap.sh -f heatmap_data.xls -d row -P heatmap_row_anno.xls -Q heatmap_col_anno.xls -u 8 -v 12

橫軸的標記水平放置

# -A: 0, X軸標簽選擇0度 # -C: 自定義顏色，注意引號的使用，最外層引號與內層引號不同，引號之間無交叉 # -T: 指定給定的顏色的類型；如果給的是vector (如下面的例子), 則-T需要指定為vector; 否則結果會很怪異，只有倆顏色。 # -t: 指定圖形的題目，注意引號的使用；參數中包含空格或特殊字符等都要用引號引起來作為一個整體。 ct@ehbio:~/$ sp_pheatmap.sh -f heatmap_data.xls -d row -P heatmap_row_anno.xls -Q heatmap_col_anno.xls -u 8 -v 12 -A 0 -C 'c("white", "blue")' -T vector -t "Heatmap of gene expression profile"

sp_pheatmap.sh的參數還有一些，可以完成前面講述過的所有熱圖的繪制，具體如下：

***CREATED BY Chen Tong (chentong_biology@163.com)***----Matrix file-------------- Name ? ?T0_1 ? ?T0_2 ? ?T0_3 ? ?T4_1 ? ?T4_2 TR19267|c0_g1|CYP703A2 ? ?1.431 ? ?0.77 ? ?1.309 ? ?1.247 ? ?0.485 TR19612|c1_g3|CYP707A1 ? ?0.72 ? ?0.161 ? ?0.301 ? ?2.457 ? ?2.794 TR60337|c4_g9|CYP707A1 ? ?0.056 ? ?0.09 ? ?0.038 ? ?7.643 ? ?15.379 TR19612|c0_g1|CYP707A3 ? ?2.011 ? ?0.689 ? ?1.29 ? ?0 ? ?0 TR35761|c0_g1|CYP707A4 ? ?1.946 ? ?1.575 ? ?1.892 ? ?1.019 ? ?0.999 TR58054|c0_g2|CYP707A4 ? ?12.338 ? ?10.016 ? ?9.387 ? ?0.782 ? ?0.563 TR14082|c7_g4|CYP707A4 ? ?10.505 ? ?8.709 ? ?7.212 ? ?4.395 ? ?6.103 TR60509|c0_g1|CYP707A7 ? ?3.527 ? ?3.348 ? ?2.128 ? ?3.257 ? ?2.338 TR26914|c0_g1|CYP710A1 ? ?1.899 ? ?1.54 ? ?0.998 ? ?0.255 ? ?0.427 ----Matrix file------------------Row annorarion file -------------- ------1. At least two columns-------------- ------2. The first column should be the same as the first column inmatrix (order does not matter)-------------- Name ? ?Clan ? ?Family TR19267|c0_g1|CYP703A2 ? ?CYP71 ? ?CYP703 TR19612|c1_g3|CYP707A1 ? ?CYP85 ? ?CYP707 TR60337|c4_g9|CYP707A1 ? ?CYP85 ? ?CYP707 TR19612|c0_g1|CYP707A3 ? ?CYP85 ? ?CYP707 TR35761|c0_g1|CYP707A4 ? ?CYP85 ? ?CYP707 TR58054|c0_g2|CYP707A4 ? ?CYP85 ? ?CYP707 TR14082|c7_g4|CYP707A4 ? ?CYP85 ? ?CYP707 TR60509|c0_g1|CYP707A7 ? ?CYP85 ? ?CYP707 TR26914|c0_g1|CYP710A1 ? ?CYP710 ? ?CYP710 ----Row annorarion file ------------------Column annorarion file -------------- ------1. At least two columns-------------- ------2. The first column should be the same as the first row in ---------matrix (order does not matter)-------------- Name ? ?Sample T0_1 ? ?T0 T0_2 ? ?T0 T0_3 ? ?T0 T4_1 ? ?T4 T4_2 ? ?T4 ----Column annorarion file --------------Usage:sp_pheatmap.sh optionsFunction:This script is used to do heatmap using package pheatmap.The parameters for logical variable are either TRUE or FALSE.OPTIONS:-f ? ?Data file (with header line, the first column is therowname, tab seperated. Colnames must be unique unless youknow what you are doing.)[NECESSARY]-t ? ?Title of picture[Default empty title]["Heatmap of gene expression profile"]-a ? ?Display xtics. [Default TRUE]-A ? ?Rotation angle for x-axis value (anti clockwise)[Default 90]-b ? ?Display ytics. [Default TRUE]-H ? ?Hieratical cluster for columns.Default FALSE, accept TRUE-R ? ?Hieratical cluster for rows.Default TRUE, accept FALSE-c ? ?Clustering method, Default "complete". Accept "ward.D", "ward.D2","single", "average" (=UPGMA), "mcquitty" (=WPGMA), "median" (=WPGMC) or "centroid" (=UPGMC)-C ? ?Color vector. Default pheatmap_default. Aceept a vector containing multiple colors such as <'c("white", "blue")'> will be transferred to <colorRampPalette(c("white", "blue"), bias=1)(30)>or an R function <colorRampPalette(rev(brewer.pal(n=7, name="RdYlBu")))(100)>generating a list of colors.-T ? ?Color type, a vetcor which will be transferred as described in <-C> [vector] ora raw vector [direct vector] or ? ?a function [function (default)].-B ? ?A positive number. Default 1. Values larger than 1 will give more colorfor high end. Values between 0-1 will give more color for low end. ? ?-D ? ?Clustering distance method for rows.Default 'correlation', accept 'euclidean', "manhattan", "maximum", "canberra", "binary", "minkowski". -I ? ?Clustering distance method for cols.Default 'correlation', accept 'euclidean', "manhattan", "maximum", "canberra", "binary", "minkowski". -L ? ?First get log-value, then do other analysis.Accept an R function log2 or log10. [Default FALSE]-d ? ?Scale the data or not for clustering and visualization.[Default 'none' means no scale, accept 'row', 'column' to scale by row or column.]-m ? ?The maximum value you want to keep, any number larger willlbe taken as this given maximum value.[Default Inf, Optional] -s ? ?The smallest value you want to keep, any number smaller willbe taken as this given minimum value.[Default -Inf, Optional] ?-k ? ?Aggregate the rows using kmeans clustering. This is advisable if number of rows is so big that R cannot handle their hierarchical clustering anymore, roughly more than 1000.Instead of showing all the rows separately one can cluster therows in advance and show only the cluster centers. The numberof clusters can be tuned here.[Default 'NA' which means nocluster, other positive interger is accepted for executingkmeans cluster, also the parameter represents the number ofexpected clusters.]-P ? ?A file to specify row-annotation with format described above.[Default NA]-Q ? ?A file to specify col-annotation with format described above.[Default NA]-u ? ?The width of output picture.[Default 20]-v ? ?The height of output picture.[Default 20] -E ? ?The type of output figures.[Default pdf, accepteps/ps, tex (pictex), png, jpeg, tiff, bmp, svg and wmf)]-r ? ?The resolution of output picture.[Default 300 ppi]-F ? ?Font size [Default 14]-p ? ?Preprocess data matrix to avoid 'STDERR 0 in cor(t(mat))'.Lowercase <p>.[Default TRUE]-e ? ?Execute script (Default) or just output the script.[Default TRUE]-i ? ?Install the required packages. Normmaly should be TRUE if this is your first time run s-plot.[Default FALSE]

sp_pheatmap.sh是我寫作的繪圖工具s-plot的一個功能，s-plot可以繪制的圖的類型還有一些，列舉如下；在后面的教程中，會一一提起。

Usage:s-plot optionsFunction:This software is designed to simply the process of plotting and help researchers focus more on data rather than technology.Currently, the following types of plot are supported.#### Bars s-plot barPlot s-plot horizontalBar s-plot multiBar s-plot colorBar#### Lines s-plot lines#### Dots s-plot pca s-plot scatterplot s-plot scatterplot3d s-plot scatterplot2 s-plot scatterplotColor s-plot scatterplotContour s-plot scatterplotLotsData s-plot scatterplotMatrix s-plot scatterplotDoubleVariable s-plot contourPlot s-plot density2d#### Distribution s-plot areaplot s-plot boxplot s-plot densityPlot s-plot densityHistPlot s-plot histogram#### Cluster s-plot hcluster_gg (latest) s-plot hcluster s-plot hclust (depleted)#### Heatmap s-plot heatmapS s-plot heatmapM s-plot heatmap.2 s-plot pheatmap s-plot pretteyHeatmap # obseleted s-plot prettyHeatmap#### Others s-plot volcano s-plot vennDiagram s-plot upsetView

為了推廣，也為了激起大家的熱情，如果想要sp_pheatmap.sh腳本的，還需要勞煩大家動動手，轉發此文章到朋友圈，并后臺回復 s-plot 索取。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的R语言学习 - 热图简化的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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