MATLAB｜科研繪圖｜山脊圖

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今天介紹一下山脊圖，喜歡此推文的小伙伴們記得點贊+關注+分享！【尊重作者勞動成果，轉載請注明推文鏈接和公眾號名】上周去逛了一下商店看見一個筆架

這突然讓我想起，這個不就像科研繪圖的山脊圖嘛，于是我打算用 MATLAB 復刻一個。


效果圖



山脊圖介紹山脊圖（Ridge Plot），也被稱為Joy Plot，是一種用于可視化數(shù)據(jù)分布的圖表，特別是用于顯示多個組的分布情況。在這種圖表中，每個組的數(shù)據(jù)分布都通過平滑的密度曲線來表示，這些曲線沿著垂直軸堆疊，形成類似山脊的視覺效果。山脊圖是核密度估計（KDE）的一個應用，它提供了比傳統(tǒng)的條形圖或直方圖更平滑的數(shù)據(jù)分布視圖。
用途：山脊圖主要用于展示和比較不同組或類別內(nèi)數(shù)據(jù)的分布情況。它特別適合于以下情境：
比較多個分布：當需要展示和比較多組數(shù)據(jù)的分布形狀時，山脊圖能夠直觀地展示出分布之間的差異。
展現(xiàn)趨勢變化：在時間序列數(shù)據(jù)中，山脊圖可以用來展示數(shù)據(jù)隨時間的變化趨勢。
優(yōu)化空間利用：通過堆疊的方式，山脊圖能在有限的空間內(nèi)展示大量的分布信息。
缺點：
可讀性：對于不熟悉這種圖表的觀眾來說，山脊圖可能難以理解和解讀。
疊加問題：當曲線重疊較多時，可能會導致圖表的某些部分難以區(qū)分。
數(shù)據(jù)量限制：對于數(shù)據(jù)量非常大的數(shù)據(jù)集，山脊圖可能不那么有效，因為過多的曲線會使圖表變得雜亂。
應用場景：
時間序列分析：在金融、經(jīng)濟、氣象等領域，用于展示某個變量隨時間的變化趨勢。
社會科學：比如在選舉數(shù)據(jù)分析中，展示不同候選人或黨派在不同地區(qū)或人群中的支持率分布。
生物醫(yī)學：用于展示不同實驗組或治療方法下的生物統(tǒng)計數(shù)據(jù)分布。
繪圖教程線條山脊圖

data = randn(100,12)+[ 20 22 24 26 28 31 30 28 26 24 22 20];lgLable= {'January', 'February', 'March', 'April', 'May', 'June','July', 'August', 'September', 'October', 'November', 'December'};colors=makeColorMap([0,0,0;1,1,1],12);figure('Position',[476 246 511 620])p=0.15;yTick=(1:size(data, 2))*p;for i = 1:size(data, 2)    [f, x] = ksdensity(data(:, i));    f=f+i*p;    pHandle=plot(x, f, 'LineWidth', 1.5,'color',colors(i,:));    hold on;    yline(yTick(i),'-.','LineWidth',1,'Color',pHandle.Color,'HandleVisibility','off')endgrid off;box off;legend(lgLable,'box','on','Color',[1,1,1]*0.95,'EdgeColor','none');set(gca, 'YTick',yTick , 'YTickLabel',lgLable,'LineWidth', 1.5, 'XMinorTick', 'on', 'TickDir', 'out', ...    'fontname','Times new Roman','color',[1,1,1]*0.9);xlabel('XXXX-Value');ylabel('YYYY-Value');title('Ridge Plot');hold off;

填充山脊圖

data = randn(100,12)+[ 20 22 24 26 28 31 30 28 26 24 22 20];lgLable= {'January', 'February', 'March', 'April', 'May', 'June','July', 'August', 'September', 'October', 'November', 'December'};% colors=makeColorMap(winter,size(data, 2));colors=makeColorMap(jet,size(data, 2));figure('Position',[476 246 511 620])p =0.2;hold on;for i = size(data, 2):-1:1    [f, x] = ksdensity(data(:, i));    fShifted = f + i * p;    pHandle = plot(x, fShifted,'color',colors(i,:),'LineWidth', 1.5,'HandleVisibility', 'off');    yline(i * p, '-.', 'LineWidth', 1, 'Color', colors(i,:),'HandleVisibility', 'off')    Xfill = [x, fliplr(x)];    Yfill = [fShifted, ones(1, length(x)) * i * p];    fill(Xfill, Yfill, pHandle.Color, 'EdgeColor', 'none', 'FaceAlpha', 0.3);endyTick = (1:size(data, 2)) * p;set(gca, 'YTick', yTick, ...    'YTickLabel', lgLable, ...    'LineWidth', 1.5, 'XMinorTick', 'on', 'TickDir', 'out', ...    'fontname','Times new Roman');xlabel('XXXX-Value');ylabel('YYYY-Value');title('Ridge Plot');ax = gca;hold off;?

3D填充山脊圖

data = randn(100,12)+[ 20 22 24 26 28 31 30 28 26 24 22 20];lgLabel= {'January', 'February', 'March', 'April', 'May', 'June','July', 'August', 'September', 'October', 'November', 'December'};p = 0.2;xTick=(1:size(data, 2))*p;figure('Position',[476 246 511 620])hold on;colors=makeColorMap(hsv,size(data, 2));legendHandles = zeros(size(data, 2), 1);for i = 1:size(data, 2)    [f, y] = ksdensity(data(:, i));    xShifted = i * p;    plot3(xShifted * ones(size(f)), y, f, 'LineWidth', 1.5, 'Color', colors(i,:), 'HandleVisibility', 'off');    Yfill = [y, fliplr(y)];    Xfill = [xShifted * ones(1, length(y)), xShifted * ones(1, length(y))];    Zfill = [f, zeros(size(f))];    legendHandles(i)  = fill3(Xfill, Yfill, Zfill, colors(i,:), 'EdgeColor', 'none', 'FaceAlpha', 0.3); endgrid off;box on;legend(lgLabel,'box','on','Color',[1,1,1]*0.95,'EdgeColor','none','FontName','Times New Roman','location','best');set(gca, 'XTick',xTick, 'XTickLabel',lgLabel,'FontName','Times New Roman','linewidth',1)xlabel('XXXX-Value');ylabel('YYYY-Value');zlabel('ZZZ-Value');title('Ridge Plot');view([-83.4000   71.6830])hold off;

不同核山脊圖、添加邊際散點密度

data = randn(100,3)+[ 20  24 28];colors=makeColorMap(jet,size(data, 2));figure('Position',[476 246 511 620])p=0;hold on;yTick=(1:size(data, 2))*p;lineLength = 0.02; % 豎線的長度for i = size(data, 2):-1:1    [f, x] = ksdensity(data(:, i));    fShifted = f + i * p;    pHandle = plot(x, fShifted, 'color', colors(i,:), 'LineWidth', 1.5, 'HandleVisibility', 'off');    yline(i * p, '-.', 'LineWidth', 1, 'Color', colors(i,:), 'HandleVisibility', 'off');    Xfill = [x, fliplr(x)];    Yfill = [fShifted, ones(1, length(x)) * i * p];    fill(Xfill, Yfill, pHandle.Color, 'EdgeColor', 'none', 'FaceAlpha', 0.3);    for j = 1:length(data(:, i))        line([data(j, i), data(j, i)], [i * p, i * p + lineLength], 'Color', pHandle.Color, 'LineWidth', 1);    endendgrid off;box off;ax=gca;set(ax,'LineWidth', 1.5, 'XMinorTick', 'on', 'TickDir', 'out', ...    'fontname','Times new Roman','color',[1,1,1]*0.9);ax.YLim=[0,1];ax.XLim=[15,32];xlabel('XXXX-Value');ylabel('YYYY-Value');title('Ridge Plot');hold off;

橫坐標方向、全局漸變的散點圖

data = randn(100,12)+[ 20 22 24 26 28 31 30 28 26 24 22 20];lgLabel={'January', 'February', 'March', 'April', 'May', 'June',    'July', 'August', 'September', 'October', 'November', 'December'};p = 0.2;numColors = 256;% 創(chuàng)建一個從紫色到紅色再到黃色的顏色映射colorMap =makeColorMap([0.1490    0.0353    0.5608;0.7305    0.2500    0.4922;0.9569    0.9490    0.1765],numColors);% 計算全局的x軸范圍xMin = min(data, [], 'all');xMax = max(data, [], 'all');figure('Position',[476 246 511 620])hold on;for i = size(data, 2):-1:1    [f(i,:), x] = ksdensity(data(:, i), 'Kernel', 'triangle');    fShifted = f(i,:) + i * p; % 偏移每個分布    plot(x, fShifted, 'LineWidth', 1.5, 'color', 'k', 'HandleVisibility', 'off');    yline(i * p, '-.', 'LineWidth', 1, 'HandleVisibility', 'off');    for j = 1:length(x)-1        Xfill = [x(j), x(j+1), x(j+1), x(j)];        Yfill = [i * p, i * p, fShifted(j+1), fShifted(j)];        % 計算當前點的顏色比例        colorRatio = (x(j) - xMin) / (xMax - xMin);        colorIdx = min(numColors, max(1, round(colorRatio * (numColors - 1)) + 1));        fill(Xfill, Yfill, colorMap(colorIdx, :), 'EdgeColor', 'none', 'FaceAlpha', 0.9);    endend% 設置軸標簽和標題yTick = (1:size(data, 2)) * p;set(gca, 'YTick', yTick, ...    'YTickLabel', lgLabel, ...    'LineWidth', 1.5, 'XMinorTick', 'on', 'TickDir', 'out', ...    'fontname','Times new Roman');xlabel('XXXX-Value');ylabel('YYYY-Value');title('Ridge Plot');% 設置顏色條colormap(colorMap);cBar = colorbar;cBar.TickDirection = 'out';cBar.LineWidth = 1;cBar.TickLength = 0.02;cBar.FontName = 'Times new Roman';caxis([xMin,xMax]);hold off;

橫坐標方向、單核漸變圖

data = randn(100,12) + [20 22 24 26 28 31 30 28 26 24 22 20];lgLabel = {'January', 'February', 'March', 'April', 'May', 'June', 'July', 'August', 'September', 'October', 'November', 'December'};numColors = 256; % 顏色數(shù)量colors = jet(numColors); % 使用jet顏色映射figure('Position',[476 246 511 620])p = 0.2;hold on;for i = size(data, 2):-1:1    [f, x] = ksdensity(data(:, i));    fShifted = f + i * p;    plot(x, fShifted, 'LineWidth', 1.5, 'HandleVisibility', 'off');    yline(i * p, '-.', 'LineWidth', 1, 'HandleVisibility', 'off');    colorGradient = linspace(1, numColors, length(x));    for j = 1:length(x)-1        Xfill = [x(j), x(j+1), x(j+1), x(j)];        Yfill = [i * p, i * p, fShifted(j+1), fShifted(j)];        fill(Xfill, Yfill, colors(round(colorGradient(j)), :), 'EdgeColor', 'none', 'FaceAlpha', 0.7);    endendyTick = (1:size(data, 2)) * p;set(gca, 'YTick', yTick, 'YTickLabel', lgLabel, ...    'LineWidth', 1.5, 'XMinorTick', 'on', 'TickDir', 'out', ...    'fontname', 'Times new Roman');xlabel('XXXX-Value');ylabel('YYYY-Value');title('Ridge Plot');colormap(colors);cBar = colorbar;cBar.TickDirection = 'out';cBar.LineWidth = 1;cBar.TickLength = 0.02;cBar.FontName = 'Times new Roman';hold off;

每個山脊圖設置不同顏色，且添加邊際散點圖

data = randn(100,12)+[ 20 22 24 26 28 31 30 28 26 24 22 20];lgLable = {'January', 'February', 'March', 'April', 'May', 'June', 'July', 'August', 'September', 'October', 'November', 'December'};figure('Position', [476 246 511 620])p = 0.3;lineLength = 0.04; % 豎線的長度colors=makeColorMap(hsv,size(data, 2));hold on;for i = size(data, 2):-1:1    [f, x] = ksdensity(data(:, i));    fShifted = f + i * p;    pHandle = plot(x, fShifted, 'color', colors(i,:), 'LineWidth', 1.5, 'HandleVisibility', 'off');    yline(i * p, '-.', 'LineWidth', 1, 'Color', colors(i,:), 'HandleVisibility', 'off');    Xfill = [x, fliplr(x)];    Yfill = [fShifted, ones(1, length(x)) * i * p];    fill(Xfill, Yfill, pHandle.Color, 'EdgeColor', 'none', 'FaceAlpha', 0.3);    for j = 1:length(data(:, i))        line([data(j, i), data(j, i)], [i * p, i * p + lineLength], 'Color', 'k', 'LineWidth', 1);    endendyTick = (1:size(data, 2)) * p;set(gca, 'YTick', yTick, ...    'YTickLabel', lgLable, ...    'LineWidth', 1.5, 'XMinorTick', 'on', 'TickDir', 'out', ...    'fontname', 'Times new Roman');xlabel('XXXX-Value');ylabel('YYYY-Value');title('Ridge Plot');

每個山脊圖設置不同顏色單核橫向顏色漸變

data = randn(100,12)+[ 20 22 24 26 28 31 30 28 26 24 22 20];lgLabel = {'January', 'February', 'March', 'April', 'May', 'June', ...    'July', 'August', 'September', 'October', 'November', 'December'};p = 0.2;numColors = 256;% 創(chuàng)建12個不同的顏色映射，每個月一個colorMaps = cell(1, 12);colorList={parula,turbo,hsv,hot,cool,spring,summer,autumn,winter,gray,bone,copper,pink,jet,lines,colorcube,prism,flag};for i = 1:12    colorMaps{i} = makeColorMap(colorList{i}, numColors);end% 計算全局的x軸范圍xMin = min(data, [], 'all');xMax = max(data, [], 'all');figure('Position', [476 246 511 620])hold on;for i = size(data, 2):-1:1    [f(i,:), x] = ksdensity(data(:, i), 'Kernel', 'triangle');    fShifted = f(i,:) + i * p; % 偏移每個分布    plot(x, fShifted, 'LineWidth', 1.5, 'color', 'k', 'HandleVisibility', 'off');    yline(i * p, '-.', 'LineWidth', 1, 'HandleVisibility', 'off');    currentColorMap = colorMaps{i};    for j = 1:length(x)-1        Xfill = [x(j), x(j+1), x(j+1), x(j)];        Yfill = [i * p, i * p, fShifted(j+1), fShifted(j)];        colorRatio = (x(j) - xMin) / (xMax - xMin);        colorIdx = min(numColors, max(1, round(colorRatio * (numColors - 1)) + 1));        fill(Xfill, Yfill, currentColorMap(colorIdx, :), 'EdgeColor', 'none', 'FaceAlpha', 0.9);    endendyTick = (1:size(data, 2)) * p;set(gca, 'YTick', yTick, ...    'YTickLabel', lgLabel, ...    'LineWidth', 1.5, 'XMinorTick', 'on', 'TickDir', 'out', ...    'fontname', 'Times new Roman');xlabel('XXXX-Value');ylabel('YYYY-Value');title('Ridge Plot');hold off;

山脊圖的 Y值映射顏色變化

data = randn(100,12) + [20 22 24 26 28 31 30 28 26 24 22 20];lgLabel = {'January', 'February', 'March', 'April', 'May', 'June', 'July', 'August', 'September', 'October', 'November', 'December'};numColors = 100; % 顏色數(shù)量colors =makeColorMap(jet, numColors);figure('Position',[476 246 511 620])p = 0.2;hold on;for i = size(data, 2):-1:1    [f, x] = ksdensity(data(:, i));    fShifted = f + i * p;    plot(x, fShifted, 'LineWidth', 1.5, 'HandleVisibility', 'off');    yline(i * p, '-.', 'LineWidth', 1, 'HandleVisibility', 'off');    % 計算整個分布的最小和最大縱坐標    minY = min(fShifted);    maxY = max(fShifted);    for j = 1:length(x)-1        Xfill = [x(j), x(j+1), x(j+1), x(j)];        Yfill = [i * p, i * p, fShifted(j+1), fShifted(j)];        avgY = mean(Yfill(3:4));         colorIdx = round(((avgY - minY) / (maxY - minY)) * (numColors - 1)) + 1;        fill(Xfill, Yfill, colors(colorIdx, :), 'EdgeColor', 'none', 'FaceAlpha', 0.6);    endendyTick = (1:size(data, 2)) * p;set(gca, 'YTick', yTick, 'YTickLabel', lgLabel, ...    'LineWidth', 1.5, 'XMinorTick', 'on', 'TickDir', 'out', ...    'fontname', 'Times new Roman');xlabel('XXXX-Value');ylabel('YYYY-Value');title('Ridge Plot');colormap(colors);cBar = colorbar;cBar.TickDirection = 'out';cBar.LineWidth = 1;cBar.TickLength = 0.02;cBar.FontName = 'Times new Roman';hold off;


四分位點

data = randn(100,12) + [20 22 24 26 28 31 30 28 26 24 22 20];lgLabel = {'January', 'February', 'March', 'April', 'May', 'June', 'July', 'August', 'September', 'October', 'November', 'December'};colors = makeColorMap(jet, size(data, 2));figure('Position', [476 246 511 620])p = 0.2;hold on;for i = size(data, 2):-1:1    [f, x] = ksdensity(data(:, i));    fShifted = f + i * p;    pHandle = plot(x, fShifted, 'color', colors(i,:), 'LineWidth', 1.5, 'HandleVisibility', 'off');    yline(i * p, '-.', 'LineWidth', 1, 'Color', colors(i,:), 'HandleVisibility', 'off')    Xfill = [x, fliplr(x)];    Yfill = [fShifted, ones(1, length(x)) * i * p];    fill(Xfill, Yfill, pHandle.Color, 'EdgeColor', 'none', 'FaceAlpha', 0.3);    % 計算并標記四分位點    quartiles = quantile(data(:, i), [0.25 0.50 0.75]);    for q = quartiles        [~, idx] = min(abs(x-q));        plot(q, fShifted(idx), 'o', 'MarkerFaceColor', pHandle.Color, 'MarkerEdgeColor', 'k');    endendyTick = (1:size(data, 2)) * p;set(gca, 'YTick', yTick, ...    'YTickLabel', lgLabel, ...    'LineWidth', 1.5, 'XMinorTick', 'on', 'TickDir', 'out', ...    'fontname', 'Times new Roman');xlabel('XXXX-Value');ylabel('YYYY-Value');title('Ridge Plot');hold off;

data = randn(100,12) + [20 22 24 26 28 31 30 28 26 24 22 20];lgLabel = {'January', 'February', 'March', 'April', 'May', 'June', 'July', 'August', 'September', 'October', 'November', 'December'};colors = makeColorMap(jet, size(data, 2));figure('Position', [476 246 511 620])p = 0.2;hold on;for i = size(data, 2):-1:1    [f, x] = ksdensity(data(:, i));    fShifted = f + i * p;    pHandle = plot(x, fShifted, 'color', colors(i,:), 'LineWidth', 1.5, 'HandleVisibility', 'off');    yline(i * p, '-.', 'LineWidth', 1, 'Color', colors(i,:), 'HandleVisibility', 'off');    Xfill = [x, fliplr(x)];    Yfill = [fShifted, ones(1, length(x)) * i * p];    fill(Xfill, Yfill, pHandle.Color, 'EdgeColor', 'none', 'FaceAlpha', 0.3);    % 計算并標記四分位點，并繪制豎線    quartiles = quantile(data(:, i), [0.25 0.50 0.75]);    for q = quartiles        [~, idx] = min(abs(x-q));        plot(q, fShifted(idx), 'o', 'MarkerFaceColor', pHandle.Color, 'MarkerEdgeColor', 'k');        line([q q], [fShifted(idx) i * p], 'Color', pHandle.Color, 'LineStyle', '-.','LineWidth', 1);    endendyTick = (1:size(data, 2)) * p;set(gca, 'YTick', yTick, ...    'YTickLabel', lgLabel, ...    'LineWidth', 1.5, 'XMinorTick', 'on', 'TickDir', 'out', ...    'fontname', 'Times new Roman');xlabel('XXXX-Value');ylabel('YYYY-Value');title('Ridge Plot');hold off;

其中makeColorMap函數(shù)代碼之前「一張圖搞定繪圖配色問題」有詳細介紹。
- -THE END- -

源碼下載：gitee下載：https://gitee.com/iDMatlab/ridgePlot

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參考資料：
【1】https://it.sohu.com/a/704677145_121123706


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