使用ComplexHeatmap绘制复杂热图|Note2:单个热图(万字超详细教程)(上)

简介: 使用ComplexHeatmap绘制复杂热图|Note2:单个热图(万字超详细教程)(上)

2. 单个热图


单个热图是最常用的数据可视化方法。尽管ComplexHeatmap包的“亮点”是它可以并行地可视化热图列表,但是,作为热图列表的基本单元,对单个热图进行良好配置仍然是非常重要的。


首先,让我们生成一个随机矩阵,其中有三组在列和三组在行:

set.seed(123)#设种子为了随机可重复
nr1 = 4; nr2 = 8; nr3 = 6; nr = nr1 + nr2 + nr3
nc1 = 6; nc2 = 8; nc3 = 10; nc = nc1 + nc2 + nc3
#cbind按行合并 rbind按列合并
mat = cbind(rbind(matrix(rnorm(nr1*nc1, mean = 1,   sd = 0.5), nr = nr1),
          matrix(rnorm(nr2*nc1, mean = 0,   sd = 0.5), nr = nr2),
          matrix(rnorm(nr3*nc1, mean = 0,   sd = 0.5), nr = nr3)),
    rbind(matrix(rnorm(nr1*nc2, mean = 0,   sd = 0.5), nr = nr1),
          matrix(rnorm(nr2*nc2, mean = 1,   sd = 0.5), nr = nr2),
          matrix(rnorm(nr3*nc2, mean = 0,   sd = 0.5), nr = nr3)),
    rbind(matrix(rnorm(nr1*nc3, mean = 0.5, sd = 0.5), nr = nr1),
          matrix(rnorm(nr2*nc3, mean = 0.5, sd = 0.5), nr = nr2),
          matrix(rnorm(nr3*nc3, mean = 1,   sd = 0.5), nr = nr3))
   )
mat = mat[sample(nr, nr), sample(nc, nc)] # 随机打乱行和列
rownames(mat) = paste0("row", seq_len(nr))
colnames(mat) = paste0("column", seq_len(nc))
head(mat)
> head(mat)
         column1     column2   column3     column4    column5     column6    column7
row1  0.90474160 -0.35229823 0.5016096  1.26769942  0.8251229  0.16215217 -0.2869867
row2  0.90882972  0.79157121 1.0726316  0.01299521  0.1391978  0.46833693  1.2814948
row3  0.28074668  0.02987497 0.7052595  1.21514235  0.1747267  0.20949120 -0.6423579
row4  0.02729558  0.75810969 0.5333504 -0.49637424 -0.5261114  0.56724357  0.8127096
row5 -0.32552445  1.03264652 1.1249573  0.66695147  0.4490584  1.04236865  2.6205200
row6  0.58403269 -0.47373731 0.5452483  0.86824798 -0.1976372 -0.03565404 -0.3203530

下面的命令包含Heatmap()函数的最小参数,该函数将矩阵显示为带有默认设置的热图。默认的颜色模式是“蓝-白-红”,它被映射到矩阵中的最小-平均-最大值。

BiocManager::install("ComplexHeatmap")
library(ComplexHeatmap)
Heatmap(mat)

image.png

singleheatmap_1


2.1 颜色


用户应该使用circle::colorRamp2()函数来生成Heatmap()中的颜色映射函数。


在下面的例子中,对-2到2之间的值进行线性插值得到相应的颜色,大于2的值都映射为红色,小于-2的值都映射为绿色。

library(circlize)
col_fun = colorRamp2(c(-2, 0, 2), c("green", "white", "red"))
Heatmap(mat, name = "mat", col = col_fun)

image.png

singleheatmap_2

colorRamp2()使多个热图中的颜色具有可比性,如果它们是用同一个颜色映射函数设置的。在以下三个热图中,相同的颜色总是对应相同的值。

Heatmap(mat, name = "mat", col = col_fun, column_title = "mat")
Heatmap(mat/4, name = "mat", col = col_fun, column_title = "mat/4")
Heatmap(abs(mat), name = "mat", col = col_fun, column_title = "abs(mat)")

image.png

singleheatmap_3

如果矩阵是连续的,你也可以简单地提供一个颜色向量。但是这种方法对离群值是不可靠的,因为映射从矩阵中的最小值开始,以最大值结束。以下颜色映射设置与colorRamp2(seq(min(mat), max(mat), length = 10), rev(rainbow(10))相同。

Heatmap(mat, name = "mat", col = rev(rainbow(10)), 
    column_title = "set a color vector for a continuous matrix")

image.png

singleheatmap_4

如果矩阵包含离散值(数字或字符),颜色应指定为命名向量,使离散值映射到颜色成为可能。注意现在图例是由颜色映射向量生成的。


下面为离散数字矩阵设置颜色(不需要将其转换为字符矩阵)。

discrete_mat = matrix(sample(1:4, 100, replace = TRUE), 10, 10)
colors = structure(1:4, names = c("1", "2", "3", "4")) # black, red, green, blue
Heatmap(discrete_mat, name = "mat", col = colors,
    column_title = "a discrete numeric matrix")

image.png

singleheatmap_5

或者字符矩阵:

discrete_mat = matrix(sample(letters[1:4], 100, replace = TRUE), 10, 10)
colors = structure(1:4, names = letters[1:4])
Heatmap(discrete_mat, name = "mat", col = colors,
    column_title = "a discrete character matrix")

image.png

singleheatmap_6

矩阵中允许有NA。可以通过na_col参数来控制NA的颜色(默认为灰色)。包含NA的矩阵可以通过Heatmap()进行聚类。注意图例中没有NA的值。

mat_with_na = mat
na_index = sample(c(TRUE, FALSE), nrow(mat)*ncol(mat), replace = TRUE, prob = c(1, 9))
mat_with_na[na_index] = NA  #构建含NA的矩阵
Heatmap(mat_with_na, name = "mat", na_col = "black",
    column_title = "a matrix with NA values")

image.png

singleheatmap_7

颜色空间对于插值颜色非常重要。默认情况下,颜色是在LAB color space中线性插值的,但是可以在colorRamp2()函数中选择颜色空间。

f1 = colorRamp2(seq(min(mat), max(mat), length = 3), c("blue", "#EEEEEE", "red"))
f2 = colorRamp2(seq(min(mat), max(mat), length = 3), c("blue", "#EEEEEE", "red"), space = "RGB")
Heatmap(mat, name = "mat1", col = f1, column_title = "LAB color space")
Heatmap(mat, name = "mat2", col = f2, column_title = "RGB color space")

image.png

singleheatmap_8

热图边界的颜色可以通过border/border_gp和rect_gp参数设置。border/border_gp控制热图主体的全局边界,rect_gp控制热图中的网格/单元格的边界。


border的值可以是逻辑的(TRUE对应黑色)或一个颜色字符(例如红色)。这


rect_gp是一个gpar对象,这意味着你只能通过grid::gpar()来设置它。由于填充的颜色已经由热图颜色映射控制,所以您只能在gpar()中设置col参数来控制热图网格的边界。

Heatmap(mat, name = "mat", border = FALSE,
        column_title = "set heatmap borders")

image.png

singleheatmap_11

Heatmap(mat, name = "mat", rect_gp = gpar(col = "white", lwd = 2),
    column_title = "set cell borders")#lty线型, lwd线宽

image.png

singleheatmap_12

Heatmap(mat, name = "mat", rect_gp = gpar(type = "none"),
    column_title = "nothing is drawn in the heatmap body")

image.png

singleheatmap_13


2.2 标题


Heatmap(mat, name = "mat", column_title = "I am a column title", 
    row_title = "I am a row title")

image.png

singleheatmap_14

Heatmap(mat, name = "mat", column_title = "I am a column title at the bottom", 
    column_title_side = "bottom")

image.png

singleheatmap_15

Heatmap(mat, name = "mat", column_title = "I am a big column title",

   column_title_gp = gpar(fontsize = 20, fontface = "bold"))

标题的旋转可以通过row_title_rot和column_title_rot设置,但只允许水平和垂直旋转。

Heatmap(mat, name = "mat", row_title = "row title", row_title_rot = 0)

image.png

singleheatmap_17

可以通过设置row_title_gp和column_title_gp中的填充参数来设置标题的背景颜色。如row_title_gp控制文本的颜色,所以border用来控制背景边框的颜色。

Heatmap(mat, name = "mat", column_title = "I am a column title", 
    column_title_gp = gpar(fill = "red", col = "white", border = "blue"))

image.png

singleheatmap_19


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