在ggplot2中绘制envfit载体（素食包）

Question

我正在努力完成我在素食主义者和ggplot2中创建的NMDS图，但无法弄清楚如何在图中添加envfit物种加载矢量。当我尝试它时说“无效的图形状态”。

以下示例稍微修改了另一个问题（Plotting ordiellipse function from vegan package onto NMDS plot created in ggplot2），但它完全表达了我想要包含的示例，因为我首先使用此问题来帮助我将metaMDS导入ggplot2：

library(vegan)
library(ggplot2)
data(dune)

# calculate distance for NMDS
NMDS.log<-log(dune+1)
sol <- metaMDS(NMDS.log)

# Create meta data for grouping
MyMeta = data.frame(
  sites = c(2,13,4,16,6,1,8,5,17,15,10,11,9,18,3,20,14,19,12,7),
  amt = c("hi", "hi", "hi", "md", "lo", "hi", "hi", "lo", "md", "md", "lo", 
      "lo", "hi", "lo", "hi", "md", "md", "lo", "hi", "lo"),
row.names = "sites")

# plot NMDS using basic plot function and color points by "amt" from MyMeta
plot(sol$points, col = MyMeta$amt)

# same in ggplot2
NMDS = data.frame(MDS1 = sol$points[,1], MDS2 = sol$points[,2])
ggplot(data = NMDS, aes(MDS1, MDS2)) + 
  geom_point(aes(data = MyMeta, color = MyMeta$amt))

#Add species loadings
vec.sp<-envfit(sol$points, NMDS.log, perm=1000)
plot(vec.sp, p.max=0.1, col="blue")

Answer 1

（另外优秀的）接受的答案的问题，并解释了为什么向量在所包含的图中具有相同的长度[注意，现在已经编辑了接受的答案以按照方式缩放箭头我在下面描述，为了避免混淆Q＆amp; A ]的用户，$vectors$arrows返回的对象的envfit()组件中存储的是方向余弦拟合向量。这些都是单位长度，因此@Didzis Elferts的图中的箭头都是相同的长度。这与plot(envfit(sol, NMDS.log))的输出不同，因为我们通过与排序配置（“轴”）的相关性来缩放矢量箭头坐标。这样，与排序配置显示弱关系的物种会得到较短的箭头。缩放是通过将方向余弦乘以sqrt(r2)来完成的，其中r2是打印输出表中显示的值。当将向量添加到现有图中时，素食也会尝试缩放矢量集，以便它们填充可用的绘图空间，同时保持箭头的相对长度。如何完成此操作将在?envfit的详细信息部分中讨论，并且需要使用未导出的函数vegan:::ordiArrowMul(result_of_envfit)。

以下是一个完整的工作示例，使用 ggplot2 复制plot.envfit的行为：

library(vegan)
library(ggplot2)
library(grid)
data(dune)

# calculate distance for NMDS
NMDS.log<-log1p(dune)
set.seed(42)
sol <- metaMDS(NMDS.log)

scrs <- as.data.frame(scores(sol, display = "sites"))
scrs <- cbind(scrs, Group = c("hi","hi","hi","md","lo","hi","hi","lo","md","md",
                              "lo","lo","hi","lo","hi","md","md","lo","hi","lo"))

set.seed(123)
vf <- envfit(sol, NMDS.log, perm = 999)

如果我们此时停下来并查看vf：

> vf

***VECTORS

             NMDS1       NMDS2     r2 Pr(>r)    
Belper -0.78061195 -0.62501598 0.1942  0.174    
Empnig -0.01315693  0.99991344 0.2501  0.054 .  
Junbuf  0.22941001 -0.97332987 0.1397  0.293    
Junart  0.99999981 -0.00062172 0.3647  0.022 *  
Airpra -0.20995196  0.97771170 0.5376  0.002 ** 
Elepal  0.98959723  0.14386566 0.6634  0.001 ***
Rumace -0.87985767 -0.47523728 0.0948  0.429
.... <truncated>

因此r2数据用于缩放NMDS1和NMDS2列中的值。最终的情节是：

spp.scrs <- as.data.frame(scores(vf, display = "vectors"))
spp.scrs <- cbind(spp.scrs, Species = rownames(spp.scrs))

p <- ggplot(scrs) +
  geom_point(mapping = aes(x = NMDS1, y = NMDS2, colour = Group)) +
  coord_fixed() + ## need aspect ratio of 1!
  geom_segment(data = spp.scrs,
               aes(x = 0, xend = NMDS1, y = 0, yend = NMDS2),
               arrow = arrow(length = unit(0.25, "cm")), colour = "grey") +
  geom_text(data = spp.scrs, aes(x = NMDS1, y = NMDS2, label = Species),
            size = 3)

这会产生：

Answer 2

首先添加库。另外，库grid是必需的。

library(ggplot2)
library(vegan)
library(grid)
data(dune)

进行metaMDS分析并将结果保存在数据框中。

NMDS.log<-log(dune+1)
sol <- metaMDS(NMDS.log)

NMDS = data.frame(MDS1 = sol$points[,1], MDS2 = sol$points[,2])

添加物种载荷并将其保存为数据框。箭头余弦的方向存储在列表vectors和矩阵arrows中。要获取箭头的坐标，应将这些方向值乘以r2中存储的vectors$r值的平方根。更直接的方法是使用@Gavin Simpson回答中提供的函数scores()。然后添加包含species名称的新列。

vec.sp<-envfit(sol$points, NMDS.log, perm=1000)
vec.sp.df<-as.data.frame(vec.sp$vectors$arrows*sqrt(vec.sp$vectors$r))
vec.sp.df$species<-rownames(vec.sp.df)

箭头添加geom_segment()，物种名称加geom_text()。对于这两个任务，使用数据框vec.sp.df。

ggplot(data = NMDS, aes(MDS1, MDS2)) + 
  geom_point(aes(data = MyMeta, color = MyMeta$amt))+
  geom_segment(data=vec.sp.df,aes(x=0,xend=MDS1,y=0,yend=MDS2),
      arrow = arrow(length = unit(0.5, "cm")),colour="grey",inherit_aes=FALSE) + 
  geom_text(data=vec.sp.df,aes(x=MDS1,y=MDS2,label=species),size=5)+
  coord_fixed()

Answer 3

我可以迟到一些事吗？

Envfit提供pvalues，有时你只想绘制重要参数（素食主义者可以为你做的事情，在plot命令中p = 0.05）。我努力用ggplot2做到这一点。这是我的解决方案，也许你找到一个更优雅的解决方案？

从Didzis的回答开始：

ef<-envfit(sol$points, NMDS.log, perm=1000)
ef.df<-as.data.frame(ef$vectors$arrows*sqrt(ef$vectors$r))
ef.df$species<-rownames(ef.df)

#only significant pvalues
#shortcutting ef$vectors
A <- as.list(ef$vectors)
#creating the dataframe
pvals<-as.data.frame(A$pvals)
arrows<-as.data.frame(A$arrows*sqrt(A$r))
C<-cbind(arrows, pvals)
#subset
Cred<-subset(C,pvals<0.05)
Cred <- cbind(Cred, Species = rownames(Cred))

“Cred”现在可以在geom_segment-argument中实现，如上所述。

Answer 4

简短的补充：要获得plot.envfit中ggplot2功能的完整表示，又称为“箭头长度充分利用绘图区域”，需要应用一个因素。我不知道上面的答案是否有意将其遗漏，如Gavin特别提到的那样？只需使用arrow_factor <- ordiArrowMul(vf)提取所需的比例因子，然后可以将其应用于spp.scrs中的两个NMDS列，或者可以像

一样手动进行

arrow_factor <- ordiArrowMul(vf)
spp.scrs <- as.data.frame(scores(vf, display = "vectors")) * arrow_factor
spp.scrs <- cbind(spp.scrs, Species = rownames(spp.scrs), Pvalues = vf$vectors$pvals, R_squared = vf$vectors$r)

# select significance similarly to `plot(vf, p.max = 0.01)`
spp.scrs <- subset(spp.scrs, Pvalues < 0.01)

# you can also add the arrow factor in here (don't do both!)
ggplot(scrs) +
  geom_point(mapping = aes(x = NMDS1, y = NMDS2, colour = Group)) +
  coord_fixed() + ## need aspect ratio of 1!
  geom_segment(data = spp.scrs,
               aes(x = 0, xend = NMDS1 * arrow_factor, y = 0, yend = NMDS2 * arrow_factor),
               arrow = arrow(length = unit(0.25, "cm")), colour = "grey") +
  geom_text(data = spp.scrs, aes(x = NMDS1 * arrow_factor, y = NMDS2 * arrow_factor, label = Species),
            size = 3)