散布圖線上製作(散布圖產生器)
用成對的 x、y 資料產生散布圖,適用於論文、碩博士論文和實驗報告;最適直線、r、R² 和 p 值都是算出來的,不是猜的。也能畫分組資料、1:1 線、雙對數座標和殘差圖。
散布圖風格
五種期刊預設,各搭配一項不同的研究:MYC 與 CCND1 表現量及 Spearman ρ,BCA 蛋白質定量的檢量線,三種基因型神經元的 ROS,HbA1c 對空腹血糖並附 95% 信賴帶,以及考試成績和它的殘差。
散布圖範例
四個散布圖範例,都是依卡片上的提示詞和成對資料實際產生的:14 種樹木的葉片含氮量與光合作用能力,附最適直線和 p 值;阿德利企鵝與巴布亞企鵝的喙長與喙深,每個物種一條迴歸線;血糖機讀值對照實驗室分析儀,附 1:1 線;以及雙對數座標下哺乳類代謝率的冪律關係。點選卡片,就會把提示詞和資料載入上方輸入框。
什麼是散布圖?
散布圖呈現兩個數值變數如何一起變動:每筆觀測是一個點,橫座標是它的 x 值,縱座標是它的 y 值。 慣例上把反應變數放在 y 軸,把可能影響它的變數放在 x 軸。從點群可以看出關係的方向、緊密程度、是直線還是曲線,以及哪些觀測和其他點離得特別遠。以最小平方法擬合的直線(最適直線,也就是迴歸直線)概括線性趨勢,Pearson 相關係數 r 和決定係數 R² 則用數字說明點貼近這條線的程度。散布圖只能呈現相關,無法說明哪個變數造成另一個。
關於本工具
- 成對資料寫在括號裡,對照組:(1, 2.1), (2, 3.9)…,或者給兩串等長的數字。也可以用試算表:最多三個 .csv、.tsv 或 .xlsx 檔,x 放一欄,每個系列的 y 放在下一欄。
- 擬合直線、Pearson r、R²、雙尾 p 值和 Spearman ρ 都由程式依你的成對資料計算,連同每個點的座標一起交給影像模型;模型只負責擺放。
- 最多四個分組,各有自己的標記形狀、擬合直線和 r。想把所有組合併成一條擬合線,就寫「所有組一條線」。
- 超過 300 組資料時,圖上隨機畫出其中 300 組並加以說明;統計量和直線仍然來自全部資料。
- 各種選項直接用文字寫:1:1 線、雙對數座標、殘差圖、95% 信賴帶、迴歸方程式、座標軸從零開始、點標籤。
可以做哪些散布圖
論文、碩博士論文和實驗報告裡常見的七種散布圖,各自在點群之外多了什麼,以及要讓本工具畫出來該怎麼寫。
附最適直線的散布圖
最適直線就是 y 對 x 的最小平方迴歸直線:在所有直線中,它到各點鉛直距離的平方和最小。 這裡預設會畫這條線,依算出的兩個端點橫跨整個繪圖區,r、R² 和 n 標在最空的一角。試算表軟體把它稱為趨勢線。加上「顯示方程式」會得到 y = bx + a,加上「附 95% 信賴帶」會得到在 x 平均數處最窄的陰影帶。
散布圖的相關性:r、R² 和 p
r 說明點貼近一條直線的程度和方向;R² 是 y 的變異中能由這條直線解釋的比例。 要求「p 值」時,角落會加上檢定 r = 0 的 t 檢定雙尾 p 值,自由度為 n − 2。關係單調上升但不是直線,或是某個極端點左右了結果時,可以要求 Spearman 等級相關。寫「不要迴歸線」則只保留統計量、不畫直線。
分組散布圖
兩到四組共用座標軸,每組有自己的標記形狀(圓形、三角形、方形、菱形)和顏色、自己的擬合直線,圖例裡標出各自的 r。 每組資料前先寫組名:阿德利企鵝:(35.3, 16.2)… 巴布亞企鵝:(43, 14.1)…。合併之前先分組看:兩群點各自往下傾斜,合起來擬合的一條線卻可能往上。
附 1:1 線的方法比較散布圖
兩種測量方法互相作圖,兩條軸用同一個範圍,虛線等值線 y = x 正好是正方形繪圖區的對角線。 落在這條線上的點完全一致;旁邊的迴歸直線能顯示固定偏差(截距)或比例偏差(斜率偏離 1)。r 高只代表兩種方法對樣本的排序相同,不代表結果一致,所以臨床檢驗通常把這張圖和差值的 Bland–Altman 圖一起呈現。
雙對數散布圖
兩條軸都以 10 的次方為刻度,冪函數 y = a·xᵇ 就變成一條直線,斜率就是指數 b。 擬合是在 log₁₀ x 和 log₁₀ y 上進行,異速生長關係就是這樣估計的:哺乳類代謝率對體重的斜率接近經典的四分之三。所有數值都必須大於零,否則座標軸維持線性並在圖上說明。也可以只取半對數:「y 軸取對數」。
殘差圖
每個點的殘差(觀測 y 減去擬合直線上的 y)對 x 或對擬合值作圖,圍繞一條位於零的虛線。 點散成沒有形狀的一條帶,表示直線模型夠用;呈曲線,表示關係不是線性的;呈漏斗狀,表示分散程度隨 x 增加。寫「殘差圖」只畫殘差,寫「下方附殘差」則上面是散布圖、下面是同一 x 刻度的殘差子圖。
檢量線(標準曲線)
吸光值、訊號或峰面積對標準品的已知濃度作圖,以直線擬合,再用它的方程式把未知樣品的讀值換算成濃度。 要求顯示方程式和 R² 時,角落會標出取四位有效數字的 y = bx + a,R² 取到小數第二位,若兩位會進位成 1 就取三位。空白應該當作濃度為零的一個點保留,而不是強迫直線通過原點。
如何製作散布圖
提供成對資料
以 (x, y) 寫在括號裡,每組一行;或寫成兩串等長並附名稱的數字,身高(cm):160, 172, 181。體重(kg):55, 68, 80。也可以附加試算表:第一個數值欄為 x,下一欄為 y。
說明圖上要畫什麼
替兩條軸命名並附單位,再加上需要的內容:p 值、方程式、Spearman ρ、1:1 線、雙對數座標、信賴帶或殘差子圖。什麼都不寫時,會得到資料點、最適直線以及 r、R² 和 n。
選擇期刊風格並產生
選 Nature、Science、Cell Press、臨床灰階或深色簡報,然後產生。空心或實心標記、線條顏色依期刊而定;座標、直線端點和標出的統計量始終是程式算出的那些。
最適直線、r 和 R² 的公式
最小平方法選出斜率 b 和截距 a,讓各點到直線的鉛直距離平方和最小;r 用的是同一個交叉乘積和,再除以兩個變數的分散程度。 令 Sxx = Σ(x − x̄)²、Syy = Σ(y − ȳ)²、Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ),下面就是本工具計算時用的公式,右邊對 r 的檢定給出 p 值。
b = Sxy ÷ Sxx a = ȳ − b·x̄ r = Sxy ÷ √(Sxx·Syy) R² = r² t = r·√((n − 2) ÷ (1 − r²)), df = n − 2
文字說明
斜率是 x 每增加一個單位時 y 的平均變化量。直線一定通過平均數點 (x̄, ȳ)。r 從 −1(所有點都在一條下降的直線上)經過 0(沒有直線趨勢)到 +1(所有點都在一條上升的直線上),平方後得到 R²,也就是 y 的變異中能由直線解釋的比例。t 統計量檢定的是:在完全不相關的資料中,有沒有可能出現離零這麼遠的 r;n 越大 p 越小,所以樣本很大時,弱相關也可能顯著。
這條直線是 y 對 x 的迴歸。除非 r 為 ±1,x 對 y 的迴歸會得到另一條直線,所以要把你想預測的變數放在 y 軸。座標軸取對數時,所有公式都套用在 log₁₀ 值上。
從散布圖判讀相關性
點群的樣子、通常對應的 r,以及報告前要檢查什麼。這些分界只是粗略參考,不是規定。
| 點的分布 | 常見的 r | 報告前要檢查 |
|---|---|---|
| 幾乎落在一條上升或下降的直線上 | 接近 +1 或 −1 | 這種一致是真的,還是人為造成的,例如把一個變數對包含它的總和作圖 |
| 形成明顯傾斜的橢圓 | 約 ±0.5 到 ±0.8 | p 值和 n,以及殘差圖有沒有彎曲 |
| 稍有趨勢但很分散 | 約 ±0.1 到 ±0.3 | 是不是大樣本讓很小的效果變得顯著 |
| 呈圓形或沒有形狀的點群 | 接近 0 | x 的範圍是否窄到看不出趨勢 |
| 沿著曲線、拱形或 U 形分布 | 關係很強時也可能接近 0 | 改用對數軸、Spearman ρ 或曲線模型,而不是直線 |
| 一群點之外有一個離得很遠的點 | 被這一個點拉向 ±1 或拉向 0 | 去掉和保留這個點時的 r,以及依等級計算的 Spearman ρ |
同一個 r 可能來自完全不同的散布圖。 Anscombe 的四組資料有相同的平均數、變異數、r 和擬合直線,但一組是直線趨勢,一組是曲線,一組是帶一個離群值的直線,還有一組是垂直堆疊的點加上一個遠處的點。所以要附上圖,而不是只給係數。
散布圖和折線圖的差別
散布圖呈現沒有先後順序的成對資料,以及貫穿其中的趨勢;折線圖依 x 的順序(通常是時間或劑量)把點連起來,呈現變化。 選哪一種,看把相鄰的點連起來有沒有意義。
| 散布圖 | 折線圖 | |
|---|---|---|
| 每個點是 | 一位受試者、一個樣本或一筆觀測 | 某個 x 位置上的一個值(常為平均數) |
| 點要連起來嗎 | 從不,資料列的順序沒有意義 | 要,依 x 的順序 |
| 同一個 x 有多個 y 值 | 很正常,垂直疊在一起 | 通常彙整成平均數加誤差線 |
| 線代表 | 貫穿整個點群的擬合趨勢 | 從一個 x 值到下一個 x 值的路徑 |
| 典型的圖 | 40 個腫瘤中基因 A 對基因 B 的表現量 | 處理組和對照組小鼠 21 天內的腫瘤體積 |
同一批受試者隨時間的測量,請用折線圖製作工具。要同時呈現許多變數兩兩之間的相關,用熱圖產生器畫相關矩陣,比一格格的散布圖更合適。
散布圖常見問題
散布圖要怎麼畫?
反應變數放 y 軸,解釋變數放 x 軸,每筆觀測依它的一對數值畫一個點。 座標軸範圍比資料稍寬一點,兩條軸都標上單位;只有當你要報告的就是直線趨勢時,才加上擬合直線。在這裡輸入成對資料或附加試算表,座標軸、直線和統計量都會在畫圖前算好。
散布圖的 x 軸要放哪個變數?
x 軸放解釋變數(自變數),y 軸放反應變數(應變數)。 劑量、時間、濃度或體型通常放橫軸,你測到的反應放縱軸。兩者沒有因果關係時,例如兩個基因的表現量,就把拿來做預測的那個放在 x 軸,因為最小平方直線是用 x 預測 y。
散布圖上的 r 和 R² 差在哪裡?
r 是相關係數,介於 −1 到 +1,帶有方向;R² 是 r 的平方,介於 0 到 1,代表 y 的變異中由直線解釋的比例。 r = −0.7 和 r = +0.7 都得到 R² = 0.49。描述相關性時報告 r,說明迴歸直線配適得好不好時報告 R²;許多領域的期刊要求 r 同時附上 p 和 n。
Excel 的趨勢線就是最適直線嗎?
以直線來說是的:兩者都是 y 對 x 的普通最小平方迴歸。 試算表軟體稱它為線性趨勢線,統計課本稱它為最小平方直線或迴歸直線,高中數學則叫最適直線。本工具一律擬合這條線,座標軸取對數時在對數值上擬合,你要求時也會寫出方程式。
r 旁邊的 p 值是什麼意思?
它是在真正的相關係數為零時,得到至少離零這麼遠的相關係數的機率,來自自由度 n − 2 的 t 檢定。 p 小表示這個趨勢不太可能是偶然,但完全沒有說明趨勢有多強。有 500 個點時,r = 0.1 就能得到 p ≈ 0.025,所以在 p 旁邊要同時報告 r 和 n。
什麼時候該用 Spearman ρ 而不是 Pearson r?
關係單調上升或下降但不是直線、資料是等級或評分,或是某個離群值左右了 r 時,用 Spearman。 Spearman ρ 就是對 x 和 y 的等級計算的 Pearson r,所以它衡量的是任何單調趨勢,一個極端值也只算是最高的那個等級。寫上「Spearman」,兩個係數都會標出來。
散布圖的座標軸要從零開始嗎?
不用:和長條圖不同,散布圖的座標軸應該涵蓋資料範圍,而不是原點。 硬要從零開始會把點群擠到角落,把趨勢藏起來。只有零對這張圖有意義時才包含它,例如檢量線的空白,或你想讓讀者看到的截距;寫「座標軸從零開始」即可。
散布圖、Excel 的 XY 散佈圖和點圖有什麼不同?
XY 圖泛指畫在兩條數值軸上的圖;散布圖是其中點與點不相連的那一種,Excel 稱它為「XY 散佈圖」。 點圖又是另一回事:只有一條數值軸,每筆觀測是一個點,依類別或數值沿著軸堆疊,所以它呈現的是分布,而不是兩個變數之間的關係。
許多變數之間的相關要怎麼呈現?
六個以上的變數至少有 15 對,論文裡放不下那麼多張散布圖,所以常見的做法是把相關矩陣畫成熱圖。 用熱圖產生器製作,再在這裡替論文關注的一兩對變數畫散布圖,讀者需要看到這幾對的實際點位。
散布圖的圖說要怎麼寫?
說明每個點是什麼、直線是什麼、檢定了哪個統計量,並註明 n。 例如:「每個點代表一個樹種(n = 14)。直線為最小平方迴歸線;Pearson r = 0.93,雙尾 p < 0.001。」寫出各組名稱、說明是否用了對數刻度,如果畫出的點是更大樣本的子集也要交代。
AI 會更動我的數字嗎?
不會:每個點的座標、座標軸刻度、擬合直線的兩個端點,以及標出的 r、R²、p 和 n,都由程式計算後告訴影像模型,模型只負責擺放。 模型被要求不得移動、增加或刪除任何點,也不得重新擬合直線。超過 300 組資料時,畫出的點是隨機抽出的 300 組,所有統計量仍使用全部資料。
資料來源
- 1.3.3.26. Scatter Plot — NIST/SEMATECH e-Handbook of Statistical Methods
- 12.4 Testing the Significance of the Correlation Coefficient — OpenStax, Introductory Statistics 2e