R与进化树(前言)

作者: 刘小泽 | 来源:发表于2018-07-10 23:32 被阅读123次

    R与进化树

    1. problems and issues

    • 进化领域中树这个文件结构是比较复杂的,构建树的过程就是把数据关联到文件格式中便于可视化的过程,这种关联格式主要有:

    • 标准格式之一 newick

    • 标准格式之二 nexus:软件间兼容性不好

    • 其他一些不兼容格式

    Input & output
    • 如果只是想推断一棵树,大多数只用mega。但是现在的研究会获得大量的数据(phenotypic data/ experimental data/ clinical data/ analysis data),而且是异质性的,比如采样时间、地点,表型的观察值,实验测量数据等都是可以拿来分析有没有进化上的一些关系,mega远远不够用!但是上面的数据关联格式又不友好~

    • 树的注释:

      Figtree,TreeDyn, iTOL etc这些软件之间也是需要互相写脚本转换格式

    • restricted to pre-defined annotating utilities

    • focus on specific analyses and data types

    • non-overlapping features and hard to customise

    2. R与ggtree

    ggtree优势:

    • 他的设计就是针对不同来源的数据,拿来可以直接注释
    • 支持高水平图形语法进行树的注释:比如有一个分类数据,要根据这个对进化树上色,并且不同节点以不同形状变现出来。指定一个变量,ggtree就会做完所有的事情
    • 支持多个图层组合,可以画出很复杂的图
    • 可以提供用户的私人订制
    • 作为R包,能够保证可重复性,自动化,利于同行的交流

    为什么要写代码作图,而不是简单的点点鼠标?

    鼠标操作的都是套路化的东西,你会别人也会,就像公司做的图都很sexy,但是他们并不关系你的数据体现了什么价值。只有在自己通过不断完善代码的过程中,才会对自己的数据有更深的理解,才有可能挖掘更多的信息。
    现在有许多一步出图,网站工具出图,很低的学习成本,做的图数量可能也不少,但是很多时候,自己都不知道这些图是怎么出来的,另外低学习成本的工具是不提供太多的拓展空间的。不知道你有没有这样的体会,在网站上做了一个图,很好看,基本符合预期,但是有一些线条形状/颜色或者图例位置需要改动,而网站上也没有这种设置,那么只好自己吭哧吭哧用PS、AI去编辑。心想:头脑中的图片很清楚,但为什么没有工具能帮我实现他的样子呢?于是,代码的价值就在这里

    代码会带给自己一种能力,去探索自己的数据,就像在玩魔方,不同角度的观察就有不同的解答

    可视化对于我们的作用:

    • 有了结果,需要展示给其他人
    • 还没有结果,甚至不知道从何下手,他可以帮你找到一些潜在的研究方向

    为什么做生信分析必备R?

    • 开源免费
    • 很庞大的社区
      【Bionconductor 基本你能想到的组学上的东西,别人都能提供帮助】
    • 强大可视化功能

    R的图形语法目前有两大类:

    • base:就像纸笔模型【不带橡皮擦】,直接出图做了不能撤销
      【打开R就加载】

    • grid 【包括 lattice + ggplot2】
      降低入门门槛;
      不直接出图,导出的是一个图形对象,可以继续编辑【相当于带了橡皮擦】
      画图是画在当前活动窗口

    • lattice:【安装R时装好,但需要自己加载】
      处理多维数据;
      使用grid修改细节,比ggplot2简单

    • ggplot2:【需要自己安装并加载】
      使用图形语法,不用纠结太细枝末节的东西(比如那条线用什么颜色,它会帮你上色);
      作图更美观

      • 【图形都是点--线--面组合起来的】
        ggplot2最基本的元素:

        数据data + 几何对象geom(用于映射数据)+ 坐标(一般都是笛卡尔)
        geom又包括了:
        美学aesthetics:描述了可视化的特征(比如数据中对应点的位置、大小、颜色、形状)
        标尺scales:可视化的东西如何转为可以显示的值(比如取色范围、点映射范围),比如画气泡图就是把点的映射范围放大

      • ggplot2作图模版:

    ] 数据与图层的对应 ggplot2模版

    3. ggtree的用法

    树的操作:

    • viewClade: 对进化分枝操作【画出一个分枝,然后旁边辅之一整棵树作为参考】
    viewClade
    • groupOTU & groupClade: 把不同的分枝放在一起,赋予不同的颜色、线条
    groupOTu & groupClade
    • scaleClade: 把分枝变大或变小
    scaleClade
    • collapse & expand: 不展示某些不需要的节点具体分枝【可以逆向操作】
    collapse & expand
    • rotate & flip: 可以把一个分枝旋转180度
    rotate & flip
    • open_tree & rotate_tree: 把圆圈的树弄一个开口,然后还能旋转,弄成一个扇形
    open_tree & rotate_tree
    • rescale_tree: 更改树的范围区间,可以放大可以缩小,并且可以用不同颜色表示不同范围区间的树
    rescale_tree

    树和数据怎么结合?

    • 两种需求:
    1. 把数据比对到树上,在树上展示数据 Mapping data to the tree structure;
      【图中的各个颜色的点就是比对到树上的数据,几组数据就用几个图层】
    Mapping data to the tree structure
    1. 自己有数据并把他们做了可视化,但是想把数据的图和进化树对应拼接在一起【并非简单拼接两张图!要是要画出点图/箱线图/小提琴图等等来匹配树,或者根据树的结构重构数据的图】 Aligning graph to the tree based on tree structure
    Aligning graph to the tree based on tree structure
    • 两种方法:
    1. 对于第一种需求:使用%<+%插入一个数据到树的图层中去
    2. 对于第二种需求,使用facet_plot分面画图,会把数据放到树中自动调整

    ggtree的拓展

    emojifont包、seqcombo

    编程的语言学习

    就想学习日常语言一样,我们除了母语还会学其他的语言,但是遇到什么问题第一时间反应就是说母语。编程语言也是如此,找一个自己领域社区最常使用的python/perl/R等,再深入学习,保证他能成为你的母语,让你有什么问题第一时间就想用它解决,这样就算学好了编程语言

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