pyCirclize是一个基于matplotlib实现的圆形可视化Python包。 该包的开发目的是在Python中轻松且美观地绘制圆形图表,如Circos图和和弦图。 此外,还实现了生物信息学领域有用的基因组和系统发育树可视化方法。 pyCirclize受到circlize和pyCircos的启发。 更详细的文档可在此处获取。

图1 pyCirclize示例图库
安装需要Python 3.8或更高版本。
安装PyPI包:
pip install pycirclize
安装conda-forge包:
conda install -c conda-forge pycirclize
API使用在文档的以下各节中进行了描述。
from pycirclize import Circos import numpy as np np.random.seed(0) # 初始化Circos扇区 sectors = {"A": 10, "B": 15, "C": 12, "D": 20, "E": 15} circos = Circos(sectors, space=5) for sector in circos.sectors: # 绘制扇区名称 sector.text(f"扇区: {sector.name}", r=110, size=15) # 创建x位置和随机y值 x = np.arange(sector.start, sector.end) + 0.5 y = np.random.randint(0, 100, len(x)) # 绘制线条 track1 = sector.add_track((80, 100), r_pad_ratio=0.1) track1.xticks_by_interval(interval=1) track1.axis() track1.line(x, y) # 绘制散点 track2 = sector.add_track((55, 75), r_pad_ratio=0.1) track2.axis() track2.scatter(x, y) # 绘制条形图 track3 = sector.add_track((30, 50), r_pad_ratio=0.1) track3.axis() track3.bar(x, y) # 绘制连接 circos.link(("A", 0, 3), ("B", 15, 12)) circos.link(("B", 0, 3), ("C", 7, 11), color="skyblue") circos.link(("C", 2, 5), ("E", 15, 12), color="chocolate", direction=1) circos.link(("D", 3, 5), ("D", 18, 15), color="lime", ec="black", lw=0.5, hatch="//", direction=2) circos.link(("D", 8, 10), ("E", 2, 8), color="violet", ec="red", lw=1.0, ls="dashed") circos.savefig("example01.png")

from pycirclize import Circos from pycirclize.utils import fetch_genbank_by_accid from pycirclize.parser import Genbank # 下载`NC_002483` E.coli质粒GenBank文件 gbk_fetch_data = fetch_genbank_by_accid("NC_002483") gbk = Genbank(gbk_fetch_data) # 使用基因组大小初始化Circos实例 circos = Circos(sectors={gbk.name: gbk.range_size}) circos.text(f"大肠杆菌K-12 质粒F\n\n{gbk.name}", size=14) circos.rect(r_lim=(90, 100), fc="lightgrey", ec="none", alpha=0.5) sector = circos.sectors[0] # 绘制正向链CDS f_cds_track = sector.add_track((95, 100)) f_cds_feats = gbk.extract_features("CDS", target_strand=1) f_cds_track.genomic_features(f_cds_feats, plotstyle="arrow", fc="salmon", lw=0.5) # 绘制反向链CDS r_cds_track = sector.add_track((90, 95)) r_cds_feats = gbk.extract_features("CDS", target_strand=-1) r_cds_track.genomic_features(r_cds_feats, plotstyle="arrow", fc="skyblue", lw=0.5) # 如果存在,绘制'gene'限定符标签 labels, label_pos_list = [], [] for feat in gbk.extract_features("CDS"): start = int(feat.location.start) end = int(feat.location.end) label_pos = (start + end) / 2 gene_name = feat.qualifiers.get("gene", [None])[0] if gene_name is not None: labels.append(gene_name) label_pos_list.append(label_pos) f_cds_track.xticks(label_pos_list, labels, label_size=6, label_orientation="vertical") # 绘制刻度(间隔 = 10 Kb) r_cds_track.xticks_by_interval( 10000, outer=False, label_formatter=lambda v: f"{v/1000:.1f} Kb" ) circos.savefig("example02.png")

from pycirclize import Circos import pandas as pd # 创建矩阵数据框(3 x 6) 行名 = ["F1", "F2", "F3"] 列名 = ["T1", "T2", "T3", "T4", "T5", "T6"] 矩阵数据 = [ [10, 16, 7, 7, 10, 8], [4, 9, 10, 12, 12, 7], [17, 13, 7, 4, 20, 4], ] 矩阵数据框 = pd.DataFrame(矩阵数据, index=行名, columns=列名) # 从矩阵初始化Circos以绘制弦图 circos = Circos.initialize_from_matrix( 矩阵数据框, space=5, cmap="tab10", label_kws=dict(size=12), link_kws=dict(ec="black", lw=0.5, direction=1), ) circos.savefig("example03.png")

from pycirclize import Circos from pycirclize.utils import load_example_tree_file, ColorCycler from matplotlib.lines import Line2D # 从系统发育树初始化Circos 树文件 = load_example_tree_file("large_example.nwk") circos, tv = Circos.initialize_from_tree( 树文件, r_lim=(30, 100), leaf_label_size=5, line_kws=dict(color="lightgrey", lw=1.0), ) # 定义用于树注释的组-物种字典 # 在此例中,设置最小物种列表以指定组的最近共同祖先节点 组名到物种列表 = dict( 单孔目=["Tachyglossus_aculeatus", "Ornithorhynchus_anatinus"], 有袋目=["Monodelphis_domestica", "Vombatus_ursinus"], 貧齒目=["Choloepus_didactylus", "Dasypus_novemcinctus"], 非洲獸目=["Trichechus_manatus", "Chrysochloris_asiatica"], 真猿类=["Galeopterus_variegatus", "Theropithecus_gelada"], 啮齿目=["Oryctolagus_cuniculus", "Microtus_oregoni"], 真獸類=["Talpa_occidentalis", "Mirounga_leonina"], ) # 设置树线颜色和标签颜色 ColorCycler.set_cmap("tab10") 组名到颜色 = {name: ColorCycler() for name in 组名到物种列表.keys()} for 组名, 物种列表 in 组名到物种列表.items(): 颜色 = 组名到颜色[组名] tv.set_node_line_props(物种列表, color=颜色, apply_label_color=True) # 绘制图形并在中心设置图例 fig = circos.plotfig() _ = circos.ax.legend( handles=[Line2D([], [], label=n, color=c) for n, c in 组名到颜色.items()], labelcolor=组名到颜色.values(), fontsize=6, loc="center", bbox_to_anchor=(0.5, 0.5), ) fig.savefig("example04.png")

from pycirclize import Circos import pandas as pd # 创建RPG职业参数数据框(3个职业,7个参数) df = pd.DataFrame( data=[ [80, 80, 80, 80, 80, 80, 80], [90, 20, 95, 95, 30, 30, 80], [60, 90, 20, 20, 100, 90, 50], ], index=["英雄", "战士", "法师"], columns=["生命值", "魔法值", "攻击力", "防御力", "特攻", "特防", "速度"], ) # 初始化Circos实例以绘制雷达图 circos = Circos.radar_chart( df, vmax=100, marker_size=6, grid_interval_ratio=0.2, ) # 绘制图形并在右上角设置图例 fig = circos.plotfig() _ = circos.ax.legend(loc="upper right", fontsize=10) fig.savefig("example05.png")

其他Circos绘图工具中已实现但pyCirclize尚未实现的功能列表。 我可能会在有兴趣时实现它们。


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