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R语言学习 - 柱状图

生信宝典

发布于 2018-02-05 03:46:10

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柱状图绘制

柱状图也是较为常见的一种数据展示方式，可以展示基因的表达量，也可以展示GO富集分析结果，基因注释数据等。

常规矩阵柱状图绘制

有如下4个基因在5组样品中的表达值

data_ori <- "Grp_1;Grp_2;Grp_3;Grp_4;Grp_5
a;2.6;2.9;2.1;2.0;2.2
b;20.8;9.8;7.0;3.7;19.2
c;10.0;11.0;9.2;12.4;9.6
d;9;3.3;10.3;11.1;10"

data <- read.table(text=data_ori, header=T, row.names=1, sep=";", quote="")
data

  Grp_1 Grp_2 Grp_3 Grp_4 Grp_5
a   2.6   2.9   2.1   2.0   2.2
b  20.8   9.8   7.0   3.7  19.2
c  10.0  11.0   9.2  12.4   9.6
d   9.0   3.3  10.3  11.1  10.0

整理数据格式，保留基因名字信息

library(ggplot2)
library(reshape2)
library(dplyr)
data_rownames <- rownames(data)
data_colnames <- colnames(data)
data$gene <- data_rownames
data_m <- melt(data, id.vars=c("gene"))
data_m

   gene variable value
1          a    Grp_1   2.6
2          b    Grp_1  20.8
3          c    Grp_1  10.0
4          d    Grp_1   9.0
5          a    Grp_2   2.9
6          b    Grp_2   9.8
7          c    Grp_2  11.0
8          d    Grp_2   3.3

首先看下每个基因在不同组的表达情况

# 给定数据，和x轴、y轴所在列名字
# 直接使用geom_bar就可以绘制柱状图
# position: dodge: 柱子并排放置
p <- ggplot(data_m, aes(x=gene, y=value))
p + geom_bar(stat="identity", position="dodge", aes(fill=variable))

# 如果没有图形界面，运行下面的语句把图存在工作目录下的Rplots.pdf文件中
#dev.off()

柱子有点多，也可以利用mean±SD的形式展现

首先计算平均值和标准差，使用group_by按gene分组，对每组做summarize

# 获取平均值和标准差
data_m_sd_mean <- data_m %>% group_by(gene) %>% dplyr::summarise(sd=sd(value), value=mean(value))
data_m_sd_mean <- as.data.frame(data_m_sd_mean)
data_m_sd_mean

  gene        sd value
1         a 0.3781534  2.36
2         b 7.5491721 12.10
3         c 1.2837445 10.44
4         d 3.1325708  8.74

使用geom_errorbar添加误差线

p <- ggplot(data_m_sd_mean, aes(x=gene, y=value)) + 
    geom_bar(stat="identity") +
    geom_errorbar(aes(ymin=value-sd, ymax=value+sd))
p

设置误差线的宽度和位置

p <- ggplot(data_m_sd_mean, aes(x=gene, y=value)) + 
    geom_bar(stat="identity", aes(fill=gene)) +
    geom_errorbar(aes(ymin=value-sd, ymax=value+sd), width=0.2, position=position_dodge(width=0.75))
p

每个基因的原始表达值堆积柱状图 (只需要修改positon=stack)

# position="fill" 展示的是堆积柱状图各部分的相对比例
# position="stack" 展示的是堆积柱状图的原始值
p <- ggplot(data_m, aes(x=variable, y=value)) +
    geom_bar(stat="identity", position="stack", aes(fill=gene)) +
    geom_text(aes(label=value), position=position_stack(vjust=0.5))
p

堆积柱状图显示没问题，但文本标记错位了

指定下分组信息，位置计算就正确了

# position="fill" 展示的是堆积柱状图各部分的相对比例
# position="stack" 展示的是堆积柱状图的原始值
p <- ggplot(data_m, aes(x=variable, y=value, group=gene)) +
    geom_bar(stat="identity", position="stack", aes(fill=gene)) +
    geom_text(aes(label=value), position=position_stack(vjust=0.5))
p

比较每组各个基因的相对表达 (position=fill)

# position="fill" 展示的是堆积柱状图各部分的相对比例
# position="stack" 展示的是堆积柱状图的原始值，可以自己体现下看卡差别
p <- ggplot(data_m, aes(x=variable, y=value)) +
    geom_bar(stat="identity", position="fill", aes(fill=gene))
p

纵轴的显示改为百分比

p <- ggplot(data_m, aes(x=variable, y=value)) +
    geom_bar(stat="identity", position="fill", aes(fill=gene)) +
    scale_y_continuous(labels = scales::percent)
p

在柱子中标记百分比值

首先计算百分比，同样是group_by (按照给定的变量分组，然后按组操作)和mutate两个函数(在当前数据表增加新变量)

# group_by: 按照给定的变量分组，然后按组操作
# mutate: 在当前数据表增加新变量
# 第一步增加每个组的加和，第二步计算比例
data_m <- data_m %>% group_by(variable) %>% mutate(count=sum(value)) %>% mutate(freq=round(100*value/count,2))

再标记相对比例信息

p <- ggplot(data_m, aes(x=variable, y=value, group=gene)) +
    geom_bar(stat="identity", position="fill", aes(fill=gene)) +
    scale_y_continuous(labels = scales::percent) +
    geom_text(aes(label=freq), position=position_fill(vjust=0.5))
p

长矩阵分面绘制

再复杂一些的矩阵 (除了有不同时间点的信息，再增加对照和处理的信息)

library(ggplot2)
library(reshape2)
library(dplyr)

data_ori <- "Gene;Group;Expr;Condition
a;T1;2.6;Control
b;T1;20.8;Control
c;T1;10;Control
d;T1;9;Control
a;T2;2.9;Control
b;T2;9.8;Control
c;T2;11;Control
d;T2;3.3;Control
a;T3;2.1;Control
b;T3;7;Control
c;T3;9.2;Control
d;T3;10.3;Control
a;T4;2;Control
b;T4;3.7;Control
c;T4;12.4;Control
d;T4;11.1;Control
a;T5;2.2;Control
b;T5;19.2;Control
c;T5;9.6;Control
d;T5;10;Control
d;T1;2.6;Treatment
b;T1;20.8;Treatment
c;T1;10;Treatment
a;T1;9;Treatment
d;T2;2.9;Treatment
b;T2;9.8;Treatment
c;T2;11;Treatment
a;T2;3.3;Treatment
a;T3;2.1;Treatment
c;T3;7;Treatment
b;T3;9.2;Treatment
d;T3;10.3;Treatment
a;T4;2;Treatment
c;T4;3.7;Treatment
b;T4;12.4;Treatment
d;T4;11.1;Treatment
a;T5;2.2;Treatment
d;T5;19.2;Treatment
c;T5;9.6;Treatment
b;T5;10;Treatment"

data_m <- read.table(text=data_ori, header=T, sep=";", quote="")
head(data_m)

  Gene Group Expr Condition
1    a    T1  2.6   Control
2    b    T1 20.8   Control
3    c    T1 10.0   Control
4    d    T1  9.0   Control
5    a    T2  2.9   Control
6    b    T2  9.8   Control

首先看下每个基因在不同组的表达情况, facet_grid和facet_wrap可以对图形分面显示。

# scales: free_y 表示不同子图之间使用独立的Y轴信息
#         但x轴使用同样的信息。
#         其它可选参数有free_x, free, fixed
p <- ggplot(data_m, aes(x=Gene, y=Expr)) + 
    geom_bar(stat="identity", position="dodge", aes(fill=Group)) +
    facet_grid(Condition~., scales="free_y")
p
# 如果没有图形界面，运行下面的语句把图存在工作目录下的Rplots.pdf文件中
#dev.off()

柱子有点多，也可以利用mean±SD的形式展现

# 获取平均值和标准差
# 分组时不只Gene一个变量了，还需要考虑Condition
data_m_sd_mean <- data_m %>% group_by(Gene, Condition) %>% dplyr::summarise(sd=sd(Expr), value=mean(Expr))
data_m_sd_mean <- as.data.frame(data_m_sd_mean)
data_m_sd_mean

  Gene Condition        sd value
1    a   Control 0.3781534  2.36
2    a Treatment 2.9978326  3.72
3    b   Control 7.5491721 12.10
4    b Treatment 4.8299068 12.44
5    c   Control 1.2837445 10.44
6    c Treatment 2.9458445  8.26
7    d   Control 3.1325708  8.74
8    d Treatment 6.8568943  9.22

p <- ggplot(data_m_sd_mean, aes(x=Gene, y=value)) + 
    geom_bar(stat="identity", aes(fill=Gene)) +
    geom_errorbar(aes(ymin=value-sd, ymax=value+sd), width=0.2, position=position_dodge(width=0.75)) +
    facet_wrap(~Condition, ncol=1)
p

每组里面各个基因的相对表达, 纵轴的显示改为百分比

# position="fill" 展示的是堆积柱状图各部分的相对比例
# position="stack" 展示的是堆积柱状图的原始值，可以自己体现下看卡差别
p <- ggplot(data_m, aes(x=Group, y=Expr)) +
    geom_bar(stat="identity", position="fill", aes(fill=Gene)) +
    scale_y_continuous(labels = scales::percent) +
    facet_wrap(~Condition, ncol=1)
p

facet后，显示正常，不需要做特别的修改

在柱子中标记百分比值 (计算百分比值需要注意了, 文本显示位置还是跟之前一致)

# group_by: 按照给定的变量分组，然后按组操作
# mutate: 在当前数据表增加新变量
# 第一步增加每个组 (Group和Condition共同定义分组)的加和，第二步计算比例
data_m <- data_m %>% group_by(Group, Condition) %>% mutate(count=sum(Expr)) %>% mutate(freq=round(100*Expr/count,2))

p <- ggplot(data_m, aes(x=Group, y=Expr, group=Group)) +
    geom_bar(stat="identity", position="fill", aes(fill=Gene)) +
    scale_y_continuous(labels = scales::percent) +
    geom_text(aes(label=freq), position=position_fill(vjust=0.5)) +
    facet_wrap(~Condition, ncol=1)
p

文本显示位置没有问题，但柱子的位置有些奇怪，使得两组之间不可比。

先对数据做下排序，然后再标记文本

# with: 产生一个由data_m组成的局部环境，再这个环境里，列名字可以直接使用
data_m <- data_m[with(data_m, order(Condition, Group, Gene)),] 
p <- ggplot(data_m, aes(x=Group, y=Expr, group=Group)) +
    geom_bar(stat="identity", position="fill", aes(fill=Gene)) +
    scale_y_continuous(labels = scales::percent) +
    geom_text(aes(label=freq), position=position_fill(vjust=0.5)) +
    facet_wrap(~Condition, ncol=1)
p