R语言的入门学习笔记（部分）

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本文学习主要为打卡内容使用，非教程。

内容来源：本学习教程主要参考来源网址：https://rlearning.netlify.app/

辅助视频教程：B站:https://www.bilibili.com/video/BV19x411X7C6?p=24

本学习内容课程大纲

Task00：熟悉规则与R语言入门（1天）

安装
环境配置

Task01 数据结构与数据集（3天）

编码基础
数据类型
特殊数据类型
table like 数据类型
加载数据 (csv, rds, excel, Rdata)
实例

Task02 数据清洗与准备（3天）

重复值处理
缺失值识别与处理
异常值识别与处理
特征处理
规范化与偏态数据

Task03 基本统计分析（3天）

多种方法获取描述性统计量
分组计算描述性统计
频数表和列联表
相关
方差分析

Task04 数据可视化（3天）

ggplot2包介绍
散点图
直方图
柱状图
饼状图
折线图
ggplot2扩展包主题

Task05 模型（3天）

回归模型
分类模型

本次学习根据课程大纲安排，将在2021年8月16日-2021年8月31日完成学习

Task00 R/Rstudio的安装

R语言下载网址：https://cloud.r-project.org/，R 语言是一门用于统计计算与绘图的编程语言和开源软件

RStudio下载网址：https://www.rstudio.com/products/rstudio/ 它包括一个控制台、语法突出显示的编辑器、直接执行代码的支持，以及用于绘图、历史记录、调试和工作区管理的工具。

对于安装过程，可百度进行。

在console窗口中可查询包的用法信息，通过输入首字母然后可通过键盘按键Tab进行补全包的名称。

可通过在Console输入getwd()函数来获取当前工作路径

右下角图展示的当前项目中的文件数据等

调整写代码的颜色主题：

Global Options-Appearance-RStudio Theme

快捷按键：

window：

control + 🔼 可一次性查询历史记录

alt+shift+k

MacOS：

Command + 🔼 可一次性查询历史记录

option+shift+k 查询所有快捷操作

ESC中断语句进行

cltr + L清除console中的记录

切换镜像源：

由于网速慢的原因，有时安装包会安装失败。

通过将包安装切换至中国镜像来解决：点【Tools】→【Global Options...】→【Packages】→【Change...】→【选中一个中国镜像】→【OK】→【OK】。如下图，以后安装包都会通过这个镜像。

R包的安装：

在选中合适的镜像源后，可在console窗口，输入命令

在线安装：

install.packages("包名称")

离线安装：

下载好安装文件后，通过packages-install-选择安装路径

查看已安装的全部R包：

.packages(all.available=T)

查看单独的包：

library("包名")

Task01 数据结构与数据集

Getwd()获取路径

在 R Studio 中可以使用快捷键

window：

Alt + -来输入<-

Mac：

option + -来输入<-

在R语言中的基础运算符号过程

赋值：

在 R 中基础赋值的符号有三种：

一个向左的箭头<-表示将箭头右方的值取名叫做箭头左侧的名字，或者将箭头右侧的值存储在箭头左侧的名字里；
一个向右的箭头->表示将箭头左侧的值储存在箭头右侧的名字里；
一个等号=表示将箭头右侧的值存储在箭头左侧的名字里。

x<-1
y<-2
x+y

函数：其实就是某些功能的赋值,比如addone此时就是函数

addone<-function(x=0) {
x+1
}

loop循环：

R 中的循环函数包括for，while，和repeat

for用法：

for (variableinvector) {

}

在console窗口输入?for即可查找相关用法，或在help栏中输入也可

此处R中的loop用法跟Python中的很像，主要是条件的判断。

管道pipe：说起来就是简化函数的定义，能更方便的修改和识别函数。

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

数据类型：

在R中有五种基础数据类型，包括三个数值型、一个逻辑型和一个字符型。

数值型数据包括三种，分别是默认的实数数值型数据（double）、整数类型（integer）和复数类型（complex）：

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

判断数值类型：

typeof()

逻辑型（logical）数据只包括两个值，TRUE（T）和 FALSE（F）:

字符型数据（character）可以总结为“任何带引号的值”。在Python中表示未字符串类型string

向量vector，向量是由一组相同类型的值组成的一维序列。vec_num <- c(1, 2, 3)，在向量中可使用sum、mean等函数进行计算。sum(vec_num) = 6

因子（factor），可以使用函数factor和c组合来创建。它与字符向量的主要区别在于因子向量的独特值（levels）是有限个数的。

数值类型转换：

按照自由程度将已经提到的几种向量以从高到低的排序可得

字符>数值>逻辑

在数值型内的排序从自由度高到低为

复数>实数>整数

三种截取子集的符号：[、[[ 和 $（其中$不能用在基础向量上）

特殊数据类型

日期：处理的包（lubridata）

时间序列time series，首先要确保安装了forecast包

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

矩阵（matrix)

在R里，矩阵是一个按照长方阵列排列的、有着固定行数和列数的、包含同一类型数据的集合。可使用函数matrix

对于一个矩阵来说，主要的命名集中于行名rownames和列名colnames：

列表（list)

它和向量或者矩阵不一样，在一个列表中可以储存各种不同的基本数据类型。你既可以存三个数字，也可以把数值型、字符型、逻辑型混合

数据表（data frame与tibble）

一个数据表（data frame）的本质是一个列表（list）

内置数据集

使用data命令来查看、使用可用数据集

读取数据文件

# 读取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也可以直接读取其他软件的数据类型。这里列举使用haven包读写 SPSS 的 sav 和 zsav、 Stata 的 dta、SAS 的 sas7bdat 和 sas7bcat。

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

对于函数的介绍，可参考文章《R语言函数总结》

练习题

Task02 数据清洗与准备

这一章节有点难，需要花时间来琢磨。主要是对包的加载和使用其中的函数不了解。

环境配置（包加载）

数据集1：加载数据（本地文件h1n1_flu.csv）和查看部分数据（从33个特征中筛选出10个特征用于后续处理）

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)

数据集2：波士顿房价数据集（mlbench包中）（13个特征+1个预测字段）

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

重复值处理

unique()函数可以对数据进行整体去重，distinct()函数可以针对某些列去重。

# 整体去重
h1n1_data_de_dup1<-unique(h1n1_data)

# 指定根据列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)

缺失值识别和处理

常用方法：

在R语言中，惯用会把缺失值表示为NA，一般可使用is.na(a)，!complete.cases(a)来识别a是否为缺失值

# 假设定义的一个变量中存在缺失值
y<-c(1, 2, 3, NA)

# 用is.na在识别是否为缺失值
is.na(y)

# 用!complete.cases()在识别是否为缺失值
!complete.cases(y)

缺失值统计（使用is.na(x)）

# 数据集中总缺失数据量
sum(is.na(h1n1_data))

# 数据集中某一列缺失数据量
sum(is.na(h1n1_data["h1n1_knowledge"]))

数据中某一行来统计。

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

还可以调用现成的包。

缺失值机制与分析：

分为完全随机缺失（MCAR），随机缺失（MAR）和非随机缺失（MNAR）

（1）完全随机缺失：缺失现象完全随机发生，与自身或其他变量的取值无关。（2）随机缺失：缺失数据的发生与数据库中其他无缺失变量的取值有关。如果缺失和观测值之间存在系统关系，则为MAR（2）非随机缺失：若缺失数据不属于MCAR和MAR，数据的缺失依赖于不完全变量本身，则数据为非随机缺失。

可视化分析缺失数据关联的方法：

使用VIM中的aggr函数：

# cex.axis调整轴字体大小，oma调整外边框大小
aggr(h1n1_data, cex.axis=.6, oma=c(9, 5, 5, 1))

# 先简单处理一下一些类别变量的顺序
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) # 查看顺序

# 矩阵图可视化
par(mar=c(9, 4.1, 2.1, 2.1)) # x轴标签太长，调用par()函数调整外边框的大小
matrixplot(h1n1_data_matplt, sortby="chronic_med_condition", cex.axis=0.7) # cex.axis为调整坐标轴字体大小

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

# 计算相关系数
cor(shadow_mat)

# 相关系数热力图
heatmap(cor(shadow_mat))

缺失值处理：

1.将缺失值作为变量值使用

2.删除法

3.插补法

教程介绍了删除和插补法：

1.删除法：

行删除使用函数：complete.cases()或na.omit()

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

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

#比如删除health_insurance
h1n1_data_col_del1<-subset(h1n1_data, select=-c(health_insurance))

2.插补法：简单插补法、拟合插补法、多重插补法

还需要多查找资料了解：

多重插补法： 处理缺失值之多重插补（Multiple Imputation）https://zhuanlan.zhihu.com/p/36436260

异常值识别

识别：有几种常用方法，包括可视化图形分布识别（箱线图）、z-score识别、局部异常因子法（LOF法）、聚类法等。

z-score是一种一维或低维特征空间中参数异常检测方法。它假定数据是高斯分布，异常值是分布尾部的数据点，因此远离数据的平均值。一般将z-score低于-3或高于3的数据看成是异常值。

局部异常因子法(LOF)，是一种无监督的离群检测方法，是基于密度的离群点检测方法中一个比较有代表性的算法。适用于在中等高维数据集上执行异常值检测。

特征编码

特征编码其实在很多程序语言中都会使用到，它是对一类特征的一种归类，能更好的用于后续的数据处理。

1.独热编码/哑编码

One-hot encoding 和 dummy，是将类别变量扩充为多个只显示0，1的变量，每个变量代表原类别变量中的一个类。 ——来源学习教程

2.标签编码

标签编码(Label Encoder)是将类别变量转换成连续的数值型变量，通常对有序的变量进行标签编码，既保留了顺序信息，也节约了空间（不会扩充变量）

3.手动编码

即自定义编码，可以用特定的函数进行处理，比如case_when()

规范化与偏态数据

为什么要数据规范化？简单来说是为了去除数据量纲和数据大小的差异，确保数据是在同一量纲或者同一数量级下进行比较，一般用在机器学习算法之前。数据规范化又可以使用0-1规范化，Z-score等方法。

为什么要处理偏态数据？。很多模型会假设数据或参数服从正态分布。例如线性回归(linear regression)，它假设误差服从正态分布。——来源学习教程

规范化的方法：

1.0-1规范化

2.Z-score标准化

3.对数转换（log transform）

4.Box-Cox

附录：参考资料

理论资料

数据的预处理基础： 如何处理缺失值 https://cloud.tencent.com/developer/article/1626004

多重插补法： 处理缺失值之多重插补（Multiple Imputation）https://zhuanlan.zhihu.com/p/36436260

异常值检测： R语言--异常值检测 https://blog.csdn.net/kicilove/article/details/76260350

异常值检测之LOF： 异常检测算法之局部异常因子算法-Local Outlier Factor(LOF) https://blog.csdn.net/BigData_Mining/article/details/102914342

规范化： 规范化、标准化、归一化、正则化 https://blog.csdn.net/u014381464/article/details/81101551

什么样的模型对缺失值更敏感？：https://blog.csdn.net/zhang15953709913/article/details/88717220

R语言函数用法示例

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

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

VIM教学网页：https://www.datacamp.com/community/tutorials/visualize-data-vim-package

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

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

mice检验结果解释：http://blog.fens.me/r-na-mice/

caret包数据预处理：https://www.cnblogs.com/Hyacinth-Yuan/p/8284612.html

R语言日期时间处理：https://zhuanlan.zhihu.com/p/83984803

基于R语言进行Box-Cox变换：https://ask.hellobi.com/blog/R_shequ/18371

R中数据集分割：https://zhuanlan.zhihu.com/p/45163182

Task03 基本的统计分析

待学习待更新。

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关键词

变量

缺失值

函数

R语言

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