PCoA主坐标分析

主坐标分析(PCoA)是一种基于距离的多元分析方法,常用于生态学中对样本间差异的可视化。它通过构建差异矩阵和离差距阵,利用特征值和特征向量找出新的坐标系,使得样本点在新坐标系中的排列能最大程度保留原始信息。PCoA步骤包括构造矩阵、求解坐标和排列样本。在非度量情况下,PCoA可能提供更好的效果。

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来源:http://blog.sina.com.cn/s/blog_670445240101nlss.html

 

1   背景介绍

这是一种排序方法。假设我们对N个样方有了衡量它们之间差异即距离的数据,就可以用此方法找出一个直角坐标系(最多N-1维),使N个样方表示成N个点,而使点间的欧氏距离的平方正好等于原来的差异数据。

由于样方间的差异数据可以由各种方式给出,只要对一些差异进行定量描述,如甲型,乙型,丙型等,就可以求出样方的数量坐标,实现定性到定量的转变。

主坐标方法简单、明确、效率很高。它与主分量分析一样,最后找出的坐标系不仅正交, 而且第一轴、第二轴……依次按N个点在该轴上的方差大小顺序排列,N个点对不同两个轴都不相关。所以也可用较少的维数,特别是直观的二、三维空间去排列样方,而使信息的损失最少。

它与主分量分析不同之处在于:不是先给出N个点的坐标,去找出刚性旋转的坐标;而是只知其间的距离要去重新建立各点的坐标。因此可以不限于度量(metrtic)的相似系数公式,Pernitec(1977)采用数量数据对于寒温带森林和草地进行主坐标分析,他认为非度量(non-mertic)相似系数比度量相似系数效果更佳。

2    PCoA计算步骤

1           构成差异矩阵M

在R语言中,坐标分析(Principal Coordinates Analysis,简称PCoA)通常用于生物统计学中的样品聚类,特别是在生态学研究中,它可以帮助我们理解样本间的相似性和差异性。然而,在应用PCoA之前,确实需要对性状数据进行一些预处理: 1. **数据准备**:首先,你需要有一个包含所有样本的矩阵或数据框,其中每一列代表一个性状,每一行对应一个个体。数据应该是数值型的,并且最好是中心化(即减去均值)和标准化(除以标准差),以便消除量纲影响和个体间尺度的差异。 2. **检查数据质量**:确认数据无缺失值,异常值(如离群点)可能会影响结果,需要适当处理。有时候也需要检查是否存在相关性极高以至于会破坏PCA的假设的情况。 3. **因子分析或中心化协方差矩阵**:如果数据呈现多重共线性或其他复杂的关系,可以先通过因子分析(Factor Analysis)提取少数几个能解释大部分变异性的因子,然后使用因子得分作为新变量进行PCoA。对于连续性数据,也可以直接计算协方差矩阵。 4. **执行PCoA**:使用`cmdscale()`函数,它可以接受一个基于欧氏距离或相关系数的标准距离矩阵作为输入。这一步会产生一组新的坐标轴,也就是坐标,这些坐标轴按照性状变异的方向排列。 ```R library vegan) # 假设data是一个中心化的样本数据矩阵 dist_matrix <- dist(data, method = "euclidean") # 或者用cor(data)得到相关系数矩阵 pcoa_results <- cmdscale(dist_matrix, k = num_dimensions) # num_dimensions是你想要保留的坐标数 ```
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