代谢网络图四部曲（三）--如何快速掌握Cytoscape

建国70周年国庆阅兵中，整齐划一高颜值的方队，短时间内就获得了大家一致的转发和称赞，各位老师是否也想要在文章中放入规整又高颜值的网络图，获得读者的转发和称赞呢，敬请收看本期推送：代谢网络图四部曲（三）--如何快速掌握Cytoscape。将从Cytoscape简介及安装、软件操作界面解读等内容为大家进行介绍，希望通过软件操作的解读，大家再次拾起激情满满的科研心。

Cytoscape是一款专注为复杂网络可视化提供解决方案的开源软件。导入网络图数据后，通过简单的点选操作，调整布局以及节点、边的属性，就可以绘制出精美优质的网络图。此外，其社区中的Apps商店为生物信息、社会网络分析和语义网络等问题提供了丰富且强大的插件帮助其完善可视化程度。

访问https://cytoscape.org/download.html

（1）Windows平台点击下图红色箭头处可开始下载

（2）Max OS、Linux等系统点击下图绿色箭头处可开始下载。

若之前已安装Cytoscape软件，且软件版本不低于3.5，可以跳过此环节。若之前已安装Cytoscape软件，且软件版本在3.5之前则建议重新安装最新版本Cytoscape。

安装Cytoscape前需安装Java，目前版本的Cytoscape需要安装Java 8（其他版本的Java不可以，Java 9也不可以）。最新版本Cytoscape安装时可以自动安装前置的Java 8（如上图蓝色下划线所示）。若手动安装Java 8，可访问https://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/jdk8-downloads-2133151.html，在下图中中选择指定版本即可，注意红色箭头指示出需要选择接受协议，否则无法下载软件。若是自己安装Java，建议安装64位版本，这样可以在安全不死机的情况下绘制更大的网络图。

如下图所示，Cytoscape主要可分6个主要的功能区：菜单栏；工具栏；控制面板；网络主视图窗口；常用功能快速按钮；数据表格面板。

4.1 菜单栏

1.4.1 File菜单

文件(File)菜单包含打开、保存、关闭网络图文件、导入导出网络数据、输出图片等操作。

注：如果您看了一些早期版本的Cytoscape教程，教程中可能会要求您将数据文件整理成txt格式再导入，其实现在版本的Cytoscape已经可以支持csv、xls、xlsx等数据格式，不必进行文件格式转换。虽然支持csv格式导入，但还是推荐各位使用txt或xlsx格式进行导入，因为小编亲测csv文件可能由于编码等问题导致部分信息导入不全/导入错误。

1.4.2  编辑（Edit）菜单

编辑窗口中有复制、剪切、粘贴、撤销、撤回撤销等操作。此外还有创建/销毁视图（View，网络主视图窗口中显示的图像，是网络图数据的可视化展示，摧毁后可以重新创建，相当于初始化）、销毁网络会清除数据表格面板中的数据和视图。

去除重复边、去除自连接边可以对数据去重、可以去除节点自己连接自己的情况（上期内容有讲到在R中去除自连接边的方法）。

1.4.3  视图（View）菜单

视图窗口可以展示/隐藏各个面板，还可控制窗口的缩放等显示行为。若误关了窗口，可以在此还原。

1.4.4  选择(Select)菜单

可以控制鼠标选择的范围（只能选择边/节点/注释，还是都能选）；可以从已选中节点/边出发，快速选中相邻的节点/边；可以控制视图展示的范围，展示/隐藏选中的节点/边

1.4.5  布局（Layout）菜单

布局主要指的是节点之间的位置关系（节点坐标、排布规律和模式）以及节点间边的路径（边的起止、点边的弧度）。布局效果是影响网络图可视化效果的关键环节，好的布局可以突出重要节点、方便我们发现和展示规律，如在探究医院疾病传播原因的研究中，对不同人群与其他人的近距离接触频次（距离<1.5m）构建网络图，我们可以发现护士和其他所有人群都有较强的接触，因此应当是控制院内疾病传播的关注重点。

布局菜单中为我们提供了多种布局模式和调节选项。

如下图A，Layout的前三个命令是用来手动调节局部外观，Bundle Edges命令可以选择调节的作用域（调节适用于所有节点和边还是仅仅是选中的节点/边），选择后弹出窗口的第一个选项可以控制边操控点（如下图B）的数量，如设定为3后，可以看到选中的边出现了3个正方形方块，按住鼠标左键选中C图中方块进行拖拽，可以将边的路径进行修改；Clear All Edge Bends命令可以清除所有对边的手动拖拽调整；Node Layout Tools命令是一个可勾选命令，若勾选状态，可在主界面左下角观察到一个新增的面板，内含对节点外观、对齐行为、视图大小及视图角度的调节按钮。

Layout菜单的后续命令（下图中红色文字标注1-22对应的命令）对应不同的布局算法：其中小编常用的有：5、6、7。

命令5是利用节点的某种属性将节点按照顺序输出，最终所有节点呈环形排列，选择“none”就会按照数据在表中的出现顺序排列。如上面提到的研究中，假设节点数据中有一列属性“group”是反映人员的类别分组（医生、病人还是护士等），那么采用命令5对应的算法，以“group”这列为依据输出圆形，就可以得到前面例子中的网络图了。该算法的优点是可以按照某种预先计划好的规则/顺序（如前面的人员职业、代谢物的Class、肠道菌群的门等等）组织图形的排列，有助于展示不同类别节点之间的差异。

命令6是利用电荷斥力模型进行布局的算法，在边的连接关系确定的情况下，所有节点带有相同的电荷，这些节点由于电荷作用会相互排斥，若固定任意节点，在稳定状态下，可以算出其余每个节点的位置，这样就完成了布局。若属性选择“none”时，所有节点带有相同的电荷，选择其余属性时，属性的值会作为节点的电荷量影响节点对其他节点的排斥力。该算法的优点是节点之间的边不会交错、重叠，且网络结构相对对称、自然。

命令7与命令5类似，不过是利用度（上篇推送中有介绍，节点与其他节点的连接性）进行排序后将节点按度数由高至低顺序输出，所有节点呈环形排列。该算法的优点是度高的节点集中在下面，可以更好地突出强调重要节点。

此外，命令1会将节点按照矩阵依次排列；命令2会将节点按照层级进行排列；命令4会将节点排列为一列；命令20会将节点排列成“树”的形式。其余Layout算法多是上述算法的变体，在此不一一介绍。

值得注意的是，在进行布局时，许多算法右侧有一个箭头“>”，点击后可以选择作用算法范围：若选择“All Nodes”，改变对全部节点有效，若选择“Selected Nodes Only”，改变仅对之前鼠标选中的节点有效。这个技巧可以帮我们制作更加复杂的网络图，如在绘制含有三羧酸循环（TCA）代谢通路的网络时（如下图），可以先对整体布局进行设定，然后选择TCA循环中的代谢物，然后再布局菜单中对这些选定的代谢物进行环形布局。

1.4.6  应用（Apps）菜单

Apps菜单内的App Manager可以查看、下载各种应用程序，这些应用程序会增加某些菜单中的选项和功能，为网络图的可视化提供强有力的帮助。

注：在以前的Cytoscape版本和教程中，应用程序被称为插件（Plugins）。

1.4.7  帮助（Helps）菜单

帮助菜单可以查看官方教程、引用方式、联系工作人员、汇报bug、检查更新、查看版本等操作。

4.2  工具栏

工具栏包含多数常用功能的图标（这些功能同样可以在菜单栏中找到），将鼠标指针在对应图标上悬停约2s，即可观察到关于该按钮功能的描述（如下图A所示）。工具栏中的14个图标（如下图B所示）对应着常用的14个命令他们都可以在菜单中找到对应命令，其中4是导入边文件、5是导入节点文件，11是同时选中当前节点和当前节点的相邻节点（可多次点击）。12是隐藏选中节点，13是显示所有节点。

4.3 控制面板

控制面板主要有5个模块（如下图红色数字1-5所示），我们主要使用“Style”模块；模块3选择展示数据可在R/Excel中完成；模块4、5主要作用为设定、修改图例，可以在AI等软件中进行事后编辑。

Style模块可以控制网络图的风格，包括主题配色、节点形状、边的形式等多种细节。选中Style模块后，点击蓝色箭头所示小三角，可以为网络图设定不同的主题，快速改变网络图的外观。下方红色箭头所示为Style模块下属三个子页，点击后分别对应节点、边和网络图的调整。

下图中红色文字标注了针对节点的各种调节选项：其中轮廓对应节点外层的一圈描边轮廓线；文本标签为跟随节点位置显示的文字标识，默认为node文件中的name列内容，也可以进行自定义更改；当锁定长宽比处的框进行勾选时，可以调节Size改变节点尺寸，当锁定长宽比处的框取消勾选时，需要使用节点高度、节点宽度两个选项分别控制节点的大小。

1.4.8  利用控制面板style模块调整网络图

可以看到每个属性中都有3个正方形的方块，这三个方块分别对应属性的默认值、由数据进行的Mapping和手动赋值（如下图所示）。三种设定的实现顺序为：

（1）首先将所有节点、边的属性设定为默认值。

  （2） 将准备好的数据Mapping到节点、边的属性中。

（3）最后，可以进行手动赋值微调网络，可以选择多个批次的节点/边，给它们用不同的属性分别赋值，最后将手动赋值的更改应用到网络图中。