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Cytoscapeの操作

この節ではユーザーインターフェースを紹介します。まず最初にCytoscapeの基本的なユーザーインターフェースを見ていきましょう。Cytoscapeのメニュー内容をすべて紹介し、続いてプラグインにより提供される拡張機能を紹介していきます。

Cytoscapeのレイアウトとユーザーインターフェース

Cytoscapeを開始します。以下のようなウィンドウが開きます:

  • Cytoscapeデスクトップウィンドウの一番上はツールバーで、コマンドボタンがあります。それぞれのコマンドボタンの名前は、マウスポインタを上に乗せると表示されます。
  • 右上にはメインネットワークビューウィンドウがあり、ネットワークデータが表示されます。この領域は最初はブランクです。
  • 左側はコントロールパネル(ネットワーク管理)です。このリストでは名前やノードやエッジの数などの情報が得られます。
  • コントロールパネルのすぐ下にはネットワーク概要ペインがあります。
  • 右下にはデータパネルがあり、ノード、エッジやネットワークの属性データが表示されます。
ネットワーク管理とデータブラウザパネルはCytoPanelと呼ばれるタブ式のパネルにドッキングすることができます。CytoPanelの右上の隅にあるフロートウィンドウコントロールをクリックするとドッキングを解除できます。データパネルは3つのタブからなります:ノード属性ブラウザ、エッジ属性ブラウザ、ネットワーク属性ブラウザ;ネットワーク管理パネルは4つのタブからなります:ネットワーク、VizMapper、エディター、フィルター。プラグインを読み込むことにより、CytoPanelにタブを追加できます。

Cytoscapeメニュー

Cytoscapeのメニュー機能を見ていきましょう。
File
Fileメニューには基本的なファイル機能があります:
  • File → Open Cytoscapeセッションファイルを開きます
  • File → New 新しいネットワークを作成します
  • File → Save セッションファイルを保存します
  • File → Import ネットワークや属性のデータをインポートします
  • File → Export データや画像を出力します
  • File → Print 印刷します
  • File → Quit Cytoscapeのすべてのウィンドウを閉じ、プログラムを終了します
Edit
Editメニューには以下があります:
  • Undo and Redo 編集に対してundoとredoをする機能であり、属性ブラウザ、ネットワークエディタ、レイアウトに対するものです。
  • creating and destroying views (ネットワークのグラフィカルな表示) and networks のオプション
  • 現在のネットワークに対する deleting selected nodes and edges のオプション
  • 削除したすべてのノードとエッジはネットワークに戻すためには Edit → Undo を行います。
  • Edit → Preferences → Properties によりプロパティとプラグインの設定を編集できます。
View
Viewメニューには表示と非表示に関するものです:
  • ネットワーク管理パネル(Controll Panel)
  • 属性ブラウザ(Data Panel)
  • Results Panel
  • VizMapper
Select
Selectメニューには以下があります:
  • ノードとエッジ選択のオプション
  • Select → Use Filtersオプションによりネットワークの一部を自動的に選択するフィルターを作成するオプションでき、フィルターの閾値に合ったノードとエッジが選択されます(以下のフィルターの節を参照のこと)。
Layout
Layoutメニューはネットワークの並べ方に関するものです:
  • Rotate, Scale, Align and Distributeはネットワーク可視化を操作するためのツールです。
  • メニューの最後のセクションにはレイアウトアルゴリズムがたくさんリストされており、自動的に配置を行えます。
Plugins
Pluginsメニューにはプラグインを操作するオプション(install/update/delete)があり、すでにインストールされたプラグインのオプションとなります。これは Agilent Literature Search と Merge Networks プラグインとなります。
  • 読み込まれたプラグインに依存ますので、ここに示したものとあなたのプラグインは異なるかもしれません。
Help
  • Helpメニューはこのマニュアルなどを閲覧する画面を開きます。
  • “About…”オプションはCytoscapeのバージョンを表示します。

簡単なネットワークの読み込み

  • File-> Import -> Network (multiple file types)を選択します
  • ネットワークファイル読み込みダイアログが開きます
  • Data Source TypeでLocalを選択し、Selectをクリックします。
  • sampleDataフォルダを開きgalFiltered.sifを選択します。開くとそしてImportをクリックします。
以下のようになるでしょう:

SIFファイルフォーマットは簡単なものです。3つのカラムからなります:ソース、相互作用型、対象です。“ソース”と“対象”は遺伝子かタンパク質のIDでノードを示します、一方「相互作用型」はノードを結合するエッジのラベルとなります。

ネットワークの操作

ネットワークを読み込んだら、いくつかの方法を試すことができます:
  • ネットワークの左上のノードをクリックします。ノードは黄色くなります。ノードの上でマウスをクリックしながらノードをドラックすると画面上でノードが動きます。
  • 別のノードを追加で選択状態にするにはShiftキーを押しながらノードをクリックします。両方のノードが選択されます(黄色になります)。両方のノードが動かせるようになります。
  • ノードのグループを選択するには、マウスをクリックしながらネットワーク上の左上から指定したい領域をドラックします。再び、選択されたノードは画面上で動かせるようになります。
  • 選択されたノードを拡大するにはアイコンをクリックします。
  • ネットワークの周りで画面を動かすにはマウスの真ん中のボタンを押し、ネットワーク概要ペインの青いところでドラックします。
  • 最後に、拡大を元に戻すにはアイコンをクリックします。
使いやすい一方で、ネットワークが密集したところで選択するには間違いやすく難しくなります。しかし、ノードの名前や属性により検索することができます:
  • Search: ボックスは画面の上部にあり、ynr050cのように入力します。該当するノードが選択され拡大して表示されます。
Search: ボックス他の属性によってもノードを選択することができまが、まずは属性について読み込む必要があります...

ネットワーク上でのデータの可視化

Cytoscapeは多くの特徴を備えており、任意のデータを読み込み、いろいろなスタイルでデータを可視化することができます。

データの読み込み

Cytoscapeは列が区切られたテキストファイルかExcelファイルを読み込むことができます。
  • File-> Import->Attribute from Table (Text/MS Excel)を選択します。
  • Import Attribute from Tableダイアログボックスが開きます。
  • Data Sources AttributesにてNodeラジオボタンが選択されていることを確認してください。
  • Data SourcesにてSelect Fileをクリックします。
  • sampleDataフォルダからgalExpData.pvalsを選択し、Openをクリックします。
  • AdvancedセクションでShow Text File Import Optionsを選択します。
  • デフォルトではDelimiterセクションにTabが設定されていますがSpaceを選択します。
  • Attribute NamesセクションではTransfer first line attribute namesを選択します。
  • AdvancedセクションではImport Everythingを選択します。
‘Import Everything’オプションではあなたのデータをすべてCytoscapeに読み込みます。しかし現在読み込まれているネットワークに一致するレコードは読み込みません。


‘Import’をクリックすると属性名の重複についてポップアップメッセージが表示されます。6、7、8列が3、4、5列と同じ名前となっています。次のステップでは列の名前を修正することができます。Excelからやり直す必要はありません。
  • 最初の重複した名前(6列目のgal1RG)のヘッダーを右クリックし、Set Attribute Name and Typeダイアログボックスを開きます。
  • p値(有意性)を示す列と区別するため‘sig’という接尾辞を名前につけます(例、‘gal1RGsig’)
  • 7、8列目(gal4RG と gal80R)も同様にします。
  • Importをクリックします。
これでデータが読み込めたでしょう!ネットワークにデータを配置するのを確定するためData Panelを探します。
  • Data PanelにSelect Attributesボタンがあります
  • データの属性を選択します:gal1RG, gal4RG, gal80R
  • Data Panelに戻るために属性リスト以外の場所をクリックします
  • ネットワーク上でいくつかのノードを選択(Ctrl-Aですべてのノードを選択)し、データの関連をData Panelで見ます
これでネットワークのデータにアクセスでき、可視化ができます。
  • Layout -> Cytoscape Layouts -> Force-Directed Layoutを選択します
  • Control Panel内のVizMapperタブにてSample 1を選択します
これらがデフォルトの可視化の方法です。次の節ではデータの値を可視化する方法をカスタマイズします。

属性の見方

前の節で、Data Panelでいくつかの属性を選択できるようになりました。この節では、Data Panel上での属性についてより詳細を見ていきましょう。
  • 最初にConfigure searchオプションアイコンをクリックします:
  • Select Attribute:COMMONに変更します。画面は以下のようになります:

  • Applyをクリックします
  • Search:ボックスにてmcm1と入力します。これによりノード:YMR043Wを選択することになり、このノードの属性がData Panelに表示されます。
  • ここでMCM1に新しい属性を追加します。アイコンをクリックしString Attributeを選択します。
  • 属性の名前としてpdbと入力します -- これはノードの文字列属性を新たに定義し、Data Panelに追加します。
  • YMR043Wの新しいpdb属性をクリックし1mnmと入力します。これは、yeast protein mcm1のPDB IDです。データ入力後リターンキーかTABキーを押します。
  • pdb属性をドラッグしてID列の次の2列目とします
  • 最後に、いくつかのノードを選択し、Data Panelにそのノードの属性が表示されていることを確認してください
  • 列のヘッダーをクリックすることにより、列のデータをソートすることができます。再びクリックするとソート順が変わります。

VizMapperによるデータの可視化

  • File-> Openを選択します (現在のセッションを終わらせるために‘はい’をクリックします)
  • Open a Session File ダイアログが開きます
  • sampleDataフォルダのgalFiltered.cysファイルを選択し開くをクリックします。
galFiltered Style がどう図示され複数のデータとアノテーション値がどうなっているか確認してください:
  • Edge Color
  • Edge Line Style
  • Node Border
  • Node Color
  • Node Label
  • Node Size
  • Node Tooltip

ヴィジュアルスタイルの修正

可視化とネットワークの操作のカスタマイズはCytoscapeの重要な機能です。VizMapperツールで実施されます。
  • VizMapperを開始するには、Control PanelのVizMapperタブを選択するかツールバーの上のVizMapperアイコンをクリックします。
  • Visual Mapping BrowserNode Colorを見つけ、展開/折り畳みの三角形のアイコンをクリックして展開してください
  • ノード色を指定するために‘gal4RGexp’をクリックします、また‘gal80Rexp’を選択します。ネットワークの表示が変わることを確認してください。
  • gradient color mapping(訳注"Graphycal View"のこと?)をクリックし、Gradient Editorを開きます。
  • 三角形のハンドルと端点のマーカーを操作して値と色をコントロールします
  • ハンドルかマーカーをダブルクリックして色を変えます:緑から青へ、赤から黄色へ。ネットワークがすぐに変わることを確認して下さい
  • 最小値から最大値の間でハンドルをクリックとドラッグにより左右して値を変更させてください
  • 変更を保存するためにエディターを閉じます
  • Visual Mapping BrowserEdge Colorを見つけ、三角形のアイコンをクリックして展開してください
  • 値に対する色付けがdiscrete mappingとなっていることを確認して下さい。色を変えるためにはクリックして別のマッピングを選択します。
  • 変更を保存するためにエディターを閉じます

Visual Styleの作成(応用)

Current Visual Styleセクションでは、オプションボタンをクリックして新しいvisual styleを開始し、“Create new Visual Style”を選択します。
  • 入力欄にカスタムvisual styleの名前を入力して了解をクリックします
  • Unused Propertiesのリスト内のNode Colorを見つけダブルクリックで有効化します
  • Node Colorでは‘gal1RGexp’を選択し、expression fold値をマップします。Mapping Typeでは‘Continuous’を選択します。Graphical Viewを開くために階調度のところをクリックします:
    • Min/Maxボタンをクリックし、-1から1と指定します
    • 階調度ハンドル(訳注:三角形)をダブルクリックして色を設定します、例
      • -1.0 未満= 緑
      • -0.8 = 緑
      • 0.8 = 赤
      • 1.0 より上= 赤
    • Addをクリックし階調度ハンドルを(デフォルトでは最大値に)追加します。ドラッグして中央の0.0まで移動します。白のままにしておきます。
    • 階調度ダイアログを閉じます
  • 次にNode Sizeを(訳注:ダブルクリックして)有効化します。‘gal1RGsig’を選択しp値をマップに載せます。Mapping Typeには‘Continuous’を選択します。階調度をクリックしてダイアログを開きます:
    • 注意:より小さいp値(より有意な)をより大きなノードとして示します
    • Min/Maxボタンをクリックし、1.0E-8から1.0E-3と指定します。
    • 最小値のp値を示す赤い箱(左端)をダブルクリックして最大ノードサイズを決定します。70.0を指定します
    • 最大値のp値を示す赤い箱(右端)をダブルクリックして最小ノードサイズを決定します。20.0を指定します
    • 上部にあるハンドルを選択してドラックしx-位置(p値)を指定します。選択したら、値をRange Settingフィールドに入力します。ドラック(かダブルクリック)して赤枠の箱にy-位置(ノードサイズ)を入力します。xとyの値は以下のとおりです。必要があれば新しく階調度の点を追加してください:
      • Minimum: x=1.0E-8, y=70.0
      • Maximum: x=1.0E-3, y=20.0
      • x=1E-4, y=30.0
      • x=1E-5, y=40.0
      • x=1E-6, y=50.0
      • x=1E-7, y=60.0
これにより擬似的な指数関数的マッピングが可能です:

  • 階調度ダイアログを閉じあなたが作成した可視化の結果を探検していきましょう!
  • 領域を指定して をクリックすることにより拡大します
  • bird’s-eye-view panel (左下)を用いてネットワークの周りを回ります
  • VizMapperに戻りマップに載せる値を他の列に替えます:
    • Node Colorに‘gal4RG’を選択します
    • Node Sizeに‘gal4RGsig’を選択します
ネットワークの見え方に変化があることがわかるでしょう!複数のデータセットでマッピングを使い回すことができます。丁度良くなったら作成した見せ方をとっておくためにCytoscapeセッションを保存しましょう。

ネットワークの配置

ネットワークの配置とはノードとエッジの配置方法のことです。Cytoscapeとプラグインには非常に多くのネットワーク配置方法があります。そのすべてはLayoutsメニューにあります。この節ではCytoscape Layoutsカテゴリにあるレイアウトを見ていきます。これはCytoscapeチームがサポートする基本的なレイアウトとなります。Cytoscape Layoutsのすべてはネットワークの部分的なレイアウトのみをサポートしていて、ほとんどのパラメーターはレイアウトアルゴリズムに調整されています。
シンプルなレイアウト
Grid Layout
最も簡単なレイアウトはGrid Layoutであり、ノードの全てをグリッド上に配置します。
  • 読み込んだネットワークを用いて、Layout->Cytoscape Layouts->Gridを選択します。以下のようになるでしょう:

  • ここで、Edit->Undo Grid Layout Layoutを選択してネットワークが前の状態に戻ることを確認して下さい。
    • (すべてではありませんが)多くのCytoscapeの動作が元に戻ります。
  • ネットワーク内のノードのグループを選択して再びLayout->Cytoscape Layouts->Gridを選択します。
    • ここで新たな2つのオプションがあるサブメニューを確認してください:All NodesSelected Nodes Only
  • Selected Nodes Onlyを選択します。
    • 選択したノードだけが変わることを確認してください。

Circular Layout
グリッドはとても早いですが、たいていはあまり役に立ちません。別の方法を:
  • Circular Layoutはノードのすべてを環状に配置します。
    • とても高速
    • たいていはあまり情報を表現しません。
    • Partitionsネットワークに接続していないパーツを'分離'しレイアウト外に置きます。


Hierarchical Layout
  • Hierarchical Layoutはノードを木構造に置きます。
    • ネットワークが木構造の場合最適です
    • ネットワークがほぼ階層構造の場合も適しています。

Data-Driven Simple Layouts
データの種類を反映してノードの配置を考えたい時があるでしょう。簡単な方法3つをみていきましょう:
  • Degree Sorted Circle: ノードの次数(エッジの数)に基づいて環状にノードを配置します
  • Attribute Circule Layout: ある属性の値に基づいて環状にノードを配置します
  • Group Attributes Layout: 属性の値に基づいてノードをグループ化します

Degree Sorted Circle
例えば、ハブ(高次数のノードを持つ)に興味がある場合:
  • Layout->Degree Sorted Circle Layoutを選択します。
    • 最も次数の大きいノードから時計回りに次数を減少して環状に配置します。
    • ネットワークに接続しないノードは分離して配置します。


Attribute Circle Layout
  • Layout->Attribute Circle Layout->Degreeを試してください。
    • Degree sorted circle layoutにとてもよく似たレイアウトとなります。
    • 他の属性も試してみてください。


Group Attributes Layout
  • 最後にLayout->Cytoscape Layouts->Group Attributes Layout->Degreeを選択します。
    • 同じ時数のノードを1つの環にまとめグリッドに配置します。
    • 配置できないノードは分離します。


これらのレイアウトはネットワークのノードに関する属性を表現するのに役立ちますが、ネットワークの構造自身の情報をあまり表現できません。ですので、より複雑なレイアウトが求められます。
Force-Directed Layouts
force-directed法は物理シミュレーションの一種でレイアウトを行う方法であり、ノードを物体とみなし、ノードを接続するバネとしてエッジをみなすモデルに基づくものです。
  • Cytoscapeには4つのforce-directed layoutsがあります:
    • Edge-weighted Force directed (BioLayout)
    • Edge-weighted Spring Embedded
    • Spring Embedded
    • Force-Directed
ここの練習ではForce-Directed Layoutを用います。これはprefuseパッケージ(参照 [http://prefuse.org])の同名のレイアウトの一部です。

Force-Directed Layout
  • レイアウト設定ダイアログからすべてを始めます。Layout->Settings...からダイアログを開きます。
  • Layout Settingダイアログとは:
    • Select algorithm to view settingsからForce-Directed Layoutを選択します。
    • 下のような画面が開きます

  • デフォルトのパラメータでレイアウトを作成しましょう。
    • Execute Layoutをクリックします。
    • 今までのレイアウトよりもネットワークの構造をより表現していることを確かめてください。

ここで、パラメーターの動作を見ていきましょう。
  • まずはDefault Spring Length20に変えて、Execute Layoutをクリックしましょう。
    • default spring lengthは次数(エッジ数)を示し、それより大きいとなんら力を及ぼさないことを意味します。
  • どのようにレイアウトが変わるか確認してください。
    • 密度が濃い領域により密接して配置されたネットワークとなります。

  • 最後に、Default Spring Length50に戻して、Default Spring Coefficient1E-3にします。
    • spring coefficientとは次数の強さを意味します。
  • ここでExecute Layoutをクリックします。
    • ネットワークがすこし小さくなります。spring lengthをデフォルトの50に戻したにも関わらずです。


Force-Directed Layoutは、それぞれのエッジの長さに、エッジの重みを反映させて示したいような場合にもよいレイアウトとなります。
  • メニューのThe edge attribute that contains the weightsから、エッジの重みを反映させたい属性を選択します。
  • 見た目の美しいレイアウトとするためにはspring coefficientとspring lengthをよく調整することが必要です。

このページへのコメント

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