【科研绘图复刻】经典边际密度散点回归图

前言

最近在做某类生态现象的环境驱动因子，恰好被这篇论文的图片吸引。图片虽然看着复杂，仔细分析拆解，其实也就是平常的那些主要的图杂糅在一起，现特将复刻的代码放出来，供有需要的人参考。

复刻图片如下：

图片来源

Fredston, A.L., Cheung, W.W.L., Frölicher, T.L. et al. Marine heatwaves are not a dominant driver of change in demersal fishes. Nature 621, 324--329 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06449-y

原图信息：

• x：MHW cumulative intensity（海洋热浪累积强度，℃・days）
• a 图 y：Biomass log ratio；b 图 y：Absolute biomass log ratio
• 线性回归 R²≈0.00/0.01，P 不显著，拟合线几乎水平
• 密度图：红色（MHW），蓝色 （无 MHW）

首先来讲讲这个图叫什么名字，有什么用。

边际密度散点回归图将（散点 + 线性拟合 + 置信带 + 边缘 KDE 密度）本质上把「关系」和「分布」压缩进一张画布。

核心优势------信息密度高且不牺牲细节：一张图里同时承载个体观测、整体趋势、估计不确定性和分布形态，特别适合用来论证「某个环境因子并非主要驱动因素」这类需要同时展示「趋势」和「分布」的结论。

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复刻思路

图中主要要素

1. 主坐标轴：散点 + 线性拟合直线 + 灰色 95% 置信区间填充 + 重点样本箭头标注（text + 箭头）
2. 右侧窄坐标轴：y 方向的 KDE 核密度曲线，分两组（红色 = 发生 MHW，蓝色 = 无 MHW）

复刻所需数据

1.事件总量

2.有MHW次数

3.无MHW次数

4.每次事件的MHW累积强度

5.每次事件的生物量（取对数）

6.事件标记，1=有MHW，0=无MHW

|--------|---------|--------|
| 事件标记 | MHW累积强度 | 生物量 |
| 1 | 25 | 0.2 |
| 0 | 0 | |
| ...... | ...... | ...... |
| 1 | 30 | 0.3 |

复刻方法

首先生成相关数据。

n_total = 369;
n_mhw = 139;    %有MHW
n_no = 230;     %无MHW
x = rand(n_total,1)*80;    %MHW累积强度
y = randn(n_total,1)*0.4;  %biomass log ratio
mhw_flag = [ones(n_mhw,1);zeros(n_no,1)]; %1=有MHW，0=无MHW

设置画布。

fig = figure('Position',[100,100,1200,600],'Color','w');
ax_main = axes('Position',[0.06,0.12,0.75,0.82]);
ax_kde  = axes('Position',[0.82,0.12,0.12,0.82]);
hold(ax_main,'on');
hold(ax_kde,'on');

左侧主图 先画散点图。

scatter(ax_main, x, y, 22, 'k','filled','MarkerFaceAlpha',0.8);

然后是拟合。

tbl = table(x,y,'VariableNames',{'x','y'});
mdl = fitlm(tbl,'y~x');
x_fit = linspace(min(x),max(x),200)';
[y_pred,ci] = predict(mdl,table(x_fit,'VariableNames',{'x'}));

接着是置信区间。

patch(ax_main,[x_fit;flipud(x_fit)],[ci(:,1);flipud(ci(:,2))],...
    [0.7 0.7 0.7],'FaceAlpha',0.4,'EdgeColor','none');

再加上一条拟合中线，即黑色直线，表示变化趋势。

plot(ax_main, x_fit, y_pred, 'k-','LineWidth',1.4);

最后再放一个零点虚线，左侧主图完成！

yline(ax_main,0,'k--','LineWidth',0.8);

右侧KDE密度图，需要调用函数 ksdensity计算。

y_mhw = y(mhw_flag==1);
y_no  = y(mhw_flag==0);
[f_mhw,yi_mhw] = ksdensity(y_mhw);
[f_no,yi_no]   = ksdensity(y_no);

然后就是填充曲线，填充之前做了一点缩放。

% 缩放密度宽度
scale_kde = 12;
% 红色：MHW
fill(ax_kde, f_mhw*scale_kde, yi_mhw, [0.75,0.2,0.3],'linestyle','none','FaceAlpha',0.6,'Marker','none');
plot(ax_kde, f_mhw*scale_kde, yi_mhw, 'r-','LineWidth',1.2);
% 蓝色：无MHW
fill(ax_kde, f_no*scale_kde, yi_no, [0.2,0.4,0.75],'linestyle','none','FaceAlpha',0.4,'Marker','none');
plot(ax_kde, f_no*scale_kde, yi_no, 'b-','LineWidth',1.2);

最后美化坐标轴。

xlabel(ax_main,'MHW cumulative intensity (°C-days)');
ylabel(ax_main,'Biomass log ratio');
box(ax_main,'on');
xlim(ax_main,[0,80]);
set(ax_main,'linewidth',1.5,'fontsize',14,'fontname','Times New Roman');
xlim(ax_kde,[0,max([f_mhw,f_no])*scale_kde]);
ylim(ax_kde, ylim(ax_main));
set(ax_kde,'XColor','none','YColor','none','YTickLabel','');

---

复刻结果

Tada，搞定！

完整版代码

clear; clc; close all;
rng(42); %固定随机种子

% ==========  模拟数据   ==========
n_total = 369;
n_mhw = 139;    %有MHW
n_no = 230;     %无MHW
x = rand(n_total,1)*80;    %MHW累积强度
y = randn(n_total,1)*0.4;  %biomass log ratio
mhw_flag = [ones(n_mhw,1);zeros(n_no,1)]; %1=有MHW，0=无MHW

%% ==========  作图  ==========
fig = figure('Position',[100,100,1200,600],'Color','w');
ax_main = axes('Position',[0.06,0.12,0.75,0.82]);
ax_kde  = axes('Position',[0.82,0.12,0.12,0.82]);

hold(ax_main,'on');
hold(ax_kde,'on');

% ----  左侧主图 ----
scatter(ax_main, x, y, 22, 'k','filled','MarkerFaceAlpha',0.8);
% ----  线性拟合 + 95%置信区间 ----
tbl = table(x,y,'VariableNames',{'x','y'});
mdl = fitlm(tbl,'y~x');
x_fit = linspace(min(x),max(x),200)';
[y_pred,ci] = predict(mdl,table(x_fit,'VariableNames',{'x'}));
% 置信区间
patch(ax_main,[x_fit;flipud(x_fit)],[ci(:,1);flipud(ci(:,2))],...
    [0.7 0.7 0.7],'FaceAlpha',0.4,'EdgeColor','none');
% 拟合中线
plot(ax_main, x_fit, y_pred, 'k-','LineWidth',1.4);
% y=0虚线
yline(ax_main,0,'k--','LineWidth',0.8);

% ----  右侧KDE密度图 ----
y_mhw = y(mhw_flag==1);
y_no  = y(mhw_flag==0);
[f_mhw,yi_mhw] = ksdensity(y_mhw);
[f_no,yi_no]   = ksdensity(y_no);
% 缩放密度宽度
scale_kde = 12;
% 红色：MHW
fill(ax_kde, f_mhw*scale_kde, yi_mhw, [0.75,0.2,0.3],'linestyle','none','FaceAlpha',0.6,'Marker','none');
plot(ax_kde, f_mhw*scale_kde, yi_mhw, 'r-','LineWidth',1.2);
% 蓝色：无MHW
fill(ax_kde, f_no*scale_kde, yi_no, [0.2,0.4,0.75],'linestyle','none','FaceAlpha',0.4,'Marker','none');
plot(ax_kde, f_no*scale_kde, yi_no, 'b-','LineWidth',1.2);
hold on

% ---- 坐标轴设置 ----
xlabel(ax_main,'MHW cumulative intensity (°C-days)');
ylabel(ax_main,'Biomass log ratio');
box(ax_main,'on');
xlim(ax_main,[0,80]);
set(ax_main,'linewidth',1.5,'fontsize',14,'fontname','Times New Roman');
xlim(ax_kde,[0,max([f_mhw,f_no])*scale_kde]);
ylim(ax_kde, ylim(ax_main));
set(ax_kde,'XColor','none','YColor','none','YTickLabel','');