eGPS_v1.0.4_五秒做一个热图你值得拥有

专题汇总

<一> 科学家发布生物进化与多组学综合分析软件
<二> eGPS开篇与使用示例一
<三> eGPS使用示例二
<三> eGPS使用示例三与其他

eGPS 下载地址:http://www.egps-software.org/
QQ group: 550899355

如果下面的GIF难以观看或者观看费劲,请移步bilibili观看。可直接搜索eGPS或者点击这里

说明

EGPS在近两个月的开发之后,我们带来了新的功能模块。首先是热图。

热图、点图、线图、韦恩图是常用的数据可视化手段。详见两篇综述:

  1. Annual Review of Biomedical Data Science, 《Visualization of Biomedical Data》

  2. 《Visualization of omics data for systems biology》

下面三张图是最常用的数据可视化得到的图:

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常见的数据可视化

热图已有的软件有不少,从最简单的Excel到各种统计软件的热图模块,还有各种编程语言如R语言中的pheatmap,Python的seaborn等。但是这些要不就是学习成本高,要不就是功能不全达不到常用的组学热图的要求。

这里我们推荐我们eGPS的热图绘制模块,它包含如下的功能:

  1. 要能够进行数据的变换,包括: 1)转置;2)各种归一化变换

  2. 支持大型矩阵的可视化

  3. 支持行或者列的添加标签

  4. 可以层次聚类,Kmeans聚类等

  5. 可导入进化树,与热图并存

  6. 支持分块,添加gap方便

  7. 高度交互式,可拖拽排列图形元素

  8. 好用的颜色配置器来设置配色方案

  9. 同时还可以脚本化运行,通过类似命令行的方式来运行

目前我们更新的 1.0.4版本已经实现了九种功能。后期会带来环化的功能!

首先是热图的基本知识:

对于一个数据矩阵M = {x_ij},令min为矩阵M的最小值,max为M的最大值。然后定义一个渐变的颜色条,例如从白色到红色。那么min对应的颜色是白色,max对应的是红色,其它的值x_ij按照线性对应关系显示相应的颜色。这就是热图,在原理上仅此而已!

所以,对于一个热图,有些操作是绝对没有什么意义的:例如

  1. 把热图中的一块拖出来。

  2. 把热图中的一块颜色我们人为改变。

热图模块的基本使用

准备示例文件,打开eGPS示例文件的HEATMAP目录,然后打开eGPS软件,导入testData_noParameters.eheatmap文件。点击热图模块进入热图。

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导入数据进入热图模块

默认的界面显示如下:会显示每个格子的边界(border),行名,列名与图例(legend)。

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热图界面

左侧参数栏说明

左侧的参数控制面板有:

Convenient Operation放置了各种按钮,用以快捷操作,每个按钮的功能在提示字符串(tooltip);

第一个是自适应,当改变窗口大小的时候可以按此按钮自动适应窗口。第二个是重新把所有参数设置为默认状态。第三个是输入矩阵的转置。第四个是重新读取文件以生成新的热图,这个选项专门为命令行运行而生,用户可以直接修改绘制参数,重新读取文件,这样就可以一次性更改多个参数。第五个是随机生成热图的配色方案。第六个是存储当前参数与数据,类似于打游戏时候的存档,第六个是恢复,存档后可以直接恢复。第七个是导入进化树文件,在左侧排布上进化树,注意进化树的OUT名字和数量得和所有行名保持一致。

快捷操作

Data Transformation: 是各种对行的数据变换,若需要对行进行变换,请先转置。

Z-score是标准的正态化变换;Min-Max scaling是(x_ij –min) / (max - min) 变换;还有常规的log变换与Cox-Box变换,对于此变换我们现在实现的策略是:当该行数据全部大于0时,lambda依次取值{-2,-1.5,-1,-0.5,0,0.5,1,1.5,2},然后用Kolmogorov Smirnov Test检验数据的正态性,取最符合正态性的lambda值,最终给出平均值。

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数据变换

Hierarchical Clustering:是针对层次聚类的选项。

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层次聚类选项

这里总共有三大类参数,第一个是层次聚类,Element中的组件值的改动会触发聚类操作。
当选择任意一个非 ”No cluster”选项时,后面的参数都会启用。

用户可以选择对行聚类,对列聚类或者都聚类。层次聚类有两个重要参数,包括距离矩阵的计算方法与Linkage方法。

Hierarchical Clustering:是针对层次聚类的选项。

这里总共有三大类参数,第一个是层次聚类,Element中的组件值的改动会触发聚类操作。
当选择任意一个非 ”No cluster”选项时,后面的参数都会启用。

用户可以选择对行聚类,对列聚类或者都聚类。层次聚类有两个重要参数,包括距离矩阵的计算方法与Linkage方法。

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K-Means聚类选项

Display 是针对界面效果的选项:

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展示选项

首先是 Data values , 该选项表示是否显示每个热图格子的数值。Value status 中的组件值的改变会触发热图的更改。Number of decimals表示显示的小数位数;Partial bounds factor针对Partial Ori.与Partial Pre. 选项而设。当选择此选项时:minValue<= x <= minValue + factor and maxValue - factor <= x <= maxValue 会被显示出来。这个选项主要是针对人们往往对那些极端的值很有兴趣。

第二个是Border选项。点击Check box组件会触发更新操作。用户可以点击Col按钮更改颜色。

第三个是Legend选项。点击Check box组件会触发更新操作。Legend的大小会根据所设置的长和宽进行绘制。

第四个和第五个是对行名与列名的操作,同样点击Check box组件会触发更新操作。这些操作会根据旋转角度、字体与颜色来进行。

第六个是对格子的形状与颜色进行配置,热图最重要的配色方案可以在这里进行设置。我们预置了一些配色方案,同时我们支持用户自己进行配色。选择costumed选项可以自己配置颜色,详细的使用请见下文

最后一个是但是注释标签的大小,对于该选项 我们只设置了当前默认值的大小。欢迎用户反馈需求。

当点击display options 参数栏中的Cell --> Color scheme --> costumed 参数后可以掉出热图模块中的颜色配置器。

最顶层是渐变颜色的预览,当配置完颜色后可以直接在这里预览。

之后是一个颜色分配器,用户可以新增或者删除颜色坐标,每个颜色坐标都可以重新设置颜色。特别的,我们实现了一个全屏幕的取色器,可以方便用户从其它地方去取色。

再下面是一个默认的取色器,可以从样本、HSV、HSL、RGB、CMYK子栏目中获取颜色。

取完的颜色会在这里显示预览。

最后是相应的按钮,Screen color picker可以换起全局的颜色选择器,之后是一个颜色的RGB值。点击OK按钮会在热图上应用当前的渐变色。

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颜色选择器

最后的Layout选项栏,我们当前实现了rectangular的布局。

首先是对聚类形成的树的控件位置的分配。因为我们的热图本身是高度交互式的,所以这里只是显示了当前分配的一些结果。

设置单个gap的大小,当设置了gap时可显示效果。

重新设置格子大小。

后面我们将会实现circular布局,我们计划改功能与circos 一起做。

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布局参数栏

交互式功能

下面介绍热图的交互式功能,我们将以导入testData_withParameters.eheatmap 文件之后的热图为例进行讲解。

当鼠标单击聚类树的节点时,可以选择相应的cluster。右键点击时会弹出如下菜单:

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树的交互

第一个是新增注释,右边的CellType、GeneClass即为注释。左边树新增的话会显示为行注释,上面的树会新增为列注释。第二个是输出cluster信息,此信息会以行名或者列名的形式输出为单个文件。第三个和第四个是移除注释,第五个和第六个是移除gap。

当鼠标单击图中注释标签时,会显示选中状态,此时按“Delete”键可以删除单个注释。

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注释标签的交互

当鼠标单击格子时,会显示激活状态。拖拽格子,激活选择状态时,可添加gaps。

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格子的交互

当鼠标拖拽批量选择行名或者列名时,也可以设置注释标签。不同的是,它多了可以加载到已有标签的功能。

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名字的交互

热图特色

能够进行数据的变换,包括: 1)转置;2)各种归一化变换

点击Convenient Operation中的转置按钮即可转置,点击Data Transformation中的各种数据变换即可变换。

数据变换

好用的颜色配置器来设置配色方案

点击Display 面板 Cell 中的Color scheme。我们内置了一些配色方案,同时也只是自己去调色。并且支持全屏幕的color picker。

配色方案

可以层次聚类,Kmeans聚类等

点击Cluster options 中的层次聚类Element组件与K-Means聚类中的Element组件可以触发聚类。

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聚类

支持行或者列的添加标签

通过聚类树或者名称右键点击之后可以添加行或者列标签。


注释

支持分块,添加gap方便

选定热图的格子之后可以右键点击产生gap。


分块

高度交互式,可拖拽排列图形元素

交互式拖拽

可导入进化树,与热图并存

点击Convenient Operation中的导入按钮即可导入进化树。

进化树

同时还可以脚本化运行,通过类似命令行的方式来运行

脚本化运行

支持大型矩阵的可视化

大型矩阵可视化

环化

这个功能我们准备和circos一起做了。先立个flag

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