作者：麦子（转载请注：解螺旋·医生科研助手）
如果你的研究要带上生信，总得了解一下热图，这是最常用的一种数据表现手法了，号称入门必备技术。尤其多用于展示各种基因或RNA在不同样本中的表达，观察其表达模式。但一堆堆的色块让人眼花缭乱，背后的分析 更让人不知从何下手。今天我们先来初步探一探门道。
读
热图的解读
一幅典型的热图如下，最显眼的是中间像浴室地砖一样的小色块铺成的一片板子，那就是热图本身。本质上它是表现一个数值矩阵，图上每一个小方格都是一个数值，按一条预设好的色彩变化尺（称为色键，Color Key），来给每个数值分配颜色，虽然看起来眼花，但道理却很简单。这幅图就是24个样本（列）中，30类基因（行）的表达情况。
但不同基因在不同样本中的表达量，可能会跨越好几个数量级，这样就会把色键分得很细，再让人分辨简直是测色盲，所以通常会对表达量取对数，或取Z-score，这样色键的范围一般就在个位数内变化。（即便如此，我还是觉得在测色盲）
Nucleic Acids Res (2015) 43 (W1): W566-W570.
上面两条色彩稍微简单的横条，是根据实验分组，用颜色标出组别。两个横条表示两种分组方式，也就是两个变量。就这幅图来说，之一行的黄色表示正常组织，紫色表示肿瘤组织；第二行的蓝绿色表示乳腺，红色表示前列腺。
图外边那些细细的线条，就是聚类分析的树形图。这树形图就像咱毕业论文的目录，一级目录下有好几个二级目录，二级之下又有好几个三级目录，依次类推。当然是越靠下游的子目录中的个体关系越近，更先聚为一类，之后小类与小类又聚为一个大类。而且你会发现，有些节点走了很远才跟别人聚成一类，有些节点没走多远就聚了，所以这些支线的长短，就代表了距离。
不过分组和聚类树形图不一定会出现，根据研究需要决定是否加上。
高通量测序得来的数据，通常比较磅礡，这时候生成的热图，每个方格就会很小，在一页杂志可以印刷的范围里，你可能连基因的名字都看不清，更别说分辨一条细长的小方格上的颜色，来判断它处在色键上的哪个位置。
这时就可以用一些处理技巧，比如上面那幅图，研究纳入了54675个基因，如果都画出来，这图就会很长，色块也会很密。所以它先通过K均值聚类算法，把这些基因聚成30类。
但更常见的情况，是诚实地把那几万个基因、几千个样本全都画出来，比如这幅来自安德森癌症研究所的热图，其数据量就无比恢宏，导致这图看起来像村姑的小碎花头巾：
Nat Commun. 2014 May 29;5:3887.
于是他们在自己的官网上做了个交互版，在这幅Figure的图注中加上这么一句：
点那个链接找到交互版，就可以把图片放大来看。而且鼠标悬停在小方格上，就能显示相应数据点的详细信息，完美实现数据⇋图像的交互。
不过我们也一介草民，单位的官网上不一定会给咱预留这个位置，想这样玩的，还得自己找个 空间。但至少咱们可以先解决画一幅静态图的问题啊~
做
一幅热图的诞生
绘制热图，最常用的是R语言。但如果你的数据量不是特别大的话，还是有很多不需要敲代码的工具可以选择。比如在线工具ClustVis（http://biit.cs.ut.ee/clustvis/），它就是把R语言需要用到的几个包都整合到后台，做成了不用敲代码的友好界面，但数据量大时还是容易卡顿。
另一个不太卡的在线工具叫Morpheus（https://software.broadinstitute.org/morpheus/），博大研究所开发的。还有桌面软件HemI（http://hemi.biocuckoo.org/），华中科技大学开发的。三者都是免费又好用的神器，功能上大同小异。
下面以Morpheus为例来演示热图的 吧。界面清爽，就在中间那个对话框里上传数据文件：
它需要的数据格式如下，绿色部分是必须的，红色的是分组信息，可以根据研究需要进行增删：
呃，这示例图其实来自ClustVis，都说了大同小异嘛
这是breastCancerNKI公共数据库，就用它做示范吧。上传之后，点选之一个数值单元格，就可区分哪些是数值，哪些是标签和注释：
点OK，一幅主图就出来了。
接下来就是设置排版，包括给数值区域换个的颜色、设置标签和注释的显示方式等等。
点上方主菜单的View→Options可设置数值区的颜色，还有网格线粗细、格子大小等各种细节：
在某个分组标签上点右键，就可在弹出菜单中选择它的显示方式，包括选择文字还是颜色来标识，改变颜色等等。左键单击一个标签，还可以按标签升序或降序排列。
设完之后，需要做进一步分析的话，就在Tools菜单中选择各种分析算法：
最常用的还是层次聚类分析（Hierarchical Clustering），点开之后在对话框中设置各种参数。这里，样品间距离算法选用欧式距离，类间距离选用类平均算法。
最后得到的图就是这个样子：
看起来好像漏掉什么。。。色键在哪里？
没关系，导出图片时就有了。导出时，可选择png格式（低品质），或svg格式（推荐，矢量图，可在Adobe Illustrator中进行后期排版）。
还可选择save session保存当前节点，得到一个json文件，下回可从当前状态继续修改。
是不是很Easy~
这个过程中水比较深的地方，就是分析 的选择，将来有机会再单独讨论吧。
