13 Iterationen im Tidyverse
Zum Abschluss der Einführung in das Tidyverse setzen wir uns erneut mit Iterationen auseinander, die wir zuvor schon in Kapitel 4.2 kennengelernt haben.
Zunächst eine kurze Wiederholung: um Code mehrfach auszuführen, können wir for
-Loops schreiben:
Um z. B. die Zahlen von 1 bis 5 in die Konsole zu schreiben, iterieren wir über einen Vektor, der eben diese Zahlen enthält:
## [1] 1
## [1] 2
## [1] 3
## [1] 4
## [1] 5
Das ist flexibel einsetzbar, hat aber den einen Nachteil, dass wir häufig über jedes Element eines Objekts iterieren möchten, wir dies aber explizit im Code angeben müssen. Nehmen wir beispielsweise den Beispiel-Datensatz mtcars
, der lediglich numerische Variablen enthält:
## mpg cyl disp hp drat wt qsec vs am gear carb
## Mazda RX4 21.0 6 160.0 110 3.90 2.620 16.46 0 1 4 4
## Mazda RX4 Wag 21.0 6 160.0 110 3.90 2.875 17.02 0 1 4 4
## Datsun 710 22.8 4 108.0 93 3.85 2.320 18.61 1 1 4 1
## Hornet 4 Drive 21.4 6 258.0 110 3.08 3.215 19.44 1 0 3 1
## Hornet Sportabout 18.7 8 360.0 175 3.15 3.440 17.02 0 0 3 2
## Valiant 18.1 6 225.0 105 2.76 3.460 20.22 1 0 3 1
## Duster 360 14.3 8 360.0 245 3.21 3.570 15.84 0 0 3 4
## Merc 240D 24.4 4 146.7 62 3.69 3.190 20.00 1 0 4 2
## Merc 230 22.8 4 140.8 95 3.92 3.150 22.90 1 0 4 2
## Merc 280 19.2 6 167.6 123 3.92 3.440 18.30 1 0 4 4
## Merc 280C 17.8 6 167.6 123 3.92 3.440 18.90 1 0 4 4
## Merc 450SE 16.4 8 275.8 180 3.07 4.070 17.40 0 0 3 3
## Merc 450SL 17.3 8 275.8 180 3.07 3.730 17.60 0 0 3 3
## Merc 450SLC 15.2 8 275.8 180 3.07 3.780 18.00 0 0 3 3
## Cadillac Fleetwood 10.4 8 472.0 205 2.93 5.250 17.98 0 0 3 4
## Lincoln Continental 10.4 8 460.0 215 3.00 5.424 17.82 0 0 3 4
## Chrysler Imperial 14.7 8 440.0 230 3.23 5.345 17.42 0 0 3 4
## Fiat 128 32.4 4 78.7 66 4.08 2.200 19.47 1 1 4 1
## Honda Civic 30.4 4 75.7 52 4.93 1.615 18.52 1 1 4 2
## Toyota Corolla 33.9 4 71.1 65 4.22 1.835 19.90 1 1 4 1
## Toyota Corona 21.5 4 120.1 97 3.70 2.465 20.01 1 0 3 1
## Dodge Challenger 15.5 8 318.0 150 2.76 3.520 16.87 0 0 3 2
## AMC Javelin 15.2 8 304.0 150 3.15 3.435 17.30 0 0 3 2
## Camaro Z28 13.3 8 350.0 245 3.73 3.840 15.41 0 0 3 4
## Pontiac Firebird 19.2 8 400.0 175 3.08 3.845 17.05 0 0 3 2
## Fiat X1-9 27.3 4 79.0 66 4.08 1.935 18.90 1 1 4 1
## Porsche 914-2 26.0 4 120.3 91 4.43 2.140 16.70 0 1 5 2
## Lotus Europa 30.4 4 95.1 113 3.77 1.513 16.90 1 1 5 2
## Ford Pantera L 15.8 8 351.0 264 4.22 3.170 14.50 0 1 5 4
## Ferrari Dino 19.7 6 145.0 175 3.62 2.770 15.50 0 1 5 6
## Maserati Bora 15.0 8 301.0 335 3.54 3.570 14.60 0 1 5 8
## Volvo 142E 21.4 4 121.0 109 4.11 2.780 18.60 1 1 4 2
Möchten wir nun den Mittelwert jeder Variablen berechnen, müssen wir in einem for
-Loop explizit definieren, dass wir über jede Spalte des Vektors iterieren möchten. Eine Möglichkeit wäre die Funktion seq_along()
zu nutzen, die einen Vektor mit den Spaltenindizes eines Datensatzes erstellt:
mittelwerte <- c()
for (i in seq_along(mtcars)) {
mittelwerte <- c(mittelwerte, mean(mtcars[[i]]))
}
mittelwerte
## [1] 20.090625 6.187500 230.721875 146.687500 3.596563 3.217250 17.848750 0.437500 0.406250 3.687500 2.812500
Hier kommen im Tidyverse die sogenannten map_
-Funktionen ins Spiel. Diese wenden einen Funktion automatisch auf alle Elemente eines Objekts an – bei einem Vektor auf Elemente dieses Vektors, bei einem Dataframe bzw. Tibble auf alle Spalten. Zudem wird mit dem Funktionsaufruf bereits das Ausgabe-Format definiert:
map()
: Erzeugt eine Listemap_dbl()
: Erzeugt einen numerischen (double
) Vektormap_chr()
: Erzeugt einencharacter
-Vektormap_lgl()
: Erzeugt einenlogical
-Vektormap_dfr()
: Erzeugt einen Datensatz zeilenweisemap_dfc()
: Erzeugt einen Datensatz spaltenweise
Beim Aufruf werden immer zunächst das Objekt, über das iteriert werden soll, und dann die zu verwendende Funktion (ohne Klammern) genannt. Um etwa die Mittelwerte aller Variablen im Datensatz mtcars
zu berechnen und in einem numerischen Vektor zu speichern, können wir den obigen for
-Loop-Code abkürzen:
## mpg cyl disp hp drat wt qsec vs am gear carb
## 20.090625 6.187500 230.721875 146.687500 3.596563 3.217250 17.848750 0.437500 0.406250 3.687500 2.812500
Wenn wir als Ausgabeformat einen Datensatz haben wollen, rufen wir einfach die zugehörige map_
-Funktion auf:
## # A tibble: 1 x 11
## mpg cyl disp hp drat wt qsec vs am gear carb
## <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl>
## 1 20.1 6.19 231. 147. 3.60 3.22 17.8 0.438 0.406 3.69 2.81
Weitere Funktionsargumente können nach dem zweiten Argument übergeben werden:
## # A tibble: 1 x 11
## mpg cyl disp hp drat wt qsec vs am gear carb
## <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl>
## 1 20.1 6.19 231. 147. 3.60 3.22 17.8 0.438 0.406 3.69 2.81
Und da immer zunächst das Objekt, über das iteriert werden soll, genannt wird, können wir map_
-Funktionen auch einfach in Pipes integrieren:
## # A tibble: 1 x 4
## Sepal.Length Sepal.Width Petal.Length Petal.Width
## <dbl> <dbl> <dbl> <dbl>
## 1 5.84 3.06 3.76 1.20
In den kommenden Kapiteln werden wir hierfür einige Anwendungsbeispiele kennenlernen.