R語言的入門學(xué)習(xí)筆記（部分）

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本文學(xué)習(xí)主要為打卡內(nèi)容使用，非教程。

內(nèi)容來源：本學(xué)習(xí)教程主要參考來源網(wǎng)址：https://rlearning.netlify.app/

輔助視頻教程：B站:https://www.bilibili.com/video/BV19x411X7C6?p=24

本學(xué)習(xí)內(nèi)容課程大綱

Task00：熟悉規(guī)則與R語言入門（1天）

• 安裝

• 環(huán)境配置

Task01 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)集 （3天）

• 編碼基礎(chǔ)

• 數(shù)據(jù)類型

• 特殊數(shù)據(jù)類型

• table like 數(shù)據(jù)類型

• 加載數(shù)據(jù) (csv, rds, excel, Rdata)

• 實例

Task02 數(shù)據(jù)清洗與準(zhǔn)備 （3天）

• 重復(fù)值處理

• 缺失值識別與處理

• 異常值識別與處理

• 特征處理

• 規(guī)范化與偏態(tài)數(shù)據(jù)

Task03 基本統(tǒng)計分析 （3天）

• 多種方法獲取描述性統(tǒng)計量

• 分組計算描述性統(tǒng)計

• 頻數(shù)表和列聯(lián)表

• 相關(guān)

• 方差分析

Task04 數(shù)據(jù)可視化（3天）

• ggplot2包介紹

• 散點圖

• 直方圖

• 柱狀圖

• 餅狀圖

• 折線圖

• ggplot2擴(kuò)展包主題

Task05 模型（3天）

• 回歸模型

• 分類模型

本次學(xué)習(xí)根據(jù)課程大綱安排，將在2021年8月16日-2021年8月31日完成學(xué)習(xí)

Task00 R/Rstudio的安裝

R語言下載網(wǎng)址：https://cloud.r-project.org/，R 語言是一門用于統(tǒng)計計算與繪圖的編程語言和開源軟件

RStudio下載網(wǎng)址：https://www.rstudio.com/products/rstudio/ 它包括一個控制臺、語法突出顯示的編輯器、直接執(zhí)行代碼的支持，以及用于繪圖、歷史記錄、調(diào)試和工作區(qū)管理的工具。

對于安裝過程，可百度進(jìn)行。

在console窗口中可查詢包的用法信息，通過輸入首字母然后可通過鍵盤按鍵Tab進(jìn)行補(bǔ)全包的名稱。

可通過在Console輸入getwd()函數(shù)來獲取當(dāng)前工作路徑

右下角圖展示的當(dāng)前項目中的文件數(shù)據(jù)等

調(diào)整寫代碼的顏色主題：

Global Options-Appearance-RStudio Theme

快捷按鍵：

window：

control  + ??  可一次性查詢歷史記錄

alt+shift+k

MacOS：

Command + ?? 可一次性查詢歷史記錄

option+shift+k 查詢所有快捷操作

ESC中斷語句進(jìn)行

cltr + L清除console中的記錄

切換鏡像源：

由于網(wǎng)速慢的原因，有時安裝包會安裝失敗。

通過將包安裝切換至中國鏡像來解決：點【Tools】→【Global Options...】→【Packages】→【Change...】→【選中一個中國鏡像】→【OK】→【OK】。如下圖，以后安裝包都會通過這個鏡像。

R包的安裝：

在選中合適的鏡像源后，可在console窗口，輸入命令

在線安裝：

install.packages("包名稱")

離線安裝：

下載好安裝文件后，通過packages-install-選擇安裝路徑

查看已安裝的全部R包：

.packages(all.available = T)

查看單獨的包：

library("包名")

Task01 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)集

Getwd()獲取路徑

在 R Studio 中可以使用快捷鍵

window：

Alt + -來輸入<-

Mac：

option + -來輸入<-

在R語言中的基礎(chǔ)運算符號過程

賦值：

在 R 中基礎(chǔ)賦值的符號有三種：

1. 一個向左的箭頭<-表示將箭頭右方的值取名叫做箭頭左側(cè)的名字，或者將箭頭右側(cè)的值存儲在箭頭左側(cè)的名字里；

2. 一個向右的箭頭->表示將箭頭左側(cè)的值儲存在箭頭右側(cè)的名字里；

3. 一個等號=表示將箭頭右側(cè)的值存儲在箭頭左側(cè)的名字里。

x <-1
y <-2
x+y

函數(shù)：其實就是某些功能的賦值,比如addone此時就是函數(shù)

addone <- function(x = 0) {
  x + 1
}

loop循環(huán)：

R 中的循環(huán)函數(shù)包括for，while，和repeat

for用法：

for (variable in vector) {
    
}

在console窗口輸入?for即可查找相關(guān)用法，或在help欄中輸入也可

此處R中的loop用法跟Python中的很像，主要是條件的判斷。

管道pipe：說起來就是簡化函數(shù)的定義，能更方便的修改和識別函數(shù)。

可以參考此篇文章的解答：https://zhuanlan.zhihu.com/p/43423747和https://zhuanlan.zhihu.com/p/339107871

數(shù)據(jù)類型：

在R中有五種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型，包括三個數(shù)值型、一個邏輯型和一個字符型。

數(shù)值型數(shù)據(jù)包括三種，分別是默認(rèn)的實數(shù)數(shù)值型數(shù)據(jù)（double）、整數(shù)類型（integer）和復(fù)數(shù)類型（complex）：

#numeric
a<-1000.111
#integer
b<-1000
#complex
c<-2 + 3i

判斷數(shù)值類型：

typeof()

邏輯型（logical）數(shù)據(jù)只包括兩個值，TRUE（T） 和 FALSE（F）:

字符型數(shù)據(jù)（character）可以總結(jié)為“任何帶引號的值”。在Python中表示未字符串類型string

向量vector，向量是由一組相同類型的值組成的一維序列。vec_num <- c(1, 2, 3)，在向量中可使用sum、mean等函數(shù)進(jìn)行計算。sum(vec_num) = 6

因子（factor），可以使用函數(shù)factor和c組合來創(chuàng)建。它與字符向量的主要區(qū)別在于因子向量的獨特值（levels）是有限個數(shù)的。

數(shù)值類型轉(zhuǎn)換：

按照自由程度將已經(jīng)提到的幾種向量以從高到低的排序可得

字符>數(shù)值>邏輯

在數(shù)值型內(nèi)的排序從自由度高到低為

復(fù)數(shù)>實數(shù)>整數(shù)

三種截取子集的符號：[、[[ 和 $（其中$不能用在基礎(chǔ)向量上）

特殊數(shù)據(jù)類型

日期：處理的包（lubridata）

時間序列time series，首先要確保安裝了forecast包

library(forecast)
gas %>%
  auto.arima() %>%
  forecast(36) %>%
  autoplot()

矩陣（matrix)

在R里，矩陣是一個按照長方陣列排列的、有著固定行數(shù)和列數(shù)的、包含同一類型數(shù)據(jù)的集合?？墒褂煤瘮?shù)matrix

對于一個矩陣來說，主要的命名集中于行名rownames和列名colnames：

列表（list)

它和向量或者矩陣不一樣，在一個列表中可以儲存各種不同的基本數(shù)據(jù)類型。你既可以存三個數(shù)字，也可以把數(shù)值型、字符型、邏輯型混合

數(shù)據(jù)表（data frame與tibble）

一個數(shù)據(jù)表（data frame）的本質(zhì)是一個列表（list）

內(nèi)置數(shù)據(jù)集

使用data命令來查看、使用可用數(shù)據(jù)集

讀取數(shù)據(jù)文件

# 讀取csv文件
library(readr)
h1n1_flu <- read_csv("h1n1_flu.csv")
# 保存csv文件
write_csv(h1n1_flu, "h1n1_flu.csv")

R也可以直接讀取其他軟件的數(shù)據(jù)類型。這里列舉使用haven包讀寫 SPSS 的 sav 和 zsav、 Stata 的 dta、SAS 的 sas7bdat 和 sas7bcat。

library(haven)
#SPSS
read_spss()
write_spss()

對于函數(shù)的介紹，可參考文章《R語言函數(shù)總結(jié)》

練習(xí)題

Task02 數(shù)據(jù)清洗與準(zhǔn)備

這一章節(jié)有點難，需要花時間來琢磨。主要是對包的加載和使用其中的函數(shù)不了解。

環(huán)境配置（包加載）

數(shù)據(jù)集1：加載數(shù)據(jù)（本地文件h1n1_flu.csv）和查看部分?jǐn)?shù)據(jù)（從33個特征中篩選出10個特征用于后續(xù)處理）

h1n1_data <- read.csv("h1n1_flu.csv",header = TRUE)
dim(h1n1_data)
h1n1_data <- h1n1_data[, c(1, 3, 11, 12, 15, 16, 19, 20, 22, 23, 33)]
head(h1n1_data)

數(shù)據(jù)集2：波士頓房價數(shù)據(jù)集（mlbench包中）（13個特征+1個預(yù)測字段）

data(BostonHousing)
dim(BostonHousing)
head(BostonHousing)

重復(fù)值處理

unique()函數(shù)可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行整體去重，distinct()函數(shù)可以針對某些列去重。

# 整體去重
h1n1_data_de_dup1 <- unique(h1n1_data)

# 指定根據(jù)列respondent_id,h1n1_knowledge去重，并保留所有列
h1n1_data_de_dup2 <- distinct(h1n1_data, respondent_id, h1n1_knowledge, .keep_all = T)

缺失值識別和處理

常用方法：

在R語言中，慣用會把缺失值表示為NA，一般可使用is.na(a)，!complete.cases(a)來識別a是否為缺失值

# 假設(shè)定義的一個變量中存在缺失值
y <- c(1, 2, 3, NA)

# 用is.na在識別是否為缺失值
is.na(y)

# 用!complete.cases()在識別是否為缺失值
!complete.cases(y)

缺失值統(tǒng)計（使用is.na(x)）

# 數(shù)據(jù)集中總?cè)笔?shù)據(jù)量
sum(is.na(h1n1_data))

# 數(shù)據(jù)集中某一列缺失數(shù)據(jù)量
sum(is.na(h1n1_data["h1n1_knowledge"]))

數(shù)據(jù)中某一行來統(tǒng)計。

pMiss <- function(x) {
  sum(is.na(x)) / length(x) * 100
}
apply(h1n1_data, 2, pMiss) # 按列統(tǒng)計缺失比率%

還可以 調(diào)用現(xiàn)成的包。

缺失值機(jī)制與分析：

分為完全隨機(jī)缺失（MCAR），隨機(jī)缺失（MAR）和非隨機(jī)缺失（MNAR）

（1）完全隨機(jī)缺失：缺失現(xiàn)象完全隨機(jī)發(fā)生，與自身或其他變量的取值無關(guān)。（2）隨機(jī)缺失：缺失數(shù)據(jù)的發(fā)生與數(shù)據(jù)庫中其他無缺失變量的取值有關(guān)。如果缺失和觀測值之間存在系統(tǒng)關(guān)系，則為MAR（2）非隨機(jī)缺失：若缺失數(shù)據(jù)不屬于MCAR和MAR，數(shù)據(jù)的缺失依賴于不完全變量本身，則數(shù)據(jù)為非隨機(jī)缺失。

可視化分析缺失數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的方法：

使用VIM中的aggr函數(shù)：

# cex.axis調(diào)整軸字體大小，oma調(diào)整外邊框大小
aggr(h1n1_data, cex.axis = .6, oma = c(9, 5, 5, 1))

# 先簡單處理一下一些類別變量的順序
h1n1_data_matplt <- h1n1_data
h1n1_data_matplt$age_group <- factor(h1n1_data_matplt$age_group)
h1n1_data_matplt$education <- factor(h1n1_data_matplt$education, levels = c("", "< 12 Years", "12 Years", "Some College", "College Graduate"))
h1n1_data_matplt$sex <- factor(h1n1_data_matplt$sex)
h1n1_data_matplt$income_poverty <- factor(h1n1_data_matplt$income_poverty, levels = c("18 - 34 Years", "<= $75,000, Above Poverty", "> $75,000"))
# levels(h1n1_data_matplt$age_group) # 查看順序

# 矩陣圖可視化
par(mar = c(9, 4.1, 2.1, 2.1)) # x軸標(biāo)簽太長，調(diào)用par()函數(shù)調(diào)整外邊框的大小
matrixplot(h1n1_data_matplt, sortby = "chronic_med_condition", cex.axis = 0.7) # cex.axis為調(diào)整坐標(biāo)軸字體大小

shadow_mat <- as.data.frame(abs(is.na(h1n1_data[, -1])))
head(shadow_mat)
# 可提取含缺失值的變量
shadow_mat <- shadow_mat[which(apply(shadow_mat, 2, sum) > 0)]

# 計算相關(guān)系數(shù)
cor(shadow_mat)

# 相關(guān)系數(shù)熱力圖
heatmap(cor(shadow_mat))

缺失值處理：

1.將缺失值作為變量值使用

2.刪除法

3.插補(bǔ)法

教程介紹了刪除和插補(bǔ)法：

1.刪除法：

行刪除使用函數(shù)：complete.cases()或na.omit()

h1n1_data_row_del1 <- h1n1_data[!complete.cases(h1n1_data), ]
h1n1_data_row_del2 <- na.omit(h1n1_data)

列刪除：dataset[,-5]或 subset(dataset, select = -c(col1, col2))

#比如刪除health_insurance
h1n1_data_col_del1 <- subset(h1n1_data, select = -c(health_insurance))

2.插補(bǔ)法：簡單插補(bǔ)法、擬合插補(bǔ)法、多重插補(bǔ)法

還需要多查找資料了解：

多重插補(bǔ)法： 處理缺失值之多重插補(bǔ)（Multiple Imputation）https://zhuanlan.zhihu.com/p/36436260

異常值識別

識別：有幾種常用方法，包括可視化圖形分布識別（箱線圖）、z-score識別、局部異常因子法（LOF法）、聚類法等。

z-score是一種一維或低維特征空間中參數(shù)異常檢測方法。它假定數(shù)據(jù)是高斯分布，異常值是分布尾部的數(shù)據(jù)點，因此遠(yuǎn)離數(shù)據(jù)的平均值。一般將z-score低于-3或高于3的數(shù)據(jù)看成是異常值。

局部異常因子法(LOF)，是一種無監(jiān)督的離群檢測方法，是基于密度的離群點檢測方法中一個比較有代表性的算法。適用于在中等高維數(shù)據(jù)集上執(zhí)行異常值檢測。

特征編碼

特征編碼其實在很多程序語言中都會使用到，它是對一類特征的一種歸類，能更好的用于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。

1.獨熱編碼/啞編碼

One-hot encoding 和 dummy，是將類別變量擴(kuò)充為多個只顯示0，1的變量，每個變量代表原類別變量中的一個類。 ——來源學(xué)習(xí)教程

2.標(biāo)簽編碼

標(biāo)簽編碼(Label Encoder)是將類別變量轉(zhuǎn)換成連續(xù)的數(shù)值型變量，通常對有序的變量進(jìn)行標(biāo)簽編碼，既保留了順序信息，也節(jié)約了空間（不會擴(kuò)充變量）

3.手動編碼

即自定義編碼，可以用特定的函數(shù)進(jìn)行處理，比如case_when()

規(guī)范化與偏態(tài)數(shù)據(jù)

為什么要數(shù)據(jù)規(guī)范化？簡單來說是為了去除數(shù)據(jù)量綱和數(shù)據(jù)大小的差異，確保數(shù)據(jù)是在同一量綱或者同一數(shù)量級下進(jìn)行比較，一般用在機(jī)器學(xué)習(xí)算法之前。數(shù)據(jù)規(guī)范化又可以使用0-1規(guī)范化，Z-score等方法。

為什么要處理偏態(tài)數(shù)據(jù)？。很多模型會假設(shè)數(shù)據(jù)或參數(shù)服從正態(tài)分布。例如線性回歸(linear regression)，它假設(shè)誤差服從正態(tài)分布?！獊碓磳W(xué)習(xí)教程

規(guī)范化的方法：

1.0-1規(guī)范化

2.Z-score標(biāo)準(zhǔn)化

3.對數(shù)轉(zhuǎn)換（log transform）

4.Box-Cox

附錄：參考資料

理論資料

數(shù)據(jù)的預(yù)處理基礎(chǔ)： 如何處理缺失值 https://cloud.tencent.com/developer/article/1626004

多重插補(bǔ)法： 處理缺失值之多重插補(bǔ)（Multiple Imputation）https://zhuanlan.zhihu.com/p/36436260

異常值檢測： R語言--異常值檢測 https://blog.csdn.net/kicilove/article/details/76260350

異常值檢測之LOF： 異常檢測算法之局部異常因子算法-Local Outlier Factor(LOF) https://blog.csdn.net/BigData_Mining/article/details/102914342

規(guī)范化： 規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、歸一化、正則化 https://blog.csdn.net/u014381464/article/details/81101551

什么樣的模型對缺失值更敏感？： https://blog.csdn.net/zhang15953709913/article/details/88717220

R語言函數(shù)用法示例

funModeling用法示例：https://cran.r-project.org/web/packages/funModeling/vignettes/funModeling_quickstart.html

tidyverse官方文檔：https://www.tidyverse.org/

VIM教學(xué)網(wǎng)頁：https://www.datacamp.com/community/tutorials/visualize-data-vim-package

mice使用文檔(Multivariate Imputation by Chained Equations)：https://cran.r-project.org/web/packages/mice/mice.pdf

mice使用中文解釋：https://blog.csdn.net/sinat_26917383/article/details/51265213

mice檢驗結(jié)果解釋：http://blog.fens.me/r-na-mice/

caret包數(shù)據(jù)預(yù)處理：https://www.cnblogs.com/Hyacinth-Yuan/p/8284612.html

R語言日期時間處理：https://zhuanlan.zhihu.com/p/83984803

基于R語言進(jìn)行Box-Cox變換：https://ask.hellobi.com/blog/R_shequ/18371

R中數(shù)據(jù)集分割：https://zhuanlan.zhihu.com/p/45163182

Task03 基本的統(tǒng)計分析

待學(xué)習(xí)待更新。

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