可视化:两种方法绘制桑基图

  今天继续分享生信分析中不那么常见的图形 -- Sankey diagram。桑基图即桑基能量分流图,是一种可视化特定流程图的技术,图中延伸的分支宽度对应数据流量的大小(即宽度与流的重要性成正比)。所以,想要用桑基图展示数据,必须满足一个条件,即数据之间有方向性的流动。因此,该图常用于展示数据的动态变化,如各地移民情况,数据源的流向情况。下面来分别使用networkD3ggalluvial包绘制桑基图。

networkD3

1、准备数据
  首先,准备好数据,包含三列的数据框,第一列是源数据名,第二列是目标数据名,第三列是流量值:

library(reshape2)

data <- read.table("https://raw.githubusercontent.com/holtzy/data_to_viz/master/Example_dataset/13_AdjacencyDirectedWeighted.csv", header=T, check.name=F)
data$source <- rownames(data)
data_long <- melt(data,id.vars='source', variable.name='target')
data_long <- subset(data_long, value > 0)
data_long$target <- paste(data_long$target, " ", sep="")

head(data_long)
            source    target    value
1           Africa    Africa 3.142471
2        East Asia East Asia 1.630997
3       South Asia East Asia 0.525881
4  South East Asia East Asia 0.145264
5           Africa    Europe 2.107883
6        East Asia    Europe 0.601265

  准备数据的时候需要特别注意,源数据名和目标数据名有相同的,但二者从数据处理的角度需要加以区别。例如,这里源数据的Africa会流向很多目标,当然也包括目标数据的Africa,这时为了区分源数据名和目标数据名,可以采用一个很简单巧妙的方法来解决,在目标数据名的后面加一个空格,这样后续绘图时,数据处理上既能区分二者,而绘图时名称显示上又可以保持一致。真是妙啊!

2、绘图
  使用networkD3绘图,只用上面的数据还不行,那只是半成品,还需要准备节点名数据框。同时,还要根据节点名数据框给上一步的数据框添加索引列。因为该包在画图时,使用的并不是节点的名称,而是节点的索引。准备好这些,画图就水到渠成了:

library(networkD3)

nodes <- data.frame(name=unique(c(as.character(data_long$source), as.character(data_long$target))))
data_long$IDsource <- match(data_long$source, nodes$name)-1 
data_long$IDtarget <- match(data_long$target, nodes$name)-1

p <- sankeyNetwork(Links = data_long, Nodes = nodes,
                   Source = "IDsource", Target = "IDtarget",
                   Value = "value", NodeID = "name", 
                   sinksRight=FALSE,, nodeWidth=40, fontSize=13, nodePadding=20)
p
saveNetwork(p, "sankey.html")

结果如下:

  注意,节点名的索引是0-base的。其实,从networkD3包名可以顾名思义,该包可以用来画网络图,桑基图只是一个功能而已。其他功能大家自行摸索吧!

3、格式转化
  虽然networkD3画桑基图挺简单的,但该包有一个硬伤就是其基于shiny的JS框架,可以保存为html格式,但没法直接保存为图片格式。若想要保存为pdf、png,需要借助webshot包,而该包又需要依赖phantomjs,格式转化前先安装好这两个东西:

library(webshot)
if(!is_phantomjs_installed()){
  install_phantomjs()
}

webshot("sankey.html" , "sankey.pdf")

结果如下:

ggalluvial

  该包也可以用来绘制桑基图,同时该包基于ggplot2,可扩展性就非常强了。绘图代码如下:

data <- read.table("https://raw.githubusercontent.com/holtzy/data_to_viz/master/Example_dataset/13_AdjacencyDirectedWeighted.csv", header=T, check.name=F)
data$source <- rownames(data)
data_long <- melt(data,id.vars='source', variable.name='target')
data_long <- subset(data_long, value > 0)
data_long <- melt(data_long,id.vars='value', variable.name='subject',value.name='type')
head(data_long)
     value subject            type
1 3.142471  source          Africa
2 1.630997  source       East Asia
3 0.525881  source      South Asia
4 0.145264  source South East Asia
5 2.107883  source          Africa
6 0.601265  source       East Asia

p <- ggplot(data_long , aes(x = subject, stratum = type, alluvium = value, label =type)) + 
            geom_stratum(aes(fill = type),alpha= 0.5) + 
            geom_text(stat = "stratum", size = 2.5) + 
            geom_flow() + 
            theme_void() + 
            theme(legend.position= 'none')
p

结果如下:

  与networkD3包相比,数据格式有所不同,相当于在其基础上再将数据变长一些,由于ggalluvial有单独一列信息来区分 source 和 target,所以这里的 type 变量里面就不用在最后添加空格以示区分了。不得不说,还是ggalluvial包更具吸引力!


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