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科研图表是数据呈现与学术交流的“通用语言”。读懂常见科研图表,方能把握文献结论、判断实验设计与统计方法是否合理,也能在自身的研究中选对图表、讲好故事。
箱型图(Box plot)用于展示数据分布,箱体主要由最小值、下四分位数、中位数、上四分位数、最大值等构成。图中箱体上下边分别为上四分位数 Q3 和 下四分位数Q1,中间横线为中位数Q2,箱体高度即四分位距IQR;上下须线延伸至Q3+1.5 IQR、Q1−1.5 IQR 范围内的最大值和最小值,超出须线的点为异常值。图上方括号与星号为 T检验显著性标记,ns 表示差异不显著,**、***表示差异显著或极显著。
使用场景:用于展示各类数据的分布情况,适合多组数据分布的直观比较。
柱状图(Bar chart)用等宽柱子的高度表示各类别数值的大小。图中柱顶为各组平均值,上方伸出的误差线表示标准差(SD)或标准误(SE);柱顶字母为显著性标记,含相同字母的组之间差异不显著,字母完全不同的组之间差异显著。
使用场景:用于比较不同分组、不同处理条件下某一指标的平均值及组间差异。
相关性热图(Correlation heatmap)用颜色的冷暖与深浅表示两个变量间相关系数的大小。图中红色为正相关、绿色为负相关,颜色越深相关性越强,右侧色条显示相关系数r(−1~1);格内星号表示显著性(*P<0.05,**P<0.01)。横轴为基因、纵轴为环境因子,侧边聚类树依据相关性对变量聚类,便于识别共变模式。
统计方法:相关性分析(Pearson/Spearman)
使用场景:用于展示多个基因、物种或环境因子等变量之间的相关关系。
散点图(Scatter plot)用平面上的点表示两个变量的对应关系,横轴为自变量、纵轴为因变量,每个点代表一个观测样本。图中直线为线性回归拟合线,阴影为置信区间;R²为拟合优度,越接近1说明自变量对因变量变异的解释能力越强,P值检验回归是否显著。图边缘的核密度曲线展示各变量的分布。
使用场景:用于探究两个连续变量之间的相关或回归关系。
韦恩图(Venn diagram)用相互交叠的圆圈表示不同集合之间的关系。下图每个圆圈代表一个特定样本或处理组(图中MO、SJ、SA、MU四组),不重叠区域的数字为该组独有元素个数,重叠区域的数字为两组或多组共有元素个数,可直观比较各组元素的共有与特有情况。
使用场景:用于展示不同样本、处理组间共有或特有基因、物种、OTU等元素的数量。
聚类热图(Clustering heatmap)以颜色表达数值大小,并对样本和基因进行双向聚类。图中横轴为样本,顶部色条标注分组信息;纵轴为感兴趣的基因;侧边聚类树展示基因或样本表达模式的相似性,距离越近越相似;红色为高表达、绿色为低表达。可快速判断样本分组是否一致、识别表达模式相近的基因簇。
使用场景:用于基因表达谱等高通量数据的全局展示,识别样本分组与基因表达模式。
趋势分析(Series Test of Cluster, STEM)将表达趋势相同的基因聚类到同一模块。每个Cluster代表一种随时间变化的表达模式,横轴为时间点(T0~T3),纵轴为表达变化量,线条密度反映归入该趋势的基因数量。对每个模块中的基因可进一步做GO、KEGG等功能富集分析。
使用场景:用于时间序列或梯度处理的组学数据,识别基因随时间或剂量的动态表达模式。
PCA散点图(Principal Component Analysis)将高维数据降维到二维平面,展示样本间的相似性。横轴PC1、纵轴PC2为第一、第二主成分,括号内百分比为该主成分对总变异的贡献率;每个点代表一个样本,颜色代表分组,椭圆为95%置信椭圆。同组样本聚集越紧、不同组分离越明显,说明组间差异越大。
使用场景:用于转录组、代谢组等高通量数据的样本聚类,评估组间差异和重复一致性。
生存分析(Survival Analysis)研究生存现象与响应时间数据之间的规律,在医学文章中尤为常见。图中阶梯状曲线为Kaplan-Meier生存曲线,横轴为观察时间(月),纵轴为生存率,曲线下降代表终点事件(如死亡)发生;曲线上的短竖线(或“+”号)表示删失数据,即随访结束时仍未发生终点事件的样本。R、SPSS默认用“+”号,GraphPad Prism用短竖线。
统计方法:生存分析(Kaplan-Meier、Log-rank检验)
使用场景:用于医学随访研究,比较不同分组患者的生存率及预后差异。
火山图(Volcano plot)是一种特殊的散点图,广泛用于转录组、蛋白组等组间差异分析结果的展示。横轴log2fc为差异倍数的对数值,越偏离0表达变化越大;纵轴−log10FDR为校正后P值的对数值,数值越大结果越可靠。通常以两条竖虚线(差异倍数阈值)和一条横虚线(显著性阈值)划分区域:粉色为显著上调,绿色为显著下调,灰色为无显著差异,还可标注感兴趣的基因。
使用场景:用于快速展示两组或多组间差异表达(或差异丰度)分子的整体分布。
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