01 R语言表达式

在R语言中，狭义的表达式指表达式（expression）类对象，由expression函数产生；而广义的的表达式既包含expression类，也包含R“语言”类（language）。expression和language是R语言中两种特殊数据类：

getClass(“expression”)

getClass(“language”)

y <- function(x) (exp(-(x^2)/2))/sqrt(2*pi)

plot(y, -5, 5, main = expression(f(x) == frac(1,sqrt(2*pi))*e^(-frac(x^2,2))), lwd = 3, col = "blue")

效果如下：

library(ggplot2)

x <- seq(0, 2*pi, by = 0.01)
y <- sin(x)
data <- data.frame(x, y)
p <- ggplot(data, aes(x, y)) +　geom_line()

p + geom_area(fill = 'blue', alpha = 0.3) +
 scale_x_continuous(breaks = c(0, pi, 2*pi), labels = c('0', expression(pi), expression(2*pi))) +
 geom_text(parse = T, aes(x = pi/2,y = 0.3, label = 'integral(sin(x)*dx, 0, pi)'))

效果如下：

02 expression 函数

expression函数可以有一个或多个参数，它把全部参数当成一个列表，每个参数都被转成一个表达式向量，所以它的返回值是表达式列表，每个元素都是表达式类型对象，返回值的长度等于参数的个数：

(ex <- expression(x = 1, 1 + sqrt(a)))

## expression(x = 1, 1 + sqrt(a))

length(ex)

## [1] 2

ex[1]

## expression(x = 1)

mode(ex[1])

## [1] "expression"

typeof(ex[1])

## [1] "expression"

ex[2]

## expression(1 + sqrt(a))

mode(ex[2])

## [1] "expression"

typeof(ex[2])

## [1] "expression"

03 quote函数

quote函数只能有一个参数。quote函数的返回值一般情况下是call类型，表达式参数是单个变量的话返回值就是name类型，如果是常量那么返回值的存储模式就和相应常量的模式相同：

(cl <- quote(1 + sqrt(a) + b^c))
## 1 + sqrt(a) + b^c

mode(cl)
## [1] "call"

typeof(cl)
## [1] "language"

(cl <- quote(a))
## a

mode(cl)
## [1] "name"

typeof(cl)
## [1] "symbol"

(cl <- quote(1))
## [1] 1

mode(cl)
## [1] "numeric"

typeof(cl)
## [1] "double" 

length(quote(a)) #name或常量类型，返回值长度为1
## [1] 1

length(quote(!a)) #单目运算符，返回值长度为2
## [1] 2

length(quote(-b)) #单目运算符，返回值长度为2
## [1] 2

length(quote(a + b)) #双目运算符，返回值长度为3
## [1] 3

length(quote((a + b) * c)) #多个运算符只算优先级最低的一个
## [1] 3

04 bquote 和 substitute 函数

如果不使用环境变量或环境变量参数，bquote 和 substitute 函数得到的结果与quote函数相同。

bquote(1 + sqrt(a) + b^c) == quote(1 + sqrt(a) + b^c)
## [1] TRUE

substitute(1 + sqrt(a) + b^c) == quote(1 + sqrt(a) + b^c)
## [1] TRUE 

par(mar = rep(0.1, 4), cex = 2)

plot.new()

plot.window(c(0, 10), c(0, 1))

for (i in 1:9) text(i, 0.5, substitute(sqrt(x, a), list(a = i + 1)))

05 parse 函数

parse函数用于从文件读取文本作为表达式，返回的值是expression类型。

x <- 1

x + "x"

## Error: 二进列运算符中有非数值参数

expression(x + "x")

## expression(x + "x")

quote(x + "x")

## x + "x" 

expression(x + +++y)
## expression(x + +++y) 

expression(x - ---y)
## expression(x - ---y) 
## expression(x****y) (Not run) expression(xy) (Not run) 
## expression(1<=x<=4) (Not run) 

quote(x + +++y)
## x + +++y 

quote(x - ---y)
## x - ---y 
## quote(x****y) (Not run) quote(xy) (Not run) quote(1<=x<=4) (Not run)

- 运算连续使用不出错是因为它们还可以当成求正/负值运算的符号。在表达式产生函数中使用paste函数可以解决这样的问题。在这种条件下，paste对参数的处理方式和表达式产生函数一样，检查运算符但不检查变量名。用NULL作为运算符的参数可以获得意外的效果：

ex <- expression(paste(x, "", y))

cl <- quote(paste(x, "****", y))

par(mar = rep(0.1, 4), cex = 2)

plot.new()

plot.window(c(0, 1.2), c(0, 1))

text(0.2, 0.5, ex)

text(0.6, 0.5, cl)

cl <- quote(paste(1 <= x, NULL <= 4))

text(1, 0.5, cl)

quote, bquote 和 substitute 的返回值有三种类型call, name 和常量，事实上expression 函数的结果最终也是这三种类型。因为expression函数的结果是expression列表，我们取列表元素的值检查看看：

(ex <- expression(1 + sqrt(x), x, 1))
## expression(1 + sqrt(x), x, 1)

ex[[1]]
## 1 + sqrt(x)

mode(ex[[1]])
## [1] "call"

typeof(ex[[1]])
## [1] "language"

ex[[2]]
## x

mode(ex[[2]])
## [1] "name"

typeof(ex[[2]])
## [1] "symbol"

ex[[3]]
## [1] 1

mode(ex[[3]])
## [1] "numeric"

typeof(ex[[3]])
## [1] "double"

ex <- expression(sqrt(x), x + y, x^2, x %in% A, x <= y, mean(x, y, z), x | y, x & y)

n <- length(ex)

par(mar = rep(0.1, 4), cex = 1.5)

col <- c("red", "blue")

plot.new()

plot.window(c(0, n), c(0, 1))

for (i in 1:n) text(i - 0.5, 0.5, ex[i], col = col[i%%2 + 1])