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

При выходе из RGui, среда предложит сохранить рабочее пространство (рисунок 9).

Рисунок 9 – Сохранение рабочего пространства по выходу из Gui

Сохранение рабочего пространства и его последующая загрузка в новом сеансе работы с R (Файл/Загрузить рабочее пространство...) позволяют продолжить работу с того места, где она была прервана. При этом сохраняются значения всех переменных, вычисленные на прошлом сеансе работы.

11

2. Практическая часть

2.1.Основные операторы

Объявление переменных

В отличие от большинства языков программирования, в языке R отсутствует типизация переменных. Переменная может хранить в себе любое значение, функцию, или даже фрагмент кода.

Для передачи переменной значения в языке R применяется следующий оператор <- (меньше и минус).

Например

>A <- 1

>B <- “info”

>B <- A

Отображение и удаление объектов памяти

Функция ls() показывает объекты, находящиеся памяти, отображая только их названия.

При записи нескольких команд в одной строке, для того чтобы отделить одну команду от другой используется символ ";" (точка с запятой).

Например

> name <- "Имя"; n1 <- 1; n2 <- 100

>ls()

[1] "n1" "n2" "name"

12

Вывод значения переменной

Для того чтобы получить информацию о содержимом переменной, достаточно написать её название в окне ввода команд:

Например

> n1 [1] 1

Обратите внимание на значение в квадратных скобках перед числом 100. Это индекс, по которому расположено данное значение в массиве A. Условно говоря, в языке R нет понятия скалярных величин. Все переменные векторного типа, и начинают свою нумерацию с 1, а не с 0, как в большинство языков программирования.

Текущая папка

Для того чтобы загружать данные и сохранять результаты работы необходимо указать текущий рабочий каталог, в котором располагаются все исходные данные и результаты работы. Чтобы указать текущую папку необходимо в настройках среды выбрать пункт меню: Файл  Изменить папку…

Проделать подобную операцию возможно и с использованием команд языка.

Например

>#Указать текущим каталогом D:\users\845M

>setwd(‘D:/users/845M’)

>#Получить имя текущего каталога

>getwd()

13

Комментарии

Для улучшения читаемости кода, допускается применение комментариев. Для того, чтобы информировать систему о том, что дальнейшее содержимое – комментарий, ставится символ #.

Например

> # Программа 1

>A<- 1 # Комментарий к строке 1

2.2.Данные в R

Объекты

R работает с объектами, которые имеют два встроенных атрибута: тип данных и длина. Тип данных – вид элемента; имеются четыре типа данных: num(числовой), char(символьный), complex(комплексный) и logical(логический). Длина - общее количество элементов объекта.

Таблица 1 – Возможные типы данных для R объектов

14

vector (вектор) – обычная переменная. factor (фактор) – категорийная переменная. array (массив) – таблица с k измерениями

matrix (матрица) – частный случай массива с k = 2. У массива и матрицы все элементы одного и того же типа.

data.frame – таблица состоящая из нескольких векторов одинаковой длины, но возможно различных типов.

Ts – набор данных временного ряда, содержащий дополнительные атрибуты, такие как: частота и дата.

Несмотря на то, что язык слабо типизирован, в нём имеется возможность преобразовывать числовые значения к строковым и наоборот. Для того чтобы получить информацию о типе данных переменной достаточно воспользоваться функцией typeof.

Например

>A <- 1

>B <- “text”

>typeof(A) [1] “double” >typeof(B)

15

[1] “string”

Чтение данных из файла

Для того чтобы обрабатывать данные, необходимо их предварительно прочитать из файла, расположенного в текущем каталоге. Рассмотрим чтение данных из файла.

Например

>#Читаем по строкам файл data.txt

>readLines("data.txt") [1] "12" "13" "14"

>#Читаем по строкам файл из Интернета readLines("https://valera.ws/files/ya.weather/cities-cp1251.csv")

Данные, наиболее часто применяемые в статистической обработке, представлены в виде таблиц. Для более удобной работы с ними в языке R представлено несколько функций, упрощающих чтение подобного рода данных.

Обратите внимание на то, что к файлам, расположенным в текущем каталоге не обязательно указывать полный путь. Достаточно лишь указать их имя.

Наиболее распространённый формат хранения данных, представленных в виде таблиц это CSV – значения, разделённые спецсимволами. По умолчанию, символом разделителем считается; Однако бывают и запятые, и знаки табуляции.

Верхнюю строку принято считать названиями столбцов. Если она присутствует в файле, то во время вызова команды необходимо указать параметр header = TRUE. Если строка с названиями столбцов

16

отсутствует, то параметр header требуется установить в значение

FALSE.

Например

>#Читаем содержимое таблицы stu.csv

>#Все поля таблицы разделяются символом;

>read.csv2("stu.csv", header = TRUE)

Обратите внимание, что в данном случае значение параметра написано вместе с его именем. Язык R допускает изменять расположения аргументов функции, при этом только необходимо указать название данного параметра.

Например

>#Данныевариантывызоваэквивалентны

>read.csv2(file = "stu.csv", header = TRUE)

>read.csv2("stu.csv", TRUE)

>read.csv2(header = TRUE, file = "stu.csv")

>read.csv2("stu.csv")

>read.csv2(file = "stu.csv")

17

В том случае, если поля разделены другим символом, то необходимо указать ещё один параметр – sep. Он указывает на то, каким символом элементы строки будут дробиться на ячейки.

Например

> #Разделитель – точка с запятой

>read.csv2("stu.csv", sep= “;”)

2.3.Массивы

Операции с матрицами

Ключевым элементом статистической обработки являются данные. Наиболее часто эти данные представляются в наиболее удобном виде, в форме векторов, таблиц и матриц.

В языке R существует специальная функция c(), которая объединяет элементы в единый вектор.

Например

># Создать массив A из элементов 1, 2, …, 6

>A<- c(1,2,3,4,5,6)

># То же самое, но через диапазон

>A <- c(1:6)

Если требуется записать в переменную последовательность с учётом шага, то используется функция seq(). Если необходимо повторить несколько элементов подряд, то применяют функцию rep().

Например

># Создать массив B из элементов 1.0, 1.5, …, 3.0

>B <- seq(from = 1, to = 3, by = 0.5)

18

> # Создать массив C, содержащий 5 единиц подряд

>C<- rep(1, 5)

Индексирование элементов массива

Все элементы массива именуются, начиная с индекса 1. А сам индекс указывается в скобках. Рассмотрим несколько вариантов обращения к элементам одномерного массива (вектора) по их индексам.

Например

>#Получаем i-ый элемент массива В

>В[i]

>#Получаем вектор, в котором нет элемента

>#с индексом i

>B[-i]

>#Получаем вектор из n-первых элементов

>B[1:n]

>#Получаем вектор из всех элементов массива

>#кроме n-первых

>B[-(1:n)]

>#Получаем 1-ый и 3-ий элементы массива

>B[c(1,3)]

>#Выбираем только те элементы, которые > 5

>B[B > 3]

>#Выбираем элементы, входящие в диапазон (-1; 3]

19

x[x > -1 & x <=3]

Для работы с матрицами в языке предусмотрены следующие возможности.

Например

>#Получаем транспонированную матрицу M

>t(M)

>#Получаем главную диагональ матрицы M

>diag(M)

>#Перемножение матриц M и N

>M%*%N

>#Находит решение СЛАУ

>solve(A, B)

>#Обратная матрица

>solve(A)

>#Вычисление сумм элементов по каждой строке

>rowsum(M)

>#Вычисление средних значений по столбцам

>colMeans(M)

2.4.Математические операции

Язык R имеет множество различных функций, прежде всего статистического характера, позволяющих в одно действие рассчитать СКО, найти значение выражения и т.д.

20