R语言高级数据管理

本章内容主要学习


1、数学与统计函数
2、字符处理函数
3、循环和条件执行
4、自编函数
5、数据整合与重塑

5.1数值和字符处理函数

5.1.1数学函数

数学函数1

数学函数2

其中对数做变换是这些函数的一个主要用途。这些函数也可以作用于矩阵、数据框、和数值向量。sqrt(c(4, 16, 25))的返回值为c(2,4, 5)

5.1.2统计函数

z<-mean(x,trim=0.5,na.rm=TRUE)截尾平均数,即丢弃了最大5%和最小5%的数据和所有缺失值后的算术平均数。学会使用help()使用每个函数的具体用法

统计函数

其中主要是diff(x,lag=n)quantitle(x,probs)函数的学习使用。
数据标准化
函数scale()对矩阵或者数据框指定列进行均值为0,标准差为1的标准化

newdata<-scale(mydata)
newdata<-scale(mydata)*sd+M
#其中M是想要的均值,SD为想要的标准差
newdata<-transform(mydata,myvar=sacle(myvar)*10+50)
#对指定列而不是整个矩阵或数据框进行标准化
5.1.3概率函数

概率函数通常用来生成特征已知的模拟数据,以及在用户编写的统计函数中计算概率值
其中第一个字母表示其所指分布的某一方面:
d = 密度函数(density)
p = 分布函数(distribution function)
q = 分位数函数(quantile function)
r = 生成随机数(随机偏差)

概率分布

标准正态分布(均值为0,标准差为1)
在每次生成伪随机数的时候,函数都会使用一个不同的种子,因此也会产生不同的结果。你可以通过函数set.seed()显式指定这个种子,让结果可以重现(reproducible)。

5.1.4字符处理函数
字符处理函数1

字符处理函数2

函数grep()、sub()和strsplit()能够搜索某个文本字符串(fixed=TRUE)或某个正则表达式(fixed=FALSE,默认值为FALSE)。正则表达式:

^[hc]?at
5.1.5其他实用函数

其他实用函数

注意cat函数的用法

5.1.6将函数应用于矩阵和数据框

R函数的诸多有趣特性之一,就是它们可以应用到一系列的数据对象上,包括标量、向量、矩阵、数组和数据框。
apply(x,MARGIN,FUN,...),x为数据对象,MARGIN是维度的下标,FUN是由你指定的函数,而...则包括了任何想传递给FUN的参数。其中,MARGIN=1表示行,MARGIN=2表示列。
apply()可把函数应用到数组的某个维度上,而lapply()和sapply()则可将函数应用到列表(list)上

5.2数据处理难题的一套解决方案

options(digits=2)限定了输出小数点后的数字位数。
例子中由于数学、科学和英语考试的分值不同(均值和标准差相去甚远,在组合之前需要先让它们变得可以比较。一种方法是将变量进行标准化,这样每科考试的成绩就都是用单位标准差来表示,而不是以原始的尺度来表示了。这个过程可以使用scale()函数来实现。
数据框创建变量dataframe$var
fristname<-sapply(name,"[",1)提取每个列表中的每个成分的第一个元素。

5.3控制流

R程序中的语句是从上至下顺序执行的。但有时你可能希望重复执行某些语句,仅在满足特定条件的情况下执行另外的语句。这就是控制流结构发挥作用的地方了。

为了理解贯穿本节的语法示例,请牢记以下概念:
语句(statement):是一条单独的R语句或一组复合语句(包含在花括号{}中的一组R语句,使用分号分隔)
条件(cond):是一条被解释为真(TRUE)或者假(FALSE)的表达式
表达式(expr):是一条数值或者字符串的求值语句
序列(seq):是一个数值或字符串序列

5.3.1重复和循环

循环结构重复地执行一个或一系列语句,直到某个条件不为真为止。循环结构包括forwhile结构

1.for结构

for循环重复地执行一个语句,直到某个变量的值不再包含在序列seq中为止。语法为:

for (var in seq) statement
#单词Hello被输出了10次
for(i in 1:10) print("hello")
2.while结构

while循环重复地执行一个语句,直到条件不为真为止。语法为:
while(cond) statement

i<-10
#请确保括号内while的条件语句能够改变,即让它在某个时刻不再为真——否则循环将永不停止
while(i>0) {print("hello");i<-i+1}
5.3.2条件执行

在条件执行结构中,一条或一组语句仅在满足一个指定的条件时执行。条件执行结构包括if-else、ifelse、switch。

1、if-else结构

控制结构if-else在某个给定条件为真时执行语句。也可以同时在条件为假时执行另外的语句。语法为:

if (cond) statement
if (cond) statement1 else statement2
if (is.character(grade)) grade <- as.factor(grade)
#在第一个实例中,如果grade是一个字符向量,它就会被转换为一个因子
2、ifelse结构

ifelse结构是if-else结构比较紧凑的向量化版本,其语法为:ifelse(cond,statement1,statement2)若cond为TRUE,则执行第一个语句;若cond为FALSE,则执行第二个语句。
felse(score > 0.5,print("passed"),print("Failed"))

3、switch结构

switch根据一个表达式的值选择语句执行。语法为:
switch(expr,...)其中的...表示与expr的各种可能输出值绑定的语句。

5.4用户自编函数

R语言最大优点之一就是用户可以自行添加的函数。

myfunction<-function(arg1,arg2,...){
statements
return(object)
}

函数中的对象只在函数内部使用。返回对象的数据类型是任意的,从标量到列表皆可。
有若干函数可以用来添加错误捕获和纠正功能。你可以使用函数warning()来生成一条错误提示信息,用message()来生成一条诊断信息,或用stop()停止当前表达式的执行并提示错误。


Note 一旦开始编写无论任何长度和复杂度的函数,优秀调试工具的重要性都会凸显出来。R中有许多实用的内建调试函数,也有许多用户贡献包提供了额外的功能。关于这个话题,一份优秀的参考资料是Duncan Murdoch整理的Debugging in R.


5.5整合与重构

R中提供了许多用来整合(aggregate)和重塑(reshape)数据的强大方法。

5.5.1转置

使用一个函数t()即可对一个矩阵或数据框进行转置。

5.5.2整合数据

在R中使用一个或多个by变量和一个预先定义好的函数来折叠(collapse)数据是比较容易的。aggregate(x,by,Fun)
其中x是待折叠的数据对象,by是一个变量名组成的列表,这些变量将被去掉以形成新的观测,而FUN则是用来计算描述性统计量的标量函数,它将被用来计算新观测中的值。

5.5.3reshape包

reshape包①是一套重构和整合数据集的绝妙的万能工具。

5.5.3.1融合

melt()函数

5.5.3.2重铸

cast()函数读取已融合的数据,并使用你提供的公式和一个(可选的)用于整合数据的函数将其重塑。调用格式为:newdata<-cast(md,formula,FUN)其中的md为已融合的数据,formula描述了想要的最后结果,而FUN是(可选的)数据整合函数。

5.6总结

学习了控制流结构的使用方法:用循环重复执行某些语句,或用分支在满足某些特定条件时执行另外的语句。我们探索了折叠、整合以及重构数据的多种方法。

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