Linux学习 - awk使用

Linux学习系列文章是生信宝典最开始主推的一块,力图从一个新额视角帮助初学者快速入门Linux系统,熟悉Linux下的文件和目录文件操作文件内容操作。而且教程摒弃了完美操作,列举出常见错误和解决方式管道、标准输入输出解惑Linux下多种信息输出方式。

文件排序和FASTA文件操作中简述了awksed的使用,作为一个引子。本篇则详细列举关于awk常用的操作和一些偏门的操作。

awk基本参数解释

awk擅长于对文件按行操作,每次读取一行,然后进行相应的操作。

awk读取单个文件时的基本语法格式是awk 'BEGIN{OFS=FS="\t"}{print $0, $1;}' filename

读取多个文件时的语法是awk 'BEGIN{OFS=FS="\t"}ARGIND==1{print $0, $1;}ARGIND==2{}' file1 file2

awk后面的命令部分是用引号括起来的,可以单引号,可以双引号,但注意不能与内部命令中用到的引号相同,否则会导致最相邻的引号视为一组,引发解释错误。

OFS: 文件输出时的列分隔符 (output field separtor)

FS: 文件输入时的列分隔符 (field separtor)

BEGIN: 设置初始参数,初始化变量

END: 读完文件后做最终的处理

其它{}:循环读取文件的每一行

$0表示一行内容;$1, $2, … $NF表示第一列,第二列到最后一列。

NF (number of fields)文件多少列;NR (number of rows) 文件读了多少行: FNR 当前文件读了多少行,常用于多文件操作时。

a[$1]=1: 索引操作,类似于python中的字典,在ID map统计中有很多应用。

常见操作

  • 针对特定列的计算,比如wig文件的标准化
ct@ehbio:~/sxbd$ cat ehbio.wig
variableStep chrom=chr2
300701	12.5
300702	12.5
300703	12.5
300704	12.5
300705	12.5
ct@ehbio:~/sxbd$ awk 'BEGIN{OFS=FS="\t"}{$2=$2*10^6/(2.5*10^6); print $0}' wig 
tep chrom=chr2	0
300701	4.4
300702	4.8
300703	4
300704	4.8
300705	4.8
  • 计算某列内容出现的次数。
ct@ehbio:~/sxbd$ cat count 
ID	Type
Pou5f1	Pluripotency
Nanog	Pluripotency
Sox2	Neuron
Tet1	Epigenetic
Tet3	Epigenetic
Myc	Oncogene
ct@ehbio:~/sxbd$ awk 'BEGIN{OFS=FS="\t"}{if(FNR>1) a[$2]+=1;}END{print "Type\tCount"; for(i in a) print i,a[i];}' count
Type	Count
Neuron	1
Epigenetic	2
Oncogene	1
Pluripotency	2

# 这个也可以用下面方式代替,但不直接
ct@ehbio:~/sxbd$ tail -n +2 count | cut -f 2 | sort | uniq -c | sed -e 's/^  *//' -e 's/  */\t/' 
2	Epigenetic
1	Neuron
1	Oncogene
2	Pluripotency
  • 之前也提到过的列操作,从GTF文件中提取启动子区域
sed 's/"/\t/g' GRCh38.gtf | awk 'BEGIN{OFS=FS="\t"}{if($3=="gene") {ensn=$10; symbol=$16; if($7=="+") {start=$4-1; up=start-1000; if(up<0) up=0; dw=start+500; print $1,up, dw, ensn, symbol, $7;} else if($7=="-") {start=$5-1; up=start+1000; dw=start-500; if(dw<0) dw=0; print $1,dw,up,ensn,symbol,$7}}}' | sort -k1,1 -k2,2n >GRCh38.promoter.bed
  • 数据矩阵的格式化输出
ct@ehbio:~/sxbd$ cat numertic.matrix 
ID	A	B	C
a	1.002	1.234	1.999
b	2.333	4.232	0.889
ct@ehbio:~/sxbd$ awk '{if(FNR==1) print $0; else {printf "%s%s",$1,FS; for (i=2; i<=NF; i++) printf "%.1f %s", $i, (i==NF?RS:FS)}}' numertic.matrix 
ID	A	B	C
a 1.0  1.2  2.0 
b 2.3  4.2  0.9 
  • 判断FASTQ文件中,输出质量值的长度是与序列长度不一致的序列ID
zcat Test_2.fq.gz | awk '{if(FNR%4==1) ID=$0; else if(FNR%4==2) seq_len=length($0); else if(FNR%4==0) {quality_len=length($0); if(seq_len!=quality_len) print ID; }}' 
  • 筛选差异基因
ct@ehbio:~/sxbd$ cat de_gene
ID	log2fc	padj
A	1	0.001
B	-1	0.001
C	1	0.001
D	2	0.0001
E	-0.51	0.051
F	0.1	0.1
G	1	0.1

ct@ehbio:~/sxbd$ awk '$3<0.05 || NR==1' de_gene 
ID	log2fc	padj
A	1	0.001
B	-1	0.001
C	1	0.001
D	2	0.0001

ct@ehbio:~/sxbd$ awk 'BEGIN{OFS=FS="\t"}{if(FNR==1) print $0; else {abs_log2fc=($2<0?$2*(-1):$2);if(abs_log2fc>=1 && $3<0.05) print $0;}}' de_gene 
ID	log2fc	padj
A	1	0.001
B	-1	0.001
C	1	0.001
D	2	0.0001
  • 筛选差异基因存储到不同的文件
ct@ehbio:~/sxbd$ awk 'BEGIN{OFS=FS="\t"; up="up"; dw="dw";}{if(FNR==1) {print $0 >up; print $0 >dw;} else if ($3<0.05) {if ($2>=1) print $0 >up; else if($2<=-1) print $0 >dw;}}' de_gene 
ct@ehbio:~/sxbd$ head up dw
==> up <==
ID	log2fc	padj
A	1	0.001
C	1	0.001
D	2	0.0001

==> dw <==
ID	log2fc	padj
B	-1	0.001
  • ID map,常用于转换序列的ID、提取信息、合并信息等
ct@ehbio:~/sxbd$ cat id_map 
ENSM	Symbol	Entrez
ENSG00000280516	TMEM42	693149
ENSG00000281886	TGM4	7047
ENSG00000280873	DGKD	8527
ENSG00000281244	ADAMTS13	11093
ENSG00000280701	RP11-272D20.2	
ENSG00000280674	ZDHHC3	51304
ENSG00000281623	Y_RNA	
ENSG00000280479	CACFD1	11094
ENSG00000281165	SLC2A6	11182
ENSG00000281879	ABO	28
ENSG00000282873	BCL7A	605
ENSG00000280651	AC156455.1	100506691
ct@ehbio:~/sxbd$ vim ensm
ct@ehbio:~/sxbd$ cat ensm 
ENSG00000281244
ENSG00000281165
ENSG00000282873
ct@ehbio:~/sxbd$ awk 'BEGIN{OFS=FS="\t"}ARGIND==1{if(FNR>1) ensm2entrez[$1]=$3;}ARGIND==2{print ensm2entrez[$1];}' id_map ensm
11093
11182
605

# 替代解决方案,注意 -w的使用,避免部分匹配。最稳妥的方式还是使用awk。

ct@ehbio:~/sxbd$ grep -w -f ensm id_map | cut -f 3
11093
11182
605
  • 转换大小写, toupper, tolower
ct@ehbio:~/sxbd$ cat symbol 
Tgm4
Dgkd
Abo

ct@ehbio:~/sxbd$ awk 'BEGIN{OFS=FS="\t"}ARGIND==1{if(FNR>1) ensm2entrez[$2]=$3;}ARGIND==2{print ensm2entrez[toupper($1)];}' id_map symbol 
7047
8527
28
  • awk数值操作
# log2对数
awk 'BEGIN{OFS="\t";FS="\t"}{print log($0)/log(2)}' file

# 取整,四舍五入
awk 'BEGIN{OFS="\t";FS="\t"}{print int($1+0.5);}' file
  • awk定义函数
awk 'function abs(x){return ((x < 0.0) ? -x : x)}BEGIN{OFS="\t";FS="\t"}{pos[1]=$1;pos[2]=$2;pos[3]=$3;pos[4]=$4; len=asort(pos);for(i=len;i>1;i--) print abs(pos[i]-pos[i-1]);}' file
  • 字符串匹配
ct@ehbio:~/sxbd$ cat ens.bed
1	100	105
2	100	105
3	100	105
Mt	100	105
X	100	105
ct@ehbio:~/sxbd$ awk 'BEGIN{OFS=FS="\t"}{if($1~/^[0-9XY]/) $1="chr"$1; else if($1~/M.*/) gsub(/M.*/, "chrM", $1); print $0}' ens.bed 
chr1	100	105
chr2	100	105
chr3	100	105
chrM	100	105
chrX	100	105
  • 字符串分割
ct@ehbio:~/sxbd$ cat trinity_id
Trinity_C1_g1_i1
Trinity_C1_g1_i2
Trinity_C1_g1_i3
Trinity_C2_g1_i1
Trinity_C3_g1_i1
Trinity_C3_g3_i2
ct@ehbio:~/sxbd$ awk 'BEGIN{OFS=FS="\t"}{count=split($1, geneL, "_"); gene=geneL[1]; for(i=2;i<count;i++) gene=gene"_"geneL[i]; print gene,$1;}' trinity_id 
Trinity_C1_g1	Trinity_C1_g1_i1
Trinity_C1_g1	Trinity_C1_g1_i2
Trinity_C1_g1	Trinity_C1_g1_i3
Trinity_C2_g1	Trinity_C2_g1_i1
Trinity_C3_g1	Trinity_C3_g1_i1
Trinity_C3_g3	Trinity_C3_g3_i2
  • awk脚本
cat <<END >grade.awk
f ( avg >= 90 ) grade="A";
else if ( avg >= 80) grade ="B";
else if (avg >= 70) grade ="C";
else grade="D";
END

awk -f grade.awk grade
  • awk给每行增加行号,使其变为唯一
awk 'BEGIN{OFS="\t";FS="\t"}NR!=1{$4=$4"_"NR;print $0}' file

糅合操作

  • awk中执行系统命令 (注意引号的使用)
# 系统命令组成字符串,交给system函数运行
awk 'BEGIN{OFS=FS="\t"}{system("mv "$1".fq "$2".fq");}' input_mat
  • awk 引用系统变量
ct@ehbio:~/sxbd$ echo 1 | awk -v ehbio="shengxinbaodian" -v ehbio2="SXBD" '{print ehbio, ehbio2;}'
shengxinbaodian SXBD

学会了基本命令,生信分析中还有一大块是使用已经安装好的工具,针对软件安装中遇到的问题,推出了系列文章:环境变量和可执行属性彻底释义环境变量的概念;列举出Linux下软件安装的各种方法,并针对DockerConda分别发文介绍。

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积微,月不胜日,时不胜月,岁不胜时。凡人好敖慢小事,大事至,然后兴之务之。如是,则常不胜夫敦比于小事者矣!何也?小事之至也数,其悬日也博,其为积也大。大事之至也希,其悬日也浅,其为积也小。故善日者王,善时者霸,补漏者危,大荒者亡!故,王者敬日,霸者敬时,仅存之国危而后戚之。亡国至亡而后知亡,至死而后知死,亡国之祸败,不可胜悔也。霸者之善著也,可以时托也。王者之功名,不可胜日志也。财物货宝以大为重,政教功名者反是,能积微者速成。诗曰:德如毛,民鲜能克举之。此之谓也。

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