笔记 3 R语言编程

3.1 R语言概述

R语言是S语言的一种方言
1976年S是John Chambers等在贝尔实验室作为Fortran的扩展库开发出来的
1988年用C语言重写 S3方法白皮书
1993年StatSci从贝尔实验室获得S语言的独家开发售卖许可
1998年S4方法绿皮书之后S语言稳定获得Association for Computing Machinery’s Software System Award
2004年Insightful（原StatSci）从Lucent收购了S语言
2006年Alcatel收购了Lucent成立Alcatel-Lucent
2008年TIBCO收购Insightful 之前Insightful开发并售卖S-PLUS
1991年Ross Ihaka与Robert GentlemanNew在Zealand开发了R
1993年发布R第一份许可
1995年R作为自由软件发放GUN许可
1996年R邮件列表创立
1997年R Core成立控制R源码
2000年R version 1.0.0 放出
2013年R version 3.0.2 放出
R由CRAN掌控的base包与其他包组成
其余参考R主页

3.2 获得帮助

help()
?command
# 提问给出以下信息
version
str(.Platform)

3.3 数据类型及基本运算

所有数据都是对象所有对象都有类型
基本类型包括：字符“” 数字整数L 复数(Re实部 Im虚部) 逻辑
向量储存同一类型数据
list存储不同类型数据 [[*]]引用相应向量 unlist 可用做紧凑输出
对象可以有属性attributes
对象赋值符号为 <- 赋值同时展示加括号或直接输入对象名可累加赋值 a <- b <- c
#表示注释不执行
: 用来产生整数序列也可以用seq生成
向量用c产生
空向量用vector()函数建立
向量中类型不同的对象元素会被强制转换为同一类型字符优先级最高其次数字其次逻辑(0 or 1) 也可以用来串联字符
可使用as.*来强制转化数据类型
对象可以用names命名
变量名开头不能是数字和. 大小写敏感下划线不要出现在名字里分割用. 变量名中不能有空格
保留字符

FALSE Inf NA NaN NULL TRUE break else for function if in next repeat while

清空rm(list = ls())
矩阵
带有dimension属性的向量为矩阵矩阵的生成次序为upper-left
matrix(1:6,nrow=2,ncol=3)表示建一个2行3列矩阵从1到6 先列后行赋值可用 byrow = T 来更改
可用c给dim赋值行和列数这样可把一个向量转为一个矩阵 m<-1:6;dim(m)<-c(2,3)
矩阵可以用rbind或cbind生成
t对矩阵转置
因子变量表示分类数据用标签名区分用level来命名排序默认是字母排序有些函数对顺序敏感可用 levels = c() 来命名 ( 例如低中高的排序 ) 数字表示 drop = T 表示显示截取数据的水平 nlevels给出个数
NaN表未定义或缺失值 NA表示无意义转换或缺失值 NaN可以是NA反之不可以 NA有数据类型 is.NaN与is.NA 可用来检验
数据框
特殊list 每个元素长度相等
每一列类型相同矩阵所有数据类型相同
特殊属性row.names
转为矩阵data.matrix
变量名自动转化可以不同
因子变量保持为字符可以用 I data.frame(x,y,I(c))
数组
表示更高维度的数据
dim() = c(x,y,z) 三维数组表示一组数
dimnames 给数组命名
数组调用如果只有一行需要drop = F 否则不会按照数组分类
ts 产生时间序列对象
.Last.value 引用前一个数值
取整数用round(x,n) n表示保留几位小数
截取整数 trunc
开平方 sqrt
绝对值 abs
指数函数 exp
自然对数函数 log
以 10 为底的对数函数 log10
三角函数 sin cos tan asin acos atan
常用的逻辑运算符有: 大于 > 小于 < 等于 == 小于或等于 <= 大于或等于 >= 与 & 非 ! 或|
判断向量x中是否与y中元素相等 x %in% y 结果返回逻辑值
sum 求和 prod 求连乘
range 给极值范围
duplicated 给出有重复的值
unique 给出无重复的值
向量操作 union 并集 intersect 交集 setdiff 除了交集的部分
rep 用向量循环生成向量

x <- 1:4 # puts c(1,2,3,4) into x
i <- rep(2, 4) # puts c(2,2,2,2) into i
y <- rep(x, 2) # puts c(1,2,3,4,1,2,3,4) into y
z <- rep(x, i) # puts c(1,1,2,2,3,3,4,4) into z
w <- rep(x, x) # puts c(1,2,2,3,3,3,4,4,4,4) into w

整型变量后面加上L x<-10L
Inf代表1/0 同样1/Inf运算结果为0

3.4 环境／文件操作

getwd() setwd() 设置工作目录
ls() 列举环境中bianliang
list.files() 或 dir() 列举当前目录下文件
args() 列举函数默认变量
dir.create() 创建文件目录加上recursive=T可创建多级目录
file.create() 创建文件
file.exists() 检查文件是否存在
file.info() 检查文件信息
file.rename() 文件重命名
file.copy() 文件复制
file.path() 文件路径多个文件组成多级路径
unlink() 删除文件

3.5 截取数据

[]截取数据
可以用[x,y]提取特定数值
[-1,-2]可剔除第一行第二列
[[]]用来从list或者frame里提取元素类型固定可提取序列x[[1]][[3]] 可部分匹配 exact=FALSE
$用名字提取元素可部分匹配
提取矩阵时默认只能提取向量但可以提取1*1矩阵x[1,2,drop=FALSE]
先用is.NA()提取用!排除缺失值可用is.element(x,y)来处理很多表示NA值的数字返回x %in% y的逻辑值
用complete.cases()提取有效数据用[]提取可用数据
head(x,n) n表示从头截取多少行
tail(x,n) n表示从尾截取多少行
subset(x,f) x表示数据 f表示表达式
条件筛选中获得一个变量多个数值的数据使用 [is.element(x,c(' ',' ',' ')),] 或者[x%in%c(' ',' ',' '),] 使用x == c( ' ' , ' ' , ' ' ) 会报错循环查找三个变量
x!='t' 可能会把空白值输入应该使用is.element(x,'t')
ifelse(con,yes,no) 利用条件筛选返回yes 或者no 的值
支持正则表达式

3.6 读取数据

read.table read.csv 读取表格反之write.table
readLines 读取文本行反之writeLines
source 读取R代码反之dump
dget 读取多个R代码反之dput
load 读取保存的工作区反之save
unserialize 读取二进制R对象反之serialize
?read.table
大数据读取提速
计算内存
comment.char = "" 不扫描注释
设定nrows
设定colClasses

initial <- read.table("datatable.txt", nrows = 100)
classes <- sapply(initial, class)
tabAll <- read.table("datatable.txt",
                     colClasses = classes)

使用connections与file等保存外部文件指向

3.7 控制结构

if else 条件

if(<condition>) {
        ## do something
} else {
        ## do something else
}
if(<condition1>) {
        ## do something
} else if(<condition2>)  {
        ## do something different
} else {
        ## do something different
}

`for‵ 执行固定次数的循环嵌套不超过2层

for(i in 1:10) {
        print(i)
}

while 条件为真执行循环条件从左到右执行

count <- 0
while(count < 10) {
        print(count)
        count <- count + 1
}

repeat 执行无限循环配合break 中断并跳出循环
next 跳出当前循环继续执行

for(i in 1:100) {
        if(i <= 20) {
                ## Skip the first 20 iterations
                next 
        }
        ## Do something here
}

return 退出函数
避免使用无限循环可用apply替代

3.8 函数

f <- function(<arguments>) {
        ## Do something interesting
}

函数中参数默认值可用formals()显示
参数匹配
先检查命名参数
然后检查部分匹配
最后检查位置匹配
定义函数时可以定义默认值或者设为NULL
懒惰执行：只执行需要执行的语句
... 向其他函数传参之后参数不可部分匹配

3.9 编程标准

使用文本文档与文本编辑器
使用缩进
限制代码行宽 80为宜
限制单个函数长度

3.10 范围规则

自由变量采用静态搜索
环境是由数值符号对组成每个环境都有母环境
函数与环境组成环境闭包
首先从函数环境中寻找变量
之后搜索母环境
最高层为工作区
之后按搜寻列表从扩展包中寻找变量
最后为空环境之后报错
可以函数内定义函数
S都存在工作区函数定义一致 R存在内存可根据需要调用函数环境

3.11 向量化操作

向量操作针对元素
矩阵操作也针对元素 %*% 表示矩阵操作

3.12 日期与时间

日期以data类型存储
时间以POSIXct 或 POSIXlt 类型存储
数字上是从1970-01-01以来的天数或秒数
POSIXct以整数存储时间
POSIXlt以年月日时分秒等信息存储时间
strptime as.Date as.POSIXlt as.POSIXct用来更改字符为时间

3.13 循环

3.13.1 `lapply`

对列表对象元素应用函数
可配合匿名函数使用

x <- list(a = 1:5, b = rnorm(10))
lapply(x, mean)

## $a
## [1] 3
## 
## $b
## [1] 0.0412

x <- 1:4
lapply(x, runif, min = 0, max = 10)

## [[1]]
## [1] 3.38
## 
## [[2]]
## [1] 0.99 2.56
## 
## [[3]]
## [1] 6.70 3.73 2.75
## 
## [[4]]
## [1] 7.24 3.12 5.71 4.85

x <- list(a = matrix(1:4, 2, 2), b = matrix(1:6, 3, 2))
lapply(x, function(elt) elt[,1])

## $a
## [1] 1 2
## 
## $b
## [1] 1 2 3

3.13.2 `sapply`

lapply的精简版
如果结果是单元素列表转化为向量
如果结果是等长向量转化为矩阵
否则输出依旧为列表

x <- list(a = 1:4, b = rnorm(10), c = rnorm(20, 1), d = rnorm(100, 5))
sapply(x, mean)

##      a      b      c      d 
##  2.500 -0.154  0.664  5.171

3.13.3 `vapply`

类似lapply可用更复杂函数返回矩阵

3.13.4 `replicate`

用于将函数循环使用如返回随机矩阵

3.13.5 `rapply`

用how来调整输出方法如选取某列表中类型数据进行迭代

3.13.6 `apply`

数组边际函数常用于矩阵的行列处理
行为1，列为2
可用rowSums rowMeans colSums colMeans 来替代大数据量更快

x <- matrix(rnorm(50), 10, 5)
apply(x, 1, quantile, probs = c(0.25, 0.75))

##       [,1]   [,2]   [,3]  [,4]    [,5]  [,6]    [,7]   [,8] [,9]  [,10]
## 25% -0.151 -1.026 -0.592 0.572 -0.0448 0.212 -0.7386 -1.142 1.02 -1.196
## 75%  0.334 -0.294  0.739 1.109  0.4642 1.269  0.0311  0.369 1.12 -0.662

a <- array(rnorm(2 * 2 * 10), c(2, 2, 10))
apply(a, c(1, 2), mean)

##         [,1]   [,2]
## [1,]  0.2879 -0.722
## [2,] -0.0313  0.307

3.13.7 `tapply`

对数据子集（因子变量区分）向量应用函数

x <- c(rnorm(10), runif(10), rnorm(10, 1))
f <- gl(3, 10)
tapply(x, f, mean)

##     1     2     3 
## 0.237 0.541 1.392

3.13.8 `by`

对数据按照因子变量应用函数类似tapply
按照某个分类变量a分类求均值 by(x[,-a],a,mean)

3.13.9 `split`

将数据按因子分割为列表常配合lapply使用
类似tapply
可用来生成分组用drop来删除空分组

x <- c(rnorm(10), runif(10), rnorm(10, 1))
f <- gl(3, 10)
lapply(split(x, f), mean)

## $`1`
## [1] -0.27
## 
## $`2`
## [1] 0.4
## 
## $`3`
## [1] 1.27

x <- rnorm(10)
f1 <- gl(2, 5)
f2 <- gl(5, 2)
str(split(x, list(f1, f2), drop = TRUE))

## List of 6
##  $ 1.1: num [1:2] 1.4 -1.78
##  $ 1.2: num [1:2] -0.466 -1.052
##  $ 1.3: num -0.879
##  $ 2.3: num 0.347
##  $ 2.4: num [1:2] 0.347 0.562
##  $ 2.5: num [1:2] 1.352 -0.385

3.13.10 `mapply`

多变量版apply 从多个参数范围取值并用函数得到结果

noise <- function(n, mean, sd) {
  rnorm(n, mean, sd)
}
mapply(noise, 1:5, 1:5, 2)

## [[1]]
## [1] 0.583
## 
## [[2]]
## [1]  4.830 -0.594
## 
## [[3]]
## [1] 5.04 1.91 6.05
## 
## [[4]]
## [1] 6.70 8.37 1.54 2.93
## 
## [[5]]
## [1] 6.94 7.13 8.67 7.12 4.71

#等同于如下循环

#list(noise(1, 1, 2), noise(2, 2, 2),
#    noise(3, 3, 2), noise(4, 4, 2),
#    noise(5, 5, 2))

3.13.11 `eapply`

对环境变量应用函数用于包

3.14 模拟

在某分布下产生随机数
d 分布概率密度
r 分布随机数
p 分布累计概率
q 分布分位数

dnorm(x, mean = 0, sd = 1, log = FALSE)
pnorm(q, mean = 0, sd = 1, lower.tail = TRUE, log.p = FALSE)
qnorm(p, mean = 0, sd = 1, lower.tail = TRUE, log.p = FALSE)
rnorm(n, mean = 0, sd = 1)

set.seed保证重现性
sample对数据采样

3.15 调试

三种提示 message warning error 只有error致命
关注重现性
调试工具 traceback debug browser trace recover
三思而行

3.16 分析代码

先设计后优化
system.time 计算代码运行时间返回对象类型proc_time
‵user time` 执行代码用时
system time CPU时间
elapsed time 实际用时
在多核或并行条件下实际用时可以短于执行代码用时
明确知道耗时较长的函数时使用
Rprof R代码要支持分析函数
summaryRprof可使结果易读
不要与system.time混用
0.02s记录一次执行函数
by.total 记录单个函数用时
by.self 记录函数执行时被调用函数用时

笔记 3 R语言编程

3.1 R语言概述

3.2 获得帮助

3.3 数据类型及基本运算

3.4 环境／文件操作

3.5 截取数据

3.6 读取数据

3.7 控制结构

3.8 函数

3.9 编程标准

3.10 范围规则

3.11 向量化操作

3.12 日期与时间

3.13 循环

3.13.1 lapply

3.13.2 sapply

3.13.3 vapply

3.13.4 replicate

3.13.5 rapply

3.13.6 apply

3.13.7 tapply

3.13.8 by

3.13.9 split

3.13.10 mapply

3.13.11 eapply

3.14 模拟

3.15 调试

3.16 分析代码

3.13.1 `lapply`

3.13.2 `sapply`

3.13.3 `vapply`

3.13.4 `replicate`

3.13.5 `rapply`

3.13.6 `apply`

3.13.7 `tapply`

3.13.8 `by`

3.13.9 `split`

3.13.10 `mapply`

3.13.11 `eapply`