ComplexHeatmap热图专栏 | 1.1 基础热图绘制

1 写在前面

最近在作图,一直在寻找《小杜的生信笔记》前期发表的代码。众所周知,小杜的教程基本都是平时自己用到的绘图教程,也是自己一个分享和总结。

自己在后期作图的时候,也会去寻找自己前期的教程作为基础,进行不断的修改。没错,自己的教程,在后期作图的时候也会不断的修改。
ComplexHeatmap热图专栏 | 1.1 基础热图绘制_第1张图片

2 热图

热图作为组学分析中最最最常见的图形之一。我们前提也推出好几个绘制热图的教程,如ComplexHeatmap绘制Pathway热图、热图绘制篇 | 高颜值热图总汇、如何绘制带有“正负号”标记的热图?、Pheatmap包绘制热图教程、热图添加指定的基因标记(代码重现)、ComplexHeatmap热图绘制|指定基因在热图中标记。那么我们也推出相关ComplexHeatmap包绘制热图的教程(其实也不算是教程,作者已经给出详细的帮助文档),也算是再次系统性的学习ComplexHeatmap包绘制热图。


在此也感谢ComplexHeatmap包开发作者Zuguang Gu

Citation:

  1. Zuguang Gu, et al., Complex heatmaps reveal patterns and correlations in multidimensional genomic data, Bioinformatics, 2016.
  2. Zuguang Gu. Complex Heatmap Visualization, iMeta, 2022.

本教程详细内容可以点击

安装

library(devtools)
install_github("jokergoo/ComplexHeatmap")

1.1 热图的设计

单个热图由热图主体和热图组件组成。热图主体可以按行和列进行分割。热图组件包括标题、树状图、行/列名称/标签和热图注释,它们被放置在堆主体的四个侧面。根据所述热图主体对所述热图组件进行重新排序或拆分。
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2 A Single Heatmap

单个热图是数据可视化最常用的方法。尽管 ComplexHeat map 包的“闪光点”在于它可以并行地可视化一个热图列表,但是,作为热图列表的基本单元,良好地配置单个热图仍然非常重要。

随机生成一个数据矩阵:

set.seed(123)
nr1 = 4; nr2 = 8; nr3 = 6; nr = nr1 + nr2 + nr3
nc1 = 6; nc2 = 8; nc3 = 10; nc = nc1 + nc2 + nc3
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)] # random shuffle rows and columns
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     column8    column9   column10  column11    column12   column13
row1  0.90474160 -0.35229823 0.5016096  1.26769942  0.8251229  0.16215217 -0.2869867  0.68032622 -0.1629658  0.8254537 0.7821773 -0.49625358 -0.0895258
row2  0.90882972  0.79157121 1.0726316  0.01299521  0.1391978  0.46833693  1.2814948  0.38998256 -0.3473535  1.3508922 1.1183375  2.05005447  1.3770269
row3  0.28074668  0.02987497 0.7052595  1.21514235  0.1747267  0.20949120 -0.6423579 -0.31395304  0.2175907 -0.2973086 0.4322058 -0.25803192 -0.5686518
row4  0.02729558  0.75810969 0.5333504 -0.49637424 -0.5261114  0.56724357  0.8127096 -0.01427338  1.0844780  0.2426662 0.8783874  1.38452112  0.8376570
row5 -0.32552445  1.03264652 1.1249573  0.66695147  0.4490584  1.04236865  2.6205200  0.75823530 -0.2333277  1.3439584 0.8517620  0.85980233  1.9986067
row6  0.58403269 -0.47373731 0.5452483  0.86824798 -0.1976372 -0.03565404 -0.3203530  1.05534136  0.7771690  0.4594983 0.2550648 -0.02778098 -0.2112484

我们可以替换成绘制热图的数据即可。


下面的命令包含 Heatmap()函数的最小参数,该函数将矩阵可视化为具有默认设置的热图。与其他热图工具非常相似,它绘制树状图、行/列名称和热图图例。默认的颜色模式是“蓝-白-红”,它映射到矩阵中的最小均值-最大值。图例的标题使用内部索引号分配。

Heatmap(mat)

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默认情况下,图例的标题取自热图的“名称”。每个热图都有一个名字,就像热图的唯一标识符一样,。在后面的章节中,你会发现热图名称是用来设置“主热图”,并用于装饰热图。如果未分配该名称,则将一个内部名称以matrix_%d的形式分配给热图。在本章的下面的例子中,我们给热图命名垫(在下一个图中你会看到图例标题的变化)。

2.1 更改颜色

circlize::ColorRamp2()函数在Heatmap()中生成颜色映射函数。ColorRamp2()的两个参数是中断值的向量和相应颜色的向量。ColorRamp2()通过LAB颜色空间在每个区间内线性插值颜色。此外,使用color Ramp2()还可以帮助生成带有适当刻度标记的图例。

在下面的例子中,-2和2之间的值被线性插值以获得相应的颜色,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"))
col_fun(seq(-3, 3))
[1] "#00FF00FF" "#00FF00FF" "#B1FF9AFF" "#FFFFFFFF" "#FF9E81FF" "#FF0000FF" "#FF0000FF"

##'@2.1 更改颜色
library(circlize)
col_fun = colorRamp2(c(-2, 0, 2), c("green", "white", "red"))
col_fun(seq(-3, 3))

## 绘图
Heatmap(mat, name = "mat", col = col_fun)

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2.2 热图标题

Heatmap(mat, name = "mat", col = col_fun, 
        ## 标题的修改
        column_title = "a matrix with outliers")

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2.3 不使用colorRamp2()更改颜色

颜色设置:

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")

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2.4 添加热图边框颜色

2.4.1 设置热图主体全局边界

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

##'@2.4  添加热图边框颜色
Heatmap(mat, name = "mat", 
        ##设置颜色
        border_gp = gpar(col = "black", ## 设置颜色
                         lty = 2),  ## lty = 2设置虚线距离
        column_title = "set heatmap borders")

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2.4.2 设置热图网格/单元格的边界

Heatmap(mat, name = "mat", rect_gp = gpar(col = "white", ## 设置颜色
                                          lwd = 2),
        column_title = "set cell borders")

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往期文章:

1. 复现SCI文章系列专栏

2. 《生信知识库订阅须知》,同步更新,易于搜索与管理。
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转录组上游分析教程[零基础]


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