Статистическая обработка экспериментальных данных. Язык R в задачах планирования эксперимента. Учебное пособие

Язык R в задачах планирования эксперимента

Цель занятия: изучить основные возможности среды разработки RGui, научится понимать и писать простейшие запросы на языке R, изучить алгоритмы и программы получения выбранных типов моделей.

В пособии приведены примеры реализации на языке R простейших функций, операций чтения файла, работы с массивами, построения графиков и применения ветвления.

Практическая часть содержит следующие задания: использование агрегатных функция для работы с массивами, построение графика функций, работа с операторами ветвления и цикла.

Занятия по изучению языка R и его применению для решения задач статистической обработки результатов эксперимента могут проводиться в виде лабораторных работ либо практических занятий. Для работы достаточно располагать компьютерным классом с установленным RGui. Язык программирования R, а так же и среда RGui 3.4 являются свободно-распространяемым программным обеспечением, и лицензируется в соответствии с GNU GeneralPublicLicense от 23 июня 2007 года. Полный текст лицензионного соглашения представлен на сайте: https://www.r- project.org/Licenses/GPL.

3

1.Основные положения. Интерфейс

1.1.Информация о языке программирования R

R – статистическая система анализа, созданная Россом Ихакой и Робертом Гентлеманом (1996, J.Comput. Граф. Stat., 5: 299-314).

R является и языком, и программным обеспечением. Язык и среда являются свободно-распространяемыми проектами с открытым исходным кодом. Они поддерживаются и развиваются организацией R

Foundation.

Наиболее замечательные особенности R:

эффективная обработка данных и простые средства для сохранения результатов;

набор операторов для обработки массивов, матриц, и других сложных конструкций;

большая, последовательная, интегрированная коллекция инструментальных средств для проведения статистического анализа;

многочисленные графические средства;

простой и эффективный язык программирования, который включает много возможностей.

Язык R рассматривают как диалект языка S созданный AT&T Бэлл Лаборатории. S доступен как программное обеспечение S-PLUS коммерческой системы MathSoft. Есть существенные различия в концепции R и S (те, кто хочет знать больше об этом могут читать статью, написанную Gentleman и Ihaka (1996) или R-FAQ (часто задаваемые вопросы) (http://cran.rproject.org/doc/FAQ/R-FAQ.html).

4

R доступен в нескольких формах: исходный текст программ, написанный на C (и некоторые подпрограммы в Fortran77) и в откомпилированном виде.

Реализации языка программирования R и среды RGui доступны для различных ОС: Windows, Linux и Mac OS X.

Распространение среды, языка и дополнительных пакетов происходит через специальные репозитории CRAN (Comprehensive R ArchiveNetwork). Головной узел CRAN: http://cran.r-project.org/

R – язык со многими функциями для выполнения статистического анализа и графического отображения результатов, которые визуализируется сразу же в собственном окне и могут быть сохранены в различных форматах (например, jpg, png, bmp, eps, или wmf под Windows, ps, bmp, pictex под Unix). Результаты статистического анализа могут быть отображены на экране. Некоторые промежуточные результаты (P-values, коэффициент регрессии и т.п.) могут быть сохранены в файле и использоваться для последующего анализа. R – язык, позволяющий пользователю использовать операторы циклов, чтобы последовательно анализировать несколько наборов данных. Также возможно объединить в отдельную программу различные статистические функции, для проведения более сложного анализа.

Главная особенность R – ее гибкость. Например, анализ может быть сделан без отображения результата. Действительно, иногда необходима только часть результатов, которая представляет интерес.

5

1.2. Установка среды RGui для Windows

Установка среды программирования не представляет никакой сложности. На первом шаге необходимо загрузить среду разработки с сайта производителя перейдя по ссылке: https://cran.r- project.org/bin/windows/base/

Установочный файл среды RGui занимает порядка 70 Мб. После скачивания, необходимо открыть установочный файл, указать путь установки среды, при необходимости включить или отключить поддержку x64 архитектуры.

Втом случае, если установка прошла успешно, в меню «Пуск»

ина рабочем столе появится ярлык среды RGui.

Рисунок 1 - Ярлык программы RGui

1.3. Среда программирования RGui

RGui – это стандартная графическая оболочка R, поставляемая в комплекте с самим пакетом (рисунок 2). RGui быстро загружается и достаточно удобна в использовании. В ней есть три вида окон:

консоль;

окно скрипта;

окно графического устройства.

Вконсоли набираются и отправляются на выполнение (нажатием Enter) команды R.

6

Особенности консоли:

перемещения клавишами – стрелками по истории команд;

дополнение команды – Tab;

прекращение выполнения команды – Esc;

переключение в другое окно – Ctrl+Tab;

очистка консоли – Ctrl+L.

Рисунок 2 – Консоль RGui

Для создания собственных программ (скриптов) удобнее использовать не консоль, а окно скрипта (рисунок 3).

Открыть его можно в меню Файл/Новыйскрипт. Первое окно открывается с помощью меню, последующие – там же или комбинацией клавиш Ctrl+N.

7

Обратите внимание на то, как изменилась панель инструментов по сравнению с консолью (рисунок 2).

В окне скрипта вы можете набирать команды и выполнять их как по одной, так и целыми блоками, с помощью комбинации Ctrl+R (на панели инструментов так же есть соответствующая кнопка).

Рисунок 3 - Окно скрипта в RGui

Рисунок 4 – Выделенную часть кода можно отправить на выполнение комбинацией клавиш Ctrl+R

В результате получим графическое окно или, по терминологии R – графическое устройство, с построенным в нём графиком синусоиды (рисунок 5). Забегая вперёд, заметим, что такой подход позволяет единообразно описывать графические окна и графические файлы. Вернуться к консоли можно нажатием кнопки на панели инструментов (рисунок 6) или при помощи Ctrl+Tab.

8