单细胞测序流程（四）主成分分析——PCA

PCA

PCA:线性降维，主要用于数据少的时候使用。看结果的时候，看打分的绝对值大小，而不是单独的看数据的大小，PCA 是最常用的降维方法，通过某种线性投影，将高维的数据映射到低维的空间中表示，并期望在所投影的维度上数据的方差最大，以此使用较少的数据维度，同时保留住较多的原数据点的特性。

准备

之前所使用的数据
R的IDE

分析目的

为以后的细胞分群做准备，以及t-sne聚类分析。

结果

散点图，横坐标为打分的值，打分的值的绝对值越大，代表相关性越大，每个pc，选取的是前20个基因，根据系数可以绘制后面的图形。

根据上图得出的数据绘制的图形，这幅图意思是每个细胞在的位置，点的颜色是细胞来自哪一个样品，聚集在一起的点代表有一定的相关性，距离越近代表相关程度越高。

基因表达热图，作用与散点图相似，可以看出每个基因的表达程度，表达程度高颜色就越深。

根据这个图形可以判断出选取哪一个作为后续分析的数据，主要看右边的p-value，是实际基因与理论基因的差值，越小越好，涉及到后续分析的参数。
r语言代码：

#if (!requireNamespace("BiocManager", quietly = TRUE))
#    install.packages("BiocManager")
#BiocManager::install("singscore")
#BiocManager::install("GSVA")
#BiocManager::install("GSEABase")
#BiocManager::install("limma")

#install.packages("devtools")
#library(devtools)
#devtools::install_github('dviraran/SingleR')
library(limma)
library(Seurat)
library(dplyr)
library(magrittr)
setwd("C:\\Users\\lexb4\\Desktop\\scRNA\\04-07.Seurat")             #设置工作目录

#读取文件，并对重复基因取均值
rt=read.table("geneMatrix.txt",sep="\t",header=T,check.names=F)
rt=as.matrix(rt)
rownames(rt)=rt[,1]
exp=rt[,2:ncol(rt)]
dimnames=list(rownames(exp),colnames(exp))
data=matrix(as.numeric(as.matrix(exp)),nrow=nrow(exp),dimnames=dimnames)
data=avereps(data)

#将矩阵转换为Seurat对象，并对数据进行过滤
pbmc <- CreateSeuratObject(counts = data,project = "seurat", min.cells = 3, min.features = 50, names.delim = "_",)
#使用PercentageFeatureSet函数计算线粒体基因的百分比
pbmc[["percent.mt"]] <- PercentageFeatureSet(object = pbmc, pattern = "^MT-")
pdf(file="04.featureViolin.pdf",width=10,height=6)           #保存基因特征小提琴图
VlnPlot(object = pbmc, features = c("nFeature_RNA", "nCount_RNA", "percent.mt"), ncol = 3)
dev.off()
pbmc <- subset(x = pbmc, subset = nFeature_RNA > 50 & percent.mt < 5)    #对数据进行过滤

#测序深度的相关性绘图
pdf(file="04.featureCor.pdf",width=10,height=6)              #保存基因特征相关性图
plot1 <- FeatureScatter(object = pbmc, feature1 = "nCount_RNA", feature2 = "percent.mt",pt.size=1.5)
plot2 <- FeatureScatter(object = pbmc, feature1 = "nCount_RNA", feature2 = "nFeature_RNA",,pt.size=1.5)
CombinePlots(plots = list(plot1, plot2))
dev.off()

#对数据进行标准化
pbmc <- NormalizeData(object = pbmc, normalization.method = "LogNormalize", scale.factor = 10000)
#提取那些在细胞间变异系数较大的基因
pbmc <- FindVariableFeatures(object = pbmc, selection.method = "vst", nfeatures = 1500)
#输出特征方差图
top10 <- head(x = VariableFeatures(object = pbmc), 10)
pdf(file="04.featureVar.pdf",width=10,height=6)              #保存基因特征方差图
plot1 <- VariableFeaturePlot(object = pbmc)
plot2 <- LabelPoints(plot = plot1, points = top10, repel = TRUE)
CombinePlots(plots = list(plot1, plot2))
dev.off()
#
#
#
#
#这一章的代码从这里开始
##PCA分析
pbmc=ScaleData(pbmc)                     #PCA降维之前的标准预处理步骤
pbmc=RunPCA(object= pbmc,npcs = 20,pc.genes=VariableFeatures(object = pbmc))     #PCA分析

#绘制每个PCA成分的相关基因
pdf(file="05.pcaGene.pdf",width=10,height=8)
VizDimLoadings(object = pbmc, dims = 1:4, reduction = "pca",nfeatures = 20)
dev.off()

#主成分分析图形
pdf(file="05.PCA.pdf",width=6.5,height=6)
DimPlot(object = pbmc, reduction = "pca")
dev.off()

#主成分分析热图
pdf(file="05.pcaHeatmap.pdf",width=10,height=8)
DimHeatmap(object = pbmc, dims = 1:4, cells = 500, balanced = TRUE,nfeatures = 30,ncol=2)#1：4是热图分成几个，ncol是分为几列。
dev.off()

#每个PC的p值分布和均匀分布
pbmc <- JackStraw(object = pbmc, num.replicate = 100)
pbmc <- ScoreJackStraw(object = pbmc, dims = 1:20)
pdf(file="05.pcaJackStraw.pdf",width=8,height=6)
JackStrawPlot(object = pbmc, dims = 1:20)
dev.off()

因为这次的结果很多取决于之前的数据，所以必须要把上一届的内容也要用到，我已放进代码块中，如果之前内容已经取得，不想重复获取，只需将之前代码中的PDF开头的代码行到dev.off（）代码行全部删掉，就不会将上一张的图形再绘制出来。
单细胞测序流程（四）主成分分析——PCA到这里就结束了
下一章会讲解单细胞的t-sne聚类分析和寻找marker基因
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ps：公众号刚刚建立比较简陋，但是该有的内容都不会少。