圓形布局對(duì)于表示復(fù)雜的信息非常有用。首先，它可以用更長(zhǎng)的坐標(biāo)軸或大量的類別表示不同的信息;其次，它可以直觀地展示數(shù)據(jù)，將多個(gè)圓環(huán)聚焦于同一對(duì)象;第三，它可以清楚地展示元素之間的關(guān)系。圓形布局提供了一種在圓圈上排列信息的有效方法，而且很漂亮。
Circos是一個(gè)廣泛用于在Perl中實(shí)現(xiàn)的圓形布局的工具。它大大增強(qiáng)了科學(xué)結(jié)果的可視化（特別是在基因組學(xué)領(lǐng)域）。因此，具有圓形布局的圖通常被命名為“circos圖”。
circlize包旨在在R中實(shí)現(xiàn)Circos。在R中實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是，R是一個(gè)理想的環(huán)境，可在數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化之間提供無縫連接。circlize不是為Circos生成配置文件的前端包裝器，而是使用R優(yōu)雅的統(tǒng)計(jì)和圖形引擎，完全以R風(fēng)格編碼。我們的目標(biāo)是保持Circos的靈活性和可配置性，同時(shí)使軟件包更易于使用并增強(qiáng)它以支持更多類型的圖形。
本文目錄：
設(shè)計(jì)原理
快速上手
添加圖形元素的方式
圓形熱圖
設(shè)計(jì)原理 圓形布局由扇區(qū) （sectors）和圓環(huán) (tracks)組成。對(duì)于不同類別的數(shù)據(jù)，它們被分配到不同的扇區(qū)，對(duì)于同一類別的多個(gè)測(cè)量，它們表示為從外到內(nèi)的堆疊圓環(huán) 。扇區(qū)和圓環(huán)的交集部分稱為單元格 （cell）（或網(wǎng)格(grid)、面板(panel)），它是圓形布局中的基本單元。它是用于繪制數(shù)據(jù)點(diǎn)的假想繪圖區(qū)域。
由于大多數(shù)圖形都是由簡(jiǎn)單的圖形組成的，如點(diǎn)、線、多邊形等，Circlize實(shí)現(xiàn)了在圓形繪圖區(qū)域添加低級(jí)圖形的功能，因此可以通過不同組合的低級(jí)圖形功能輕松生成更復(fù)雜的圖形。這一原則確保了高級(jí)圖形的類型不受軟件本身的限制，并且可以使用其他高級(jí)圖形R包在其上構(gòu)建特定的高級(jí)圖形。
目前，有以下可用于添加低級(jí)圖形的函數(shù)。用法與沒有circos.前綴的函數(shù)非常相似，除了一些專門為圓形可視化設(shè)計(jì)的增強(qiáng)功能。
circos.points()：在單元格中添加點(diǎn)。circos.segments()：在單元格中添加線段。circos.polygon()：在單元格中添加多邊形。circos.axis()和circos.yaxis()：在單元格中添加坐標(biāo)軸。以下函數(shù)在圓圈中的兩個(gè)圓環(huán)之間繪制鏈接：
以下函數(shù)繪制高級(jí)圖形：
以下功能排列圓形布局。
circos.initialize()：在圓圈上分配扇區(qū)。circos.track()：為單個(gè)圓環(huán)中的單元格創(chuàng)建繪圖區(qū)域。circos.update()：更新現(xiàn)有的單元格。circos.info()：打印當(dāng)前圓形圖的一般參數(shù)。circos.clear()：重置圖形參數(shù)和內(nèi)部變量。快速上手 在我們深入探討細(xì)節(jié)之前，我首先演示一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，使用circlize包中的基本功能來幫助你了解該包的工作原理。
首先是生成演示數(shù)據(jù)，一個(gè)字符型向量表示類別，另外兩個(gè)變量是數(shù)值型：
set.seed(999 )1000 1 :8 ], n, replace = TRUE ), sectors x y使用circlize的第一步是初始化圓形布局。函數(shù)會(huì)自動(dòng)根據(jù)X軸的范圍和類別變量將圓形劃分為不同的扇區(qū)（相當(dāng)于自動(dòng)分配x軸范圍）：
library (circlize)"track.height" = 0.1 ) # 設(shè)置圓環(huán)的高度為0.1，也就是圓形半徑的10% 運(yùn)行以上代碼后不會(huì)顯示任何圖形，因?yàn)榇藭r(shí)只是進(jìn)行了初始化，并沒有開始畫圖~
接下來如果要畫圖的話首先要使用circos.track添加圓環(huán)，然后使用各種低級(jí)繪圖函數(shù)添加各種圖形元素，比如點(diǎn)、線、文字等：
# 初始化布局 "track.height" = 0.1 ) # 設(shè)置圓環(huán)的高度為0.1，也就是圓形半徑的10% # 添加第一個(gè)圓環(huán) # 這里相當(dāng)于自動(dòng)分配y軸范圍 function (x, y) { # 定義添加點(diǎn)和文字的細(xì)節(jié)，你可以去掉這個(gè)函數(shù)試試看 2 ] + mm_y(5 ), 0.6 )col = rep(c("#FF0000" , "#00FF00" ), 4 )# 添加點(diǎn) 16 , cex = 0.5 )# 在指定panel添加文字 1 , 0.5 , "text" , sector.index = "a" , track.index = 1 )上面這個(gè)原圓環(huán)圖有8個(gè)單元格（或者叫8個(gè)panel）。
為了更直觀的展示這個(gè)繪圖過程，你可以先運(yùn)行前3行看看結(jié)果，然后再運(yùn)行第4和第5行，再運(yùn)行第6行。其實(shí)這個(gè)過程就是R的繪圖過程，關(guān)于這方面的細(xì)節(jié)，大家感興趣的可以參考書籍：《R繪圖系統(tǒng)》。
panel.fun是一個(gè)用于控制單元格細(xì)節(jié)的函數(shù)，后面會(huì)詳細(xì)介紹。CELL_META$xxx是一個(gè)快捷函數(shù)，可以幫你提取橫縱坐標(biāo)等信息。
接下來你可以繼續(xù)添加更多的圓環(huán)
# 初始化布局 "track.height" = 0.1 ) # 設(shè)置圓環(huán)的高度為0.1，也就是圓形半徑的10% # 添加第一個(gè)圓環(huán) # 這里相當(dāng)于自動(dòng)分配y軸范圍 function (x, y) { # 定義添加點(diǎn)和文字的細(xì)節(jié)，你可以去掉這個(gè)函數(shù)試試看 2 ] + mm_y(5 ), 0.6 )"#FF0000" , "#00FF00" ), 4 )# 添加點(diǎn) 16 , cex = 0.5 )# 添加文字 1 , 0.5 , "text" , sector.index = "a" , track.index = 1 )# 添加第2個(gè)圓環(huán) "#EFEFEF" , "#CCCCCC" ), 4 )0.2 , bg.col = bgcol, col = NA )接下來載添加第3個(gè)圓環(huán)。我們隨機(jī)從每個(gè)單元格中挑選10個(gè)點(diǎn)，然后用線條連接起來
# 初始化布局 "track.height" = 0.1 ) # 設(shè)置圓環(huán)的高度為0.1，也就是圓形半徑的10% # 添加第一個(gè)圓環(huán) # 這里相當(dāng)于自動(dòng)分配y軸范圍 function (x, y) { # 定義添加點(diǎn)和文字的細(xì)節(jié)，你可以去掉這個(gè)函數(shù)試試看 2 ] + mm_y(5 ), 0.6 )"#FF0000" , "#00FF00" ), 4 )# 添加點(diǎn) 16 , cex = 0.5 )# 添加文字 1 , 0.5 , "text" , sector.index = "a" , track.index = 1 )# 添加第2個(gè)圓環(huán) "#EFEFEF" , "#CCCCCC" ), 4 )0.2 , bg.col = bgcol, col = NA )# 添加第3個(gè)圓環(huán) function (x, y) {10 )如果我們要對(duì)某一個(gè)圓環(huán)的某個(gè)扇區(qū)（也就是某個(gè)panel）進(jìn)行修改，可以使用circos.update，但是要注意，這個(gè)函數(shù)不能修改位置相關(guān)的東西。
比如我們要修改d這個(gè)扇區(qū)的第2層圓環(huán)，可以在運(yùn)行完以上代碼后運(yùn)行以下代碼：
circos.update(sector.index = "d" , # 選擇扇區(qū) 2 , # 選擇圓環(huán) "#FF8080" , bg.border = "black" ) # 修改顏色 2 :2 , y = rep(0.5 , 5 ), col = "white" )"updated" , col = "white" )接下來還可以繼續(xù)添加圓環(huán)：
circos.track(ylim = c(0 , 1 ), panel.fun = function (x, y) {1 ], xlim[2 ], by = 0.1 )1 ], n_breaks - 1 ),1 ], rep(ylim[2 ], n_breaks - 1 ),NA )當(dāng)你把圓環(huán)都畫完之后，還可以使用線條或者條帶連接不同的扇區(qū)：
circos.link("a" , 0 , "b" , 0 , h = 0.4 )"c" , c(-0.5 , 0.5 ), "d" , c(-0.5 ,0.5 ), "red" ,border = "blue" , h = 0.2 )"e" , 0 , "g" , c(-1 ,1 ), "green" , border = "black" , lwd = 2 , lty = 2 )當(dāng)你完成整個(gè)圓環(huán)圖的繪制后，一定要記得重置圖形參數(shù)：
circos.clear()添加圖形元素的方式 畫圓環(huán)圖首先要初始化，然后添加圓環(huán)，再然后才是添加各種圖形元素，比如點(diǎn)、線、文本、坐標(biāo)軸等。
添加這些圖形元素的方式有3種：
使用circos.points()、circos.lines()等低級(jí)繪圖函數(shù)進(jìn)行添加，但是這種方式需要自己寫for循環(huán)，逐個(gè)panel進(jìn)行添加，需要自己根據(jù)類別劃分?jǐn)?shù)據(jù)； 使用circos.trackPoints()、circos.trackLines()等函數(shù)添加，不需要自己寫循環(huán)； 使用panel.fun添加，這種方式最為強(qiáng)大，但是需要一點(diǎn)理解，作者是比較推薦這種方式的，下面會(huì)詳細(xì)介紹。 panel.fun需要兩個(gè)參數(shù)：x和y，分別表示在當(dāng)前panel中的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)。
以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的示例。在扇區(qū)a中，x的值是1：3，在扇區(qū)b中，x的值是4：5：
sectors = c("a" , "a" , "a" , "b" , "b" )1 :5 5 :1 function (x, y) {# 橫坐標(biāo) 2 ] + mm_y(5 ), #縱坐標(biāo) circos.clear()CELL_META$xxxx其實(shí)是get.cell.meta.data()的縮寫，可以幫你提取當(dāng)前panel的信息，比如CELL_META$xcenter會(huì)提取當(dāng)前panel的橫坐標(biāo)的中心點(diǎn)，CELL_META$cell.ylim是提取當(dāng)前panel的縱坐標(biāo)，CELL_META$sector.index提取當(dāng)前panel的標(biāo)簽。
我們也可以直接使用get.cell.meta.data()函數(shù)，但是不如用CELL_META$簡(jiǎn)潔。以下第二個(gè)圓環(huán)就是用的get.cell.meta.data()函數(shù)：
sectors = c("a" , "a" , "a" , "b" , "b" )1 :5 5 :1 # 初始化 # 添加第一個(gè)圓環(huán)，標(biāo)簽在圓環(huán)外面 function (x, y) {# 橫坐標(biāo) 2 ] + mm_y(5 ), #縱坐標(biāo) # 添加第二個(gè)圓環(huán)，把標(biāo)簽放在圓環(huán)里面 function (x, y) {"sector.index" )"xcenter" )"ycenter" )circos.clear()圓形熱圖 圓形熱圖非常常見，以前是通過circos.rect實(shí)現(xiàn)，但是0.4.10版本以后提供了一個(gè)circos.heatmap函數(shù)，可以直接繪制圓形熱圖，非常方便。
數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)也要提供一個(gè)數(shù)值型矩陣（用來畫熱圖），除此之外，還需要一個(gè)分組變量，用來分割熱圖。
rm(list = ls())123 )50 *5 , mean = 1 ), nr = 50 ),50 *5 , mean = -1 ), nr = 50 )),50 *5 , mean = -1 ), nr = 50 ),50 *5 , mean = 1 ), nr = 50 ))"R" , 1 :100 )"C" , 1 :10 )100 , 100 ), ] # 畫熱圖的矩陣 1 :4 ,1 :4 ] C1 C2 C3 C4# 分組變量 1 :5 ], 100 , replace = TRUE )1 :5 ])2 , 0 , 2 ), c("blue" , "white" , "red" ))這個(gè)數(shù)據(jù)如果直接畫熱圖是這樣的：
library (ComplexHeatmap)如果要畫圓形熱圖，是這樣的：
circos.heatmap(mat1, split = split, col = col_fun1,0.4 , # 圓環(huán)的寬度 T , #顯示圓環(huán)的標(biāo)簽 "outside" , # 行名顯示在外側(cè) "inside" # 聚類樹顯示在內(nèi)側(cè) circos.clear()各種文本都可以進(jìn)行各種自定義設(shè)置，比如顏色、大小、字體等。
聚類樹也可以進(jìn)行修改，比如重新排序或者使用不同的顏色等。需要借助dend.callback參數(shù)以及自定義函數(shù)實(shí)現(xiàn)。自定義函數(shù)需要3個(gè)參數(shù)：
si：當(dāng)前扇區(qū)的編號(hào)（或者名字）比如重新設(shè)置聚類樹的順序：
library (dendsort)"inside" ,function (dend, m, si) {circos.clear()或者給聚類樹添加不同的顏色：
library (dendextend)1 :5 , names = letters[1 :5 ])"inside" ,0.2 ,function (dend, m, si) {# when k = 1, it renders one same color for the whole dendrogram 1 , col = dend_col[si])circos.clear()增加多個(gè)圓環(huán)也是一模一樣的方法。
# 第2個(gè)熱圖的數(shù)據(jù) 100 , 100 ), ] # randomly permute mat1 by rows # 第2個(gè)熱圖的顏色 2 , 0 , 2 ), c("green" , "white" , "red" ))# 繪制兩個(gè)圓形熱圖 "outside" )circos.clear()更加復(fù)雜的例子，大家可以至官網(wǎng)學(xué)習(xí)：https://jokergoo./circlize_book/book/
