科研绘图（四）火山图

火山图是生物信息学中常用的一种图表，用来显示基因表达数据的变化。它通常将每个点表示为一个基因，x轴显示对数比率（log ratio），表示基因表达的变化大小；y轴显示-log10(p-value)，表示变化的统计显著性。在火山图中，通常会看到分布在两侧的点表示表达上升或下降的基因，而分布在中间的点表示没有显著变化的基因。这种图表有助于快速识别在特定条件下显著上调或下调的基因。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 生成示例数据
np.random.seed(0)
x = np.random.normal(size=1000)
y = -np.log10(np.random.uniform(low=0.001, high=1.0, size=1000))

# 分类条件，随机分配，仅用于示例
conditions = np.random.choice(['up', 'down', 'nodiff'], size=1000, p=[0.1, 0.1, 0.8])

# 创建火山图
plt.figure(figsize=(8, 6))
plt.scatter(x[conditions == 'up'], y[conditions == 'up'], color='r', label='up')
plt.scatter(x[conditions == 'down'], y[conditions == 'down'], color='b', label='down')
plt.scatter(x[conditions == 'nodiff'], y[conditions == 'nodiff'], color='grey', alpha=0.5, label='nodiff')

# 添加必要的标签和标题
plt.title('Volcano Plot')
plt.xlabel('Log2 Fold Change')
plt.ylabel('-Log10 p-value')

# 添加图例
plt.legend()

# 显示图表
plt.show()

下面是matlab的代码

% 假设数据
logFoldChange = randn(1000,1); % 随机生成对数变化倍数
pValues = rand(1000,1); % 随机生成p值

% 设置阈值
pValueThreshold = 0.05; % p值显著性阈值
logFoldChangeThreshold = 1; % 对数变化倍数阈值

% 计算统计显著性
negLogPValues = -log10(pValues); % 计算负对数p值

% 分类基因表达变化
upRegulated = logFoldChange > logFoldChangeThreshold & pValues < pValueThreshold;
downRegulated = logFoldChange < -logFoldChangeThreshold & pValues < pValueThreshold;
notRegulated = ~upRegulated & ~downRegulated;

% 绘制火山图
figure;
hold on;
scatter(logFoldChange(upRegulated), negLogPValues(upRegulated), 40,'blue', 'filled');
scatter(logFoldChange(downRegulated), negLogPValues(downRegulated), 40, 'red', 'filled');
scatter(logFoldChange(notRegulated), negLogPValues(notRegulated), 10, 'black');

% 标注显著的点
significantPoints = find(pValues < pValueThreshold);
for i = 1:length(significantPoints)
text(logFoldChange(significantPoints(i)), negLogPValues(significantPoints(i)), ...
num2str(significantPoints(i)), 'FontSize', 8);
end

% 增加参考线
line(xlim(), [-log10(pValueThreshold) -log10(pValueThreshold)], 'Color', 'green', 'LineStyle', '--');
line([-logFoldChangeThreshold -logFoldChangeThreshold], ylim(), 'Color', 'green', 'LineStyle', '--');
line([logFoldChangeThreshold logFoldChangeThreshold], ylim(), 'Color', 'green', 'LineStyle', '--');

% 添加轴标签和标题
xlabel('Log2 Fold Change');
ylabel('-Log10 p-Value');
title('Volcano Plot');

% 添加图例
legend({'Up-regulated', 'Down-regulated', 'Not significant'}, 'Location', 'northeastoutside');

% 格式化图像
set(gca, 'FontSize', 12);
grid on;
hold off;

为了进一步美化，我们可以添加一些额外的格式设置，例如自定义颜色，透明度，以及改进的标注。如下所示，