在ggplot的柱状图和箱线图上标注星号 - 表示显著性水平（p值）

Question

在条形图或箱线图上放置星号以显示一个或两个组的显著性水平（p值）是很常见的，下面是一些示例：

星号的数量由p值定义，例如，可以为p值<0.001放置3个星号，p值<0.01放置2个星号，依此类推（尽管这因文章而异）。

我的问题是：如何生成类似的图表？基于显著性水平自动放置星号的方法更加受欢迎。

- Ali

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这是一个非常广泛的问题。你能不能缩小范围？或者展示一下你已经尝试过什么？ - Roman Luštrik

现今大多数期刊不喜欢使用星号标注，即使R语言中的某些表格仍会打印这些符号。在使用前请先咨询期刊规定。 - Dieter Menne

最左下角的那个很容易：你可以设置一个包含这些星星位置的数据框，并添加一个带有标签“***”的geom_text层。 - baptiste

Answer 1

我知道这是一个老问题，Jens Tierling的答案已经提供了解决方案。但我最近创建了一个ggplot扩展程序，简化了添加显著性条的整个过程：ggsignif 你只需添加一个单独的层geom_signif，而不是费力地将geom_line和geom_text添加到您的图表中。

library(ggplot2)
library(ggsignif)

ggplot(iris, aes(x=Species, y=Sepal.Length)) + 
  geom_boxplot() +
  geom_signif(comparisons = list(c("versicolor", "virginica")), 
              map_signif_level=TRUE)

要创建类似于Jens Tierling所展示的更高级别的绘图，可以执行以下操作:

dat <- data.frame(Group = c("S1", "S1", "S2", "S2"),
              Sub   = c("A", "B", "A", "B"),
              Value = c(3,5,7,8))  

ggplot(dat, aes(Group, Value)) +
  geom_bar(aes(fill = Sub), stat="identity", position="dodge", width=.5) +
  geom_signif(stat="identity",
              data=data.frame(x=c(0.875, 1.875), xend=c(1.125, 2.125),
                              y=c(5.8, 8.5), annotation=c("**", "NS")),
              aes(x=x,xend=xend, y=y, yend=y, annotation=annotation)) +
  geom_signif(comparisons=list(c("S1", "S2")), annotations="***",
              y_position = 9.3, tip_length = 0, vjust=0.4) +
  scale_fill_manual(values = c("grey80", "grey20"))

该软件包的完整文档可在CRAN上找到。

- const-ae

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你好。第二个图形也可以加上方括号（以标识哪个组是比较对象）吗？ - Guilherme Parreira

当然可以，只需将 tip_length 设置为非零值即可。 - const-ae

谢谢，但它只对第二个geom_signif起作用，而不是第一个（包含data.frame的那个）。 - Guilherme Parreira

有趣的是，这不应该是这样的...你介意在https://github.com/const-ae/ggsignif/issues上开一个问题，并提供一个小的可重现的例子吗？我会看一下然后尝试找出发生了什么 :) - const-ae

@Jaynes01，这是不正确的。使用test参数，您可以调用任何您想要的测试。 - const-ae

Answer 2

请看下面我的翻译：

请看下面我的尝试。

首先，我创建了一些虚拟数据和一个可以根据我们的需要进行修改的条形图。

windows(4,4)

dat <- data.frame(Group = c("S1", "S1", "S2", "S2"),
                  Sub   = c("A", "B", "A", "B"),
                  Value = c(3,5,7,8))  

## Define base plot
p <-
ggplot(dat, aes(Group, Value)) +
    theme_bw() + theme(panel.grid = element_blank()) +
    coord_cartesian(ylim = c(0, 15)) +
    scale_fill_manual(values = c("grey80", "grey20")) +
    geom_bar(aes(fill = Sub), stat="identity", position="dodge", width=.5)

如baptiste所提到的，在列上方添加星号很容易。只需创建一个带有坐标的data.frame即可。

label.df <- data.frame(Group = c("S1", "S2"),
                       Value = c(6, 9))

p + geom_text(data = label.df, label = "***")

为了添加表示子组比较的弧线，我计算了半圆的参数坐标，并使用 geom_line 连接它们。星号也需要新的坐标。

label.df <- data.frame(Group = c(1,1,1, 2,2,2),
                       Value = c(6.5,6.8,7.1, 9.5,9.8,10.1))

# Define arc coordinates
r <- 0.15
t <- seq(0, 180, by = 1) * pi / 180
x <- r * cos(t)
y <- r*5 * sin(t)

arc.df <- data.frame(Group = x, Value = y)

p2 <-
p + geom_text(data = label.df, label = "*") +
    geom_line(data = arc.df, aes(Group+1, Value+5.5), lty = 2) +
    geom_line(data = arc.df, aes(Group+2, Value+8.5), lty = 2)

最后，为了表示组间比较，我建立了一个更大的圆形并将其顶部压扁。

r <- .5
x <- r * cos(t)
y <- r*4 * sin(t)
y[20:162] <- y[20] # Flattens the arc

arc.df <- data.frame(Group = x, Value = y)

p2 + geom_line(data = arc.df, aes(Group+1.5, Value+11), lty = 2) +
     geom_text(x = 1.5, y = 12, label = "***")

- Jens Tierling

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在我的情况下，绘制组间线条需要很长时间。有什么方法可以加快速度吗？ - BioMan

我正在尝试将label = "***"替换为label = "p=0.02"，但文本变得非常粗体，有什么建议吗？ - BioMan

这可以通过 size 进行设置，例如：geom_text(size=1)。 - pengchy

通常当文本看起来非常粗的时候，问题在于有许多相同的标签被打印在彼此之上。 - zeehio

Answer 3

还有一个扩展包叫做ggsignif的扩展包，名为ggpubr，在多组比较时更加强大。它建立在ggsignif之上，同时处理anova和kruskal-wallis以及与全局均值的成对比较。

示例：

library(ggpubr)

my_comparisons = list( c("0.5", "1"), c("1", "2"), c("0.5", "2") )

ggboxplot(ToothGrowth, x = "dose", y = "len",
          color = "dose", palette = "jco")+ 
  stat_compare_means(comparisons = my_comparisons, label.y = c(29, 35, 40))+
  stat_compare_means(label.y = 45)

- Holger Brandl

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这可能是来自该网站的屏幕截图：（非常有用的网站）https://www.r-bloggers.com/add-p-values-and-significance-levels-to-ggplots/ - tjebo

但是如何将其与ggplot中的geom_boxplot结合起来呢？ - wasmetqall

请问，如何绘制显著性水平（***）而不是p值？这个例子没有展示这个。谢谢！ - maycca

@maycca 我已经更新了我的答案，使用星号代替。 - Holger Brandl

Answer 4

我发现这个很有用。

library(ggplot2)
library(ggpval)
data("PlantGrowth")
plt <- ggplot(PlantGrowth, aes(group, weight)) +
  geom_boxplot()
add_pval(plt, pairs = list(c(1, 3)), test='wilcox.test')

- Rashedul Islam

Answer 5

我自己写了一个函数：

ts_test <- function(dataL,x,y,method="t.test",idCol=NULL,paired=F,label = "p.signif",p.adjust.method="none",alternative = c("two.sided", "less", "greater"),...) {
    options(scipen = 999)

    annoList <- list()

    setDT(dataL)

    if(paired) {
        allSubs <- dataL[,.SD,.SDcols=idCol] %>% na.omit %>% unique
        dataL   <- dataL[,merge(.SD,allSubs,by=idCol,all=T),by=x]  #idCol!!!
    }

    if(method =="t.test") {
        dataA <- eval(parse(text=paste0(
                       "dataL[,.(",as.name(y),"=mean(get(y),na.rm=T),sd=sd(get(y),na.rm=T)),by=x] %>% setDF"
                       )))
        res<-pairwise.t.test(x=dataL[[y]], g=dataL[[x]], p.adjust.method = p.adjust.method,
                        pool.sd = !paired, paired = paired,
                        alternative = alternative, ...)
    }

    if(method =="wilcox.test") {
        dataA <- eval(parse(text=paste0(
            "dataL[,.(",as.name(y),"=median(get(y),na.rm=T),sd=IQR(get(y),na.rm=T,type=6)),by=x] %>% setDF"
        )))
        res<-pairwise.wilcox.test(x=dataL[[y]], g=dataL[[x]], p.adjust.method = p.adjust.method,
                             paired = paired, ...)
    }

    #Output the groups
    res$p.value %>% dimnames %>%  {paste(.[[2]],.[[1]],sep="_")} %>% cat("Groups ",.)

    #Make annotations ready
    annoList[["label"]] <- res$p.value %>% diag %>% round(5)

    if(!is.null(label)) {
        if(label == "p.signif"){
            annoList[["label"]] %<>% cut(.,breaks = c(-0.1, 0.0001, 0.001, 0.01, 0.05, 1),
                                         labels = c("****", "***", "**", "*", "ns")) %>% as.character
        }
    }

    annoList[["x"]] <- dataA[[x]] %>% {diff(.)/2 + .[-length(.)]}
    annoList[["y"]] <- {dataA[[y]] + dataA[["sd"]]} %>% {pmax(lag(.), .)} %>% na.omit

    #Make plot
    coli="#0099ff";sizei=1.3

    p <-ggplot(dataA, aes(x=get(x), y=get(y))) + 
        geom_errorbar(aes(ymin=len-sd, ymax=len+sd),width=.1,color=coli,size=sizei) +
        geom_line(color=coli,size=sizei) + geom_point(color=coli,size=sizei) + 
        scale_color_brewer(palette="Paired") + theme_minimal() +
        xlab(x) + ylab(y) + ggtitle("title","subtitle")


    #Annotate significances
    p <-p + annotate("text", x = annoList[["x"]], y = annoList[["y"]], label = annoList[["label"]])

    return(p)
}

数据和通话：

library(ggplot2);library(data.table);library(magrittr);

df_long    <- rbind(ToothGrowth[,-2],data.frame(len=40:50,dose=3.0))
df_long$ID <- data.table::rowid(df_long$dose)

ts_test(dataL=df_long,x="dose",y="len",idCol="ID",method="wilcox.test",paired=T)

结果：

- Andre Elrico

Answer 6

在图书馆中还有一个简单的工具叫做superb，它被称为showSignificance，可以让你以水平或垂直的方式放置任何文本。例如：

library(ggplot2)
library(superb)

ggplot(iris, aes(x=Species, y=Sepal.Length)) + 
  geom_boxplot() +
  showSignificance( c(1,2), 7.5, -0.05, "**") + 
  showSignificance( c(2,3), 4.5, +0.05, "n.s.") + 
  showSignificance( 3.45, c(6.5,5.9), -0.02, "yup!")

- Denis Cousineau