R_数据处理_basic

数据结构

数据结构：向量、矩阵、数组、数据框、因子、列表

向量

• 用于储存数值型、字符型或逻辑性数据的一维数组。
  • 同一向量中的数据必须为同一模式；例如同为数值型
• 通过方括号[ ] 给定元素所处位置的数值来访问向量中的元素

标量：只含一个元素的向量

a[1]

a[2:6]

a[c(2,4)]

矩阵&数组

• 矩阵：二维数组，每个元素都拥有相同的模式（数值型、字符型、逻辑型）
  • 使用方括号[]和下标 来选择矩阵中的行、列或元素；
  • matrix(vector, nrow=n1, ncol=n2, byrow=FALSE, dimnames=list(rnames, cnames))

nrow/ncol = n，表示行列的数量，即维度

byrow = FALSE(默认)， 按列填充

dimanems=list() ： 可选的，以字符型向量命名的行名与列名

x<- matrix(1:10, nrow=2)

x[2,]
x[1,4]
x[1,c(4,5)]

• 数组：任意维度的向量；是矩阵的自然推广
  • array(vector, dimensions, dimnames=list())

数据框

• 不同的列可以包含不同模式（数值型、字符型等）的数据，通常用data.frame()创建
• 通过方括号[ ]与 $ 以及 attach()&detach() 或 with()进行选取列
  • 列所处位置的数值
  • 指定列名
  • 运用with()进行数据框绑定，用花括号{ }来指定对数据框执行的语句；
    • 对象仅存在于with()结构以内
    • 若要创建with()结构以外也存在的对象，使用特殊赋值符号<<替代标准的赋值符号< ；可以将对象保存在全局环境中

## 指定 列所处位置的数值
patientdata[1:2]  

## 指定列名
patientdata[c("disbetes", "status")]

patientdata$diabetes

## --------with()绑定数据框-----------------------#
with(mtcars, {
  stats <- summary(mpg)
  stats
})

列表

• 列表：任意对象的有序集合；列表允许若干个对象到单个对象名下。（即列表可能是向量、矩阵、数据框，甚至是其他列表的组合）
  • 通过双重括号[[ ]]中指名代表某个成分的数字或名称来访问列表中的元素
  • list(name1 = object1, name2 = object2)

mylist[[2]]
mylist[['age']]
mylist$age

结构判断

• str()：返回对象整体的数据结构

• class()：返回单个对象格式/类型

• mode()：返回对象模式

• dim()：返回对象维度

• summary()：统计摘要；区别对待不同类型的数据变量- (1)数值型：相关极值等信息；(2)名义型/有序型：显示的是各水平的频数值

  ​

数据类型

因子

变量类别型变量（名义型、有序型）和连续型变量；

• 名义型变量：没有顺序之分的 [类别型] 变量
• 有序型变量：一定顺序的 [类别型] 变量
• 连续型变量：呈现某个范围内的任意值，并同时表示了顺序和数量。

• <u>[名义型、有序型] 变量在R中称为 [因子] (factor)</u>
• 函数factor() 以一个整数向量的形式存储类别值，范围为[1..k]（k是名义型变量中唯一值的个数），同时一个字符串（原始值）组成的 内部向量 将映射到这些整数上
• facotr(x, ordered=FALSE, levels=c(), labels=c(), exclude=NA)：

ordered = FALSE(默认)；若为TRUE，则为有序型变量

• 对字符型向量，默认顺序按 英文字母顺序创建 [a-z]

levels=c()：覆盖默认排序的顺序；保证指定的水平与数据中的真实值相匹配，因为任何在数据中出现而未在参数列举中的数据都会被设为缺失值

labels=c()：将有序型变量转化为名义型变量；

• 标签的顺序必须和因子水平的顺序相一致；
• 所有不一致的变量将被设为缺失值NA

exclude =NA：转变为因子时排除在外的变量，即不参与有序化；

> diabetes<- c('type1','type2','type1','type1')
> diabetes <- factor(diabetes);diabetes
[1] type1 type2 type1 type1
Levels: type1 type2

# --------有序型因子，order=T------------------------------#
> status <- c('poor','improved','excellent','poor')
> status <-factor(status, ordered=T);status
[1] poor      improved  excellent poor     
Levels: excellent < improved < poor

# 覆盖原有的因子顺序 -- levels=c()为指定的顺序
status <-factor(status, ordered=T, levels=c('poor','improved','excellent'));status
[1] poor      improved  excellent poor     
Levels: poor < improved < excellent

# levels中的值必须在数据中出现；  参数中为出现的值默认被设置NA
> status <-factor(status, ordered=T, levels=c('poor','improved','x'));status
[1] poor     improved <NA>     poor    
Levels: poor < improved < x

# 变更为无序因子（名义型变量）
> status; 
[1] poor      improved  excellent poor     
Levels: excellent < improved < poor
factor(status, labels=c(1,2,3))  # 标签的顺序必须和因子水平的顺序相一致
[1] 3 2 1 3
Levels: 1 < 2 < 3

#  因子化时排除某个变量
> x <- factor(c(1, 2, 3), exclude = 3); x
[1] 1    2    <NA>
Levels: 1 2

语句diabetes <- factor(diabetes) 将此向量存储为（1,2,1,1）（以一个整数向量的形式存储类别值，范围为[1..k]），并在内部将其关联为 1 = type1 和 2 =type2（具体赋值根据字母顺序而定）

针对向量diabetes进行的任何分析都会将其作为名义型变量对待，并自动选择适合这一测量尺度的统计方法

语句status <-factor(status, ordered=T) 将向量存储为（3,2,1,3)，并在内部关联为 1=excellent, 2=improved, 3=poor

数据类型 & 转换

• 数值型 - is.numeric() & as.numeric()

  • 整数型 is.integer() & as.integer()
  • 双精度型 is.double() & as.double()

• 字符串形式 is.character() & as.character()

• 逻辑型 is.logical() & as.logical()

• 因子型 is.factor() & as.factor()

as.factor(x) -- 只能对整个数据/列进行转换，其中无法插入其他语法

在作图时因子化需用 factor

• 向量型 is.vector() & as.vectro()
• 矩阵型 is.matrix() & as.matrix()
• 数组型 is.array() & as.array()
• 数据框型 is.data.frame() & as.data.frame()

# 多列变更
data[,col:col] <- lappy(gb[,col:col], as.numeric)
# gb[,c("net_activation","total_income")] <- lapply(gb[,c("net_activation","total_income")], as.numeric)

数据选取

元素选取

负号表示排除

##  负号：表示排除某一列
mtcars[,-1]  #  表示排除第一列


## 向量的选取
# 位置选取
a[2]; a[1:6]; a[c(1,4)];
# 判断选取
a[a>2]; a[a==2]

## 矩阵&数据框选取
# 位置选取
a[1,]; a[,1]; a[1,2]; a[1, c(4,5)]

## 数据框选取
# 位置选取
mtcars[1,];  mtcars[,1];  mtcars[1:2,];  mtcars[,1:2]
mtcars[1:2]  # 默认选取列，选取1与2列
mtcars[1:2, 3:4]
mtcars[c('wt')];  mtcars[1:2, c('wt','hp')]
mtcars$hp  # 运用 $ 进行选取

逻辑选取

• 逻辑选取，后端运行分为两步
  1. 根据已有的条件对每个对象进行判断，结果为TRUE或FALSE
  2. 指定某个对象中提取为TURE的值
     • <u>该对象的类型必须与条件判断的对象类型相同</u> 或者说 <u>前的范围必须 $\le$ 后者</u>；

mtcars$wt[mtcars$carb==2] ：选取carb为2的wt列；注意，wt与carb的对象均为列；

mtcars[mtcars$carb==2] ：会报错，提示undefined columns selected ；此时前者范围大于后者；<u>因为mtcars有n列，但逻辑为TRUE的只有一列，无法判断应该选取哪一列，故报错。</u>

mtcars$carb[mtcars>2]： 可以运行；不满足的部分用NA显示

# 逻辑判断选取
mtcars[mtcasr>10]
mtcars$hp[mtcars>10]

子集选取 - subset

• subset(x, subset, select, drop = FALSE, ...) ：
  • S3 method for class 'data.frame'

subset ：选取的逻辑表达式；选取条件

select ：选择的列

subset(airquality, Temp > 80, select = c(Ozone, Temp))
subset(airquality, Day == 1, select = -Temp)
subset(airquality, select = Ozone:Wind)

控制流

重复和循环

• for结构 ：for (var in seq) statement
  • 循环执行某语句statement，直到某个变量var的值不在包含在序列seq中为止

for (i in 1:10) print("hello")

• while结构 ：while (cond) statment
  • 必须确保cond中的条件语句能【被改变】（即它在某个时刻不在为真），否则循环将永不停止

条件执行

表示相等==

• if-else结构：if (cond) statement 或者 for (cond) statement1 else statement2

if (!is.factor(grade)) gerade <- as.factor(grade) else print("Grade already is a factor")

• ifelse结构：ifelse(cond, statement1, statement2)

ifelse(sorce>0.5, print("Passed"), print("Failed"))
outcome <- ifelse(socre>0.5, "Passed", "Failed")

• switch结构：根据一个表达式的值选择语句执行switch(expr,...)

expr之后的…是expr的可能取值，后接等号（=），表示执行的行为

switch语句中，不同条件末尾要有 [逗号]

若expr为文本形式，输入时需加 [引号]

feelings <- c("sad", "afraid")
for (i in feelings)
  print(
    switch(i,
          happy  = "I am glad you are happpy",  # 用逗号分隔
          afraid = "There is nothing to fear",
          sad    = "Cheer Up",
           angry = "Calm down now"
          )
  )

逻辑判断

• which()： 返回为真的逻辑对象，允许对数组array使用

自编函数

• 结构

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

实用函数

• length(x)：对象x的长度
• seq(from, to, by)：生成一个序列
• rep(x, n)：将x重复n次
• cut(x, n)：将连续型变量分为n个水平的因子
• ptetty(x, n)：将连续型变量分为n个区间
• cat(..., file="myfile", append=FALSE)：连接...的对象，并将其输出到屏幕上或文件中

> cat("hello", "bob", "\b.\n", "Is\'t R", "\t", "Great?\n","!")
hello bob.
 Is't R      Great?
 !

cat( ) 与 paste( ) 相同与区别

• 区别：
  • paste( ) 对应的列单独合并
  • cat( ) 合并为一个单元格

paste(c("X","Y"),1:10,sep="")
# [1] "X1"  "Y2"  "X3"  "Y4"  "X5"  "Y6"  "X7"  "Y8"  "X9"  "Y10"

cat(c("X","Y"),1:10,sep="")
# XY12345678910

funs的用法

• 直接在函数中写明需要运行的函数 summarise(., vars(), mean)
• 结合funs写出调用的函数 summarise(., vars(), funs(mean))

summarise_all(df1[,-1],funs(mean,sum)) # 若出现两个及以上的函数，列名中自动添加后缀
summarise_all(df1[,-1],funs(sum(.*2))) # 所有数据用.表示
summarise_all(df1[,-1],funs(medi=median)) # 指定得到的列后缀名, 函数仍为miedan
summarise_all(df1[,-1],funs("in"=median)) # 或者加引号 (因为in在R中表示其他含义)
mutate_all(df1[,-1],funs(.^2))

关于报错

• This function should not be called directly ：该函数在多个包中有同样的名字
  • 指定某个包的函数 dplyr::summarise()
  • 移除某个包 detach(package:plyr)

符号的使用

基本符号

• ( )定义函数的参数
• ( )在运算中作为优先级
• [ ] 用做对象的元素索引
• { } 作为代码段落的起止
• %in% 表示包含

• 用分号;来分隔两个代码；

> x <- "AAABBBCCC"
> str_sub(x, 1, 1) <- 1;  x
[1] "1AABBBCCC"

常见符号

写正则表达式的pattern时，要用两个转义符来进行转义\\，因为r中一个\本身就是转义符的意思

**Windows下路径要用斜杠/或者双反斜杠\\ **，原因同上

名称	作用	示例
<-	赋值符号
\	转义符
[ ]	给定元素所处位置的数值	a[c(2,4)]
：	用于表示一个数值序列	a[2:6]
[i,j]	选择指定的行与列	[i,][,j] [i,j][,]
""	用于目录名、文件名、包
' '	引用双引号的文字为文本时出现	labs(title=' positon="fill" ')
#	用于注释。#之后出现的任何文本都会被R解释器忽视； 并且R只能对单行进行注释，故当出现多条命令符，需在每行前面加上#
$	选取一个给定数据框中的某个特定变量	patientIDdata$age
<<-	特殊赋值符
[[ ]]	用于列表中选取对象	mylist[["ages"]] mylist[[2]]
^或**	求幂
x% %y	求余数（x mod y) 5%%2=1
x% / %y	整数除法。5%/2%=2
==	严格等于（在浮点型数值时慎用==）	2+2==4
!=	不等于
!x	非x
x∣y	x或y
x&y	x和y
isTRUE(x)	测试x是否为TRUE
[,-1][-1,] [,c(-2,-3)]/[,-c(2,3)]	删除第一列 删除第一行 删除多列，两种表达方式均可	mydata<-mydata[,-1] mydata<-mydata[,-c(2,3)]
"["	提取谋而对象一部分的函数，后跟序列数n；1表示该对象的第一部分； 2表示该对象的第二部分；

R中常见表达式

符号	作用	示例	解释
～	分隔符号	y～x+z+w	左边-因变量/响应变量 右边-自变量/解释变量
+	分隔预测变量
：	预测变量的交互项	y～x+z+x:z
*	所有可能交互项的表达方式	y～xzw---y～x+z+w+x:z+x:w+z:w
^	交互项的某个次数	y～(x+z+w)^2---y～x+z+w+x:z+x:w+z:w	交互项最高次为2次
.	包含除因变量之外的所有变量	y～.---y～x+z+w	当一个数据框包含y,x,z,w这四个变量时
-	减号，从等式中移除某个变量	y～(x+z+w)^2-x:w--- y～x+z+w+x:z+z:w
-1	删除截距项	y～x-1	拟合y在x上的回归，并强制直线通过原点
I() 【大写的i】	从算术（而非表示式）的角度来解释括号中的元素	y～x+I((z+w)^2)	表示的是x+(z+w)²，而非x+z+w+z:w
function	可以在表达式中运用的数学函数	log(y)～x+z+w
mpg ~ wt | cyl	表示按条件（cyl）绘图；		即按cyl的水平为【分组条件】分别绘制mpg和wt的关系图

<Br>

研究设计表达式

表达式	作用	解释
y～A	单因素ANOVA	1.小写字母，定量变量 2.大写字母，组别因子（若不转换为factor，则默认为定量协变量） 3.Subject，被试者独有的标志变量 4.Error(Subject/A)，表示组内因子
y～x+A	含单个协变量的单因素ANCOVA
y～A * B	双因素ANOVA	展开为 ~A+B+A:B
y～x1+x2+A*B	含两个协变量的双因素ANCOVA
y～B+A（B是区组因子）	随机化区组
y～A + Error(Subject/A)	单因素组内ANOVA
y～B*W+Error(Subject/W)	含单个组内因子(W)和单个组间因子(B)的重复测量ANOVA	展开为 ~B+W+B:W

字符规则

引用符	字符	含义
Quotes	\n	newline；换行
Quotes	\r	carriage return
Quotes	\t	tab；制表符
Quotes	\b	backspace；空格
Quotes	\a	alert (bell)
Quotes	\f	form feed
Quotes	\v	vertical tab
Quotes	\	backslash \
Quotes	'	ASCII apostrophe '（单引号）
Quotes	"	ASCII quotation mark "（双引号）
Quotes	`	ASCII grave accent (backtick) `
Quotes	\nnn	character with given octal code (1, 2 or 3 digits)
Quotes	\xnn	character with given hex code (1 or 2 hex digits)
Quotes	\unnnn	Unicode character with given code (1--4 hex digits)
Quotes	\Unnnnnnnn	Unicode character with given code (1--8 hex digits)