R 语言基础

主要参考：

李东风《R 语言教程》
菜鸟教程 - R 语言教程

快速开始

输出

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cat("sin(pi/2)=", sin(pi/2), "\n") # cat()
sink("tmpres01.txt", split=TRUE)
print(sin(pi/6))
print(cos(pi/6))
cat("t(10)的双侧0.05分位数（临界值）=", qt(1 - 0.05/2, 10), "\n")
sink() # sink()

输出到文件

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sink(file = 'log001.txt', append = TRUE)
cat("log10(2)=", log10(2))
cat(" log10(5)=", log10(5))
cat('\n')
sink()

从 CSV 文件中读取

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tab = read.csv2("taxsamp.csv", header = TRUE, as.is = TRUE,
                fileEncoding = "UTF-8")
print(head(tab))
tab = readr::read_csv("taxsamp.csv", show_col_types = FALSE)
print(head(tab))

正态分布

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dnorm(10) + pnorm(10)
qnorm(pnorm(0.9))
norm = function(x) {
  x = abs(x)
  return(rs = 1 - 2*pnorm(-x))
}
norm(1)
## norm = Vectorize(norm); norm(c(1, 2, 3))
norm(c(1, 2, 3))

分布函数名字的前缀有四种：

d - 概率密度函数
p - 概率密度积分函数（从无限小到 x 的积分）
q - 分位数函数
r - 随机数函数（常用于概率仿真）

R 基本运算

R 数据类型

R 基本数据类型有三种：数字、逻辑和文本型。

数值型向量及其运算

向量化函数

R中的函数一般都是向量化的: 在 R 中，如果普通的一元函数以向量为自变量，一般会对每个元素计算。这样的函数包括 sqrt, log10, log, exp, sin, cos, tan 等许多。如

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sqrt(c(1, 4, 6.25))

为了查看这些基础的数学函数的列表，运行命令 help.start()，点击链接"Search Engine and Keywords"，找到"Mathematics"栏目，浏览其中的"arith"和"math"链接中的说明。常用的数学函数有：

舍入 ceiling, floor, round, signif, trunc, zapsmall
符号函数 sign
绝对值 abs
平方根 sqrt
对数与指数函数 log, exp, log10, log2
三角函数 sin, cos, tan
反三角函数 asin, acos, atan, atan2
双曲函数 sinh, cosh, tanh
反双曲函数 asinh, acosh, atanh

有一些不太常用的数学函数：

贝塔函数 beta, lbeta
伽玛函数 gamma, lgamma, digamma, trigamma, tetragamma, pentagamma
组合数 choose, lchoose
富利叶变换和卷积 fft, mvfft, convolve
正交多项式 poly
求根 polyroot, uniroot
最优化 optimize, optim
Bessel 函数 besselI, besselK, besselJ, besselY
样条插值 spline, splinefun
简单的微分 deriv

如果自己编写的函数没有考虑向量化问题，可以用 Vectorize() 函数将其转换成向量化版本。

列表操作

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x <- c(77,60,91,73,85,82,35,100,66,75)
sort(x)
rev(sort(x))
rev(sort(x, decreasing = TRUE))
sum(x)
mean(x)
var(x)
sd(x) ^ 2
range(x) == c(min(x), max(x))
prod(x) # 所有元素的乘积

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typeof(seq(1, 5, by=2)) == typeof(seq(1,5))
seq(0, 2*pi, length.out=100) # 从0到的等间隔序列， 序列长度指定为100
seq(2,5) == seq(to=5, from=2)
rep(0101, 100)

无限

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is.infinite(10)
is.finite(Inf)
c(1,20) %in% c(1,2,10)

复数

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complex(real = c(1,0,-1,0), imaginary = c(0,1,0,-1)) # 指定实部和虚部
complex(mod=1, arg=(0:3)/2*pi) # 指定模和辐角
sqrt(-1) # NaN
sqrt(-1+0i)

逻辑型向量及其操作

比较

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c(1, 3, 5, 9) > c(1, 3)
(1:4) >= (4:1) # brackets are used to specific priority

Comparing with NaN or NA engenders NaN.

1
c(1, NA, NaN) > 3

Using is.na(), you can judge whether a value is NA.

1
is.na(c(1, NA, NaN) > 3)

属于运算符

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c(1,3) %in% c(2,3,4)

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all(c(1, NA, 3) > 2)
any(c(1, NA, 3) > 2)
which(c(FALSE, TRUE, TRUE, FALSE, NA))
which((11:15) > 12)

逻辑运算符

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side <- function() {
  print("side effect")
  return(FALSE)
}

if(TRUE || side()) {
  print("hello")
}

逻辑运算函数

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all(c(1, NA, 3) > 2)
any(c(1, NA, 3) > 2)

1
which(c(FALSE, TRUE, TRUE, FALSE, NA))

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identical(c(1,2,3), c(1,2,3))
identical(c(1L,2L,3L), c(1,2,3))
all.equal(c(1L,2L,3L), c(1,2,3))
identical(c(1,2,3), c(1,2,NA))

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duplicated(c(1,2,1,3,NA,4,NA))
unique(c(1,2,1,3,NA,4,NA))

字符型数据及其处理

`paste` 合并字符串

paste is used to connect two (groups of) strings.

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paste(c("ab", "cd"), c("ef", "gh"))
paste("x", 1:3, sep = "_")

With collapse, you join results into one string.

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paste("x", 1:3, sep = "_", collapse = " + ")
paste(c("x_1", "x_2", "x_3"), collapse = " + ")

`format` 格式化字符串

语法格式如下：

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format(x, trim = FALSE, digits = NULL, nsmall = 0L,
       justify = c("left", "right", "centre", "none"),
       width = NULL, na.encode = TRUE, scientific = NA,
       big.mark   = "",   big.interval = 3L,
       small.mark = "", small.interval = 5L,
       decimal.mark = getOption("OutDec"),
       zero.print = NULL, drop0trailing = FALSE, ...)

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## 显示 9 位，最后一位四舍五入
result <- format(23.123456789, digits = 9)
print(result)

## 使用科学计数法显示
result <- format(c(6, 13.14521), scientific = TRUE)
print(result)

## 小数点右边最小显示 5 位，没有的以 0 补充
result <- format(23.47, nsmall = 5)
print(result)

## 将数字转为字符串
result <- format(6)
print(result)

## 宽度为 6 位，不够的在开头添加空格
result <- format(13.7, width = 6)
print(result)

## 左对齐字符串
result <- format("Runoob", width = 9, justify = "l")
print(result)

## 居中显示
result <- format("Runoob", width = 10, justify = "c")
print(result)

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#> [1] "23.1234568"
#> [1] "6.000e+00" "1.315e+01"
#> [1] "23.47000"
#> [1] "6"
#> [1] "  13.7"
#> [1] "Runoob   "
#> [1] "  Runoob  "

转换

大小写

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toupper('aB cd')
tolower('aB cd')

数字与字符

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as.numeric(substr('JAN07', 4, 5)) + 2000
as.numeric(substr(c('JAN07', 'MAR66'), 4, 5))
as.character((1:5)*5)

索引、切片和分割

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nchar("Lua 迭代器和泛型 for", type="bytes")
nchar("Lua 迭代器和泛型 for", type="chars")
plot.new(); strwidth("Lua 迭代器和泛型 for")

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substr("12345", 2, 4)
substr(c('JAN07', 'MAR66'), 1, 3)
substring(c('JAN07', 'MAR66'), 4)
substring(c('JAN07', 'MAR66'), 1, 3)

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x <- '10,8,7'
strsplit(x, ',', fixed=TRUE)[[1]]

替换

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x <- '1, 3; 5'
gsub(';', ',', x, fixed=TRUE)
strsplit(gsub(';', ',', x, fixed=TRUE), ',')[[1]]

正则表达式

grep() 和 grepl() 函数从字符串中查询某个模式， sub() 和 gsub() 替换某模式
stringr provides more powerful functions. For details, see Regular expressions.

Some useful packages:

R 对象类型

R 数据按对象类型分有六种：向量（vector）、矩阵（matrix）、数组（array）、因子（factor）、数据框（data.frame）、列表（list）。

下标和子集

正整数下标

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x <- c(1, 4, 0.6, 5, 100)
cat("x[1]\t", x[1], "\nx[31]\t", x[31], sep = '')

非整数正数下标会自动被舍去小数部分。

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x <- c(1, 4, 0.6, 5, 100)
x[1.9]

负整数下标

负整数下标表示去除对应元素。

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x <- c(1, 4, 0.6, 5, 100)
x[-2]

空下标和零下标

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x <- c(1, 4, 0.6, 5, 100)
x[]
x[] <- 999
x
x <- 999
x

下标超界

取值时，超界下标对应的值为缺失值 NA
赋值时，向量自动变长，中间没有赋值的值为缺失值 NA

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x <- c(1, 4, 6.25)
x[10]
x[10] <- 10
x

逻辑下标

逻辑下标可以用来取所有符合要求的元素所构成的子集。不过要注意处理缺失值问题。

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x <- c(10, 2, 4, 6.25, NA)
x[x > 3]
x[x > 3 & !is.na(x)]

`which` 函数

函数 which() 可以用来找到满足要求的值对应的下标，如

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x <- c(3, 4, 3, 8, 7, 5, 9)
x %% 2 == 0
which(x %% 2 == 0)
x[which(x %% 2 == 0)]

也可以使用 seq(along=x) 代替：

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x <- c(3, 4, 3, 8, 7, 5, 9)
seq(along=x)
seq(along=x)[x %% 2 == 0]

用 which.min()、which.max() 求最小值的下标和最大值的下标，不唯一时只取第一个。如

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x <- c(3, 4, 3, 9, 7, 5, 9)
which.min(x)
which.max(x)

元素名

向量可以为每个元素命名，如

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ages <- c("李明"=30, "张聪"=25, "刘颖"=28)

或

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ages <- c(30, 25, 28)
names(ages) <- c("李明", "张聪", "刘颖")

或

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ages <- setNames(c(30, 25, 28), c("李明", "张聪", "刘颖"))

然后就可以用元素名作为下标，如

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ages <- c("李明"=30, "张聪"=25, "刘颖"=28)
ages["张聪"]
ages

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ages <- c("李明"=30, "张聪"=25, "刘颖"=28)
unname(ages)
ages
names(ages) <- NULL
names(ages)

unname(ages) 返回去掉元素名的副本，不修改 ages，names(ages) <- NULL 则会去掉 ages 的元素名。

除了给向量元素命名外，在矩阵和数据框中还可以给行、列命名，这会使得程序的扩展更为容易和安全。

用 R 向量下标作映射

R 向量可以用字符型向量作下标，字符型下标也允许重复，所以可以把带有元素名的 R 向量看成是元素名到元素值的映射表。比如，设 sex 为 10 个学生的性别（男、女）。用 R 向量 sex.color 当作映射，可以获得每个学生对应的颜色：

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sex <- c("男", "男", "女", "女", "男", "女", "女", "女", "女", "男")
sex.color <- c("男"="blue", "女"="red")
cols <- sex.color[sex]; print(cols)
unname(cols)    # 使用 unname() 去掉元素名

集合运算

用 %in% 运算符可以判断某值是否在向量中：

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c(5,6) %in% c(1,5,2)

用 match() 可以获取值在向量中首次出现的位置（下标），没有则返回 NA_integer_（整数型缺失值）：

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match(c(2,5,0), c(1,5,2,5))

用 intersect(x,y)、union(x,y)、setdiff(x,y) 分别求交集、并集、补集：

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intersect(c(5, 7), c(1, 5, 2, 5))
union(c(5, 7), c(1, 5, 2, 5))
setdiff(c(5, 7), c(1, 5, 2, 5))

用 setequal() 可判断两个集合是否相等，不受次序与重复元素的影响，如

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setequal(c(1,5,2), c(2,5,1,5))

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print("hell")

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x <- 50L
if(is.integer(x)) {
   print("X 是一个整数")
}

if-else 语句：

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x <- c("google","runoob","taobao")

if("runoob" %in% x) {
   print("包含 runoob")
} else {
   print("不包含 runoob")
}

if-else if-else 语句：

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x <- c("google","runoob","taobao")

if("weibo" %in% x) {
   print("第一个 if 包含 weibo")
} else if ("runoob" %in% x) {
   print("第二个 if 包含 runoob")
} else {
   print("没有找到")
}

`switch`

switch 语句格式如下：

1
switch(expression, case1, case2, case3....)

switch 语句中的 expression 是一个常量表达式，可以是整数或字符串，如果是整数则返回对应的 case 位置值，如果整数不在位置的范围内则返回 NULL。
如果匹配到多个值则返回第一个。
expression 如果是字符串，则对应的是 case 中的变量名对应的值，没有匹配则没有返回值。
switch 没有默认参数可用。

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x <- switch(3,
    "google",
    "runoob",
    "taobao",
    "weibo"
)
print(x)
you_like <- "runoob"
switch(you_like,
    google = "www.google.com",
    runoob = "www.runoob.com",
    taobao = "www.taobao.com"
)

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#> [1] "taobao"
#> [1] "www.runoob.com"

循环

循环控制语句

R 提供 break 和 next 两个循环控制语句：

break：终止循环，跳转到循环外
next：终止本次循环，开始下一次循环，与其他语言中的 continue 一样

循环类型

`while` 循环

语法格式如下：

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while(condition)
{
   statement(s);
}

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v <- c("Google","Runoob")
cnt <- 2

while (cnt < 7) {
   print(v)
   cnt = cnt + 1
}

`repeat` 循环

语法格式：

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repeat {
    # 相关代码
    if(condition) {
       break
    }
}

repeat 无法自己退出，需要依靠 break 语句退出：

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v <- c("Google", "Runoob")
cnt <- 2

repeat {
    print(v)
    cnt <- cnt + 1
    if (cnt > 5) {
        break
    }
}

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#> [1] "Google" "Runoob"
#> [1] "Google" "Runoob"
#> [1] "Google" "Runoob"
#> [1] "Google" "Runoob"

repeat 其实相当于 while(TRUE)。以上代码可以写做

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v <- c("Google", "Runoob")
cnt <- 2

while (TRUE) {
    print(v)
    cnt <- cnt + 1
    if (cnt > 5) {
        break
    }
}

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#> [1] "Google" "Runoob"
#> [1] "Google" "Runoob"
#> [1] "Google" "Runoob"
#> [1] "Google" "Runoob"

`for` 循环

语法格式如下：

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for (value in vector) {
    statements
}

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v <- LETTERS[1:4]
for (i in v) {
    print(i)
}

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#> [1] "A"
#> [1] "B"
#> [1] "C"
#> [1] "D"

R 函数

定义函数

R 语言中的函数定义使用 function 关键字，一般形式如下：

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function_name <- function(arg_1, arg_2, ...) {
    # 函数体
    return(0)
}

使用参数

函数参数，可以按函数创建时的参数顺序来传递，也可以按参数名传递：

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## 创建函数
f <- function(a, b, c) {
    result <- a * b + c
    print(result)
}

## 按顺序传递
f(5, 3, 11)

## 按参数名传递
f(a = 11, b = 5, c = 3)

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#> [1] 26
#> [1] 58

懒惰计算的函数

只有用到某一个参数时，函数才会去查找这个参数，此时如果发现没有传递该参数，函数会报错，否则忽视：

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f <- function(a, b) {
    print(a^2)
    print(a)
    print(b) # 使用到 b，但未传入，所以会报错
}

## 传入一个参数 a
f(6)

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#> Error in f(6): 缺少参数"b",也缺失默认值

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#> [1] 36
#> [1] 6

R 数据结构

Data Frame

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paths_len <- data.frame(
    row.names = c("A", "B", "C", "D"),
    "1" = c(0, 1, 1, 1),
    "2" = c(1, 0, 1, 2),
    "3" = c(1, 1, 0, 1),
    "4" = c(1, 2, 1, 0)
)
print(paths_len)
print(as.matrix(paths_len))

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#>   X1 X2 X3 X4
#> A  0  1  1  1
#> B  1  0  1  2
#> C  1  1  0  1
#> D  1  2  1  0
#>   X1 X2 X3 X4
#> A  0  1  1  1
#> B  1  0  1  2
#> C  1  1  0  1
#> D  1  2  1  0