circlize 之 Introduction

背景

Circos 是用 perl 语言编写的软件，可以来绘制复杂的环形图，但是需要在 linux 环境运行，此外需要很多配置文件。为了方便数据的分析和可视化，顾祖光（作者）基于 R 编程环境开发了 circlize 的 R 包，使用起来更方便简单。

作者顾祖光南京大学博士毕业，现在在德国癌症研究中心工作，是一名生信研究员，研究领域有基因组学、表观组学、开发软件、可视化等等。其中 ComlexHeatmap、EnrichedHeatmap、simplifyEnrichment 等强大的 R 包都是他开发的，大佬！

circlize 可以使用简单的图形一层层叠加，构成更加复杂的图形出来，展示更多更复杂的信息。

circlize 入门

A、基本函数

1、基本图形

• circos.points(): 在单元格添加点.
• circos.lines(): 在单元格添加线.
• circos.segments(): 在单元格添加片段.
• circos.rect(): 在单元格添加矩形.
• circos.polygon(): 在单元格添加多边形.
• circos.text(): 在单元格添加文字.
• circos.axis() 在单元格添加坐标.

2、添加两个位置的连线

• circos.link()

3、添加高级图形

• circos.barplot(): 绘制条形图.
• circos.boxplot(): 绘制箱型图.
• circos.violin(): 绘制小提琴图.
• circos.heatmap(): 绘制环形热图.
• circos.raster(): 绘制光栅图.
• circos.arrow(): 绘制环形箭头.

4、环形布局排列

• circos.initialize(): 分配扇区.
• circos.track(): 单个轨道上创建单元格.
• circos.update(): 更新单元格.
• circos.par(): 图形参数设置.
• circos.info(): 打印绘图参数.
• circos.clear(): 重置.

B、示例图形

C、快速预览

创建随机数据：

set.seed(999)
n = 1000
df = data.frame(sectors = sample(letters[1:8], n, replace = TRUE),
                x = rnorm(n), y = runif(n))
head(df,3)
  sectors          x         y
1       c -0.3383765 0.2277292
2       d  0.2012877 0.8345422
3       e  0.6027117 0.6507941

初始化：

library(circlize)
circos.par("track.height" = 0.1) # 设置轨道高度，相当于圆半径10%
circos.initialize(df$sectors, x = df$x) # 初始化

添加轨道：

circos.track(df$sectors, y = df$y,
             panel.fun = function(x, y) {
               # 添加扇区的标签
               circos.text(CELL_META$xcenter, 
                           CELL_META$cell.ylim[2] +
                           mm_y(5), # 偏移5mm
                           CELL_META$sector.index)
               # 添加扇区刻度            
               circos.axis(labels.cex = 1)
             })

添加点和文字：

col = rep(c("#FF0000", "#00FF00"), 4)
circos.trackPoints(df$sectors, df$x, df$y, col = col, pch = 16, cex = 0.5) # 添加点
circos.text(-1, 0.5, "text", sector.index = "a", track.index = 1) # 给a添加text文字

添加柱形图：

bgcol = rep(c("#EFEFEF", "#CCCCCC"), 4)
circos.trackHist(df$sectors, df$x, bin.size = 0.2, bg.col = bgcol, col = NA)

添加线图：

circos.track(df$sectors, x = df$x, y = df$y,
    panel.fun = function(x, y) {
        ind = sample(length(x), 10)
        x2 = x[ind]
        y2 = y[ind]
        od = order(x2)
        circos.lines(x2[od], y2[od])
})

更新指定轨道的单元格并添加点和文字：

circos.update(sector.index = "d", track.index = 2, 
    bg.col = "#FF8080", bg.border = "black")
circos.points(x = -2:2, y = rep(0.5, 5), col = "white")
circos.text(CELL_META$xcenter, # 文字位置
            CELL_META$ycenter, # 文字位置
            "updated", col = "white")

添加热图：

circos.track(ylim = c(0, 1), panel.fun = function(x, y) {
    xlim = CELL_META$xlim
    ylim = CELL_META$ylim
    breaks = seq(xlim[1], xlim[2], by = 0.1)
    n_breaks = length(breaks)
    circos.rect(breaks[-n_breaks], rep(ylim[1], n_breaks - 1),
                breaks[-1], rep(ylim[2], n_breaks - 1),
                col = rand_color(n_breaks), border = NA)
})

添加连接线：

circos.link("a", 0, "b", 0, h = 0.4)
circos.link("c", c(-0.5, 0.5), "d", c(-0.5,0.5), 
            col = "red", # 连接线的填充颜色
            border = "blue", # 连接线颜色
            h = 0.2 ) # 连接线高度
circos.link("e", 0, "g", c(-1,1), 
            col = "green", 
            border = "black", 
            lwd = 2, # 连接线粗细
            lty = 2) # 连接线形状

清空画布:

circos.clear()

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