语言入门教程.ppt

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1、 语言入门教程 中国地质大学（武汉）图书馆中国地质大学（武汉）图书馆 高思宇高思宇报告内容一、R简介二、R函数与对象三、编写脚本四、R绘图五、编写函数一、一、R 简简 介介R语言的由来oR语言是从S语言演变而来的。oS语言是二十世纪70年代诞生于贝尔实验室，由Rick Becker,John Chambers,Allan Wilks开发。o基于S语言开发的商业软件Splus，可以方便的编写函数、建立模型，具有良好的扩展性，取得了巨大成功。o1995年由新西兰Auckland大学统计系的Robert Gentleman和Ross Ihaka，编写了一种能执行S语言的软件，并将该软件的源代码全部公

2、开，这就是R软件，其命令统称为R语言。R软件简介oR是开源软件，代码全部公开，对所有人免费。oR可在多种操作系统下运行，如Windows、MacOS、多种Linux和UNIX等。oR需要输入命令，可以编写函数和脚本进行批处理运算，语法简单灵活。o目前在R网站上约有2100个程序包，涵盖了基础统计学、社会学、经济学、生态学、地理学、医学统计学、生物信息学等诸多方面。下载和安装RThe Comprehensive R Archive Network简称CRAN，提供下载安装程序和相应软件包。R主页 http:/www.r-project.org/Windows版本下载地址之一：http:/ 开始安

3、装。一直点击下一步，各选项默认。图1 R软件首页 http:/www.r-project.org/图2 R登陆界面(Windows版)菜单栏菜单栏快捷按钮快捷按钮控制台控制台命令行命令行R程序包为什么要安装程序包？为什么要安装程序包？特定的分析功能，需要用相应的程序包实现。例如：时间序列分析，往往要用到TSA程序包，多元正态分布mvtnorm包等等。程序包是什么？程序包是什么？R程序包是多个函数的集合，具有详细的说明和示例。Window下的R程序包是已经编译好的zip包。每个程序包包含R函数、数据、帮助文件、描述文件等。常用R程序包base-R 基础功能包stats-R统计学包nlme-线性及

4、非线性混合效应模型Graphics-绘图lattice-栅格图TSA-时间序列分析mvtnorm-多元正态分布分析truncnorm-截尾正态分布cluster-聚类分析图3 所有程序包介绍 http:/ TSA包页面R程序包在CRAN 提供了每个包的源代码和编译好的MacOS、Window下的程序包以TSA包为例，CRAN提供了：Package source:TSA_1.01.tar.gzMacOS X binary:TSA_1.01.tgz Windows binary:TSA_1.01.zip Reference manual:TSA.pdf 等Window平台下程序包为zip文件，安装

5、时不要解压不要解压。R程序包安装1 连网时，用函数install.packages()，选择镜像后，程序将自动下载并安装程序包。例如：打开RGui,在控制台中输入 install.packages(“TSA)2 安装本地zip包路径：Packagesinstall packages from local files选择光盘或者本地磁盘上存储zip包的文件夹。程序包使用在控制台中输入如下命令：library(TSA)查看帮助文件如何知道TSA程序包内部都有哪些函数？最常用的方法：1 输入命令?TSA2 查看pdf帮助文档（从程序包下载页面下载）帮助文件的内容以lm函数为例：?lm为什么要学习编程

6、?界面操作直观易学，但也存在一些不足：操作的过程难以保存，数据处理不够灵活，在进行步骤繁多的数据处理工作时十分费时费力；在建立模型或自己编写函数时也会遇到困难。而这些困难可以通过编程解决。学习R编程，首先要了解R的函数、对象及其操作。二、R函数与对象R的函数R是一种解释性语言，不需要先编译成.exe文件，输入后可直接运行。函数形式 function(对象，选项=)平均值 mean()线性回归 lm(yx,data=test)R处理的所有数据、变量、函数和结果都以对象的形式保存。R的函数每一个函数执行特定的功能，后面紧跟括号，例如：平均值 mean()求和 sum()绘图 plot()排序 so

7、rt()除了基本的运算之外，R的函数又分为高级和低级函数，高级函数内部嵌套了复杂的低级函数，例如plot()是高级绘图函数，函数本身会根据数据的类型，经过程序内部的函数判别之后，绘制相应类型的图形，并有大量的参数可选择。部分函数计算计算log(x)log10(x)exp(x)sin(x)cos(x)tan(x)asin(x)acos(x)min(x)max(x)range(x)length(x)统计检验统计检验mean(x)sd(x)var(x)median(x)quantile(x,p)cor(x,y)t.test()lm(y x)wilcox.test()统计检验统计检验lm(y f+x)

8、lm(y x1+x2+x3)bartlett.testbinom.testfisher.testchisq.testglm(y x1+x2+x3,binomial)friedman.test.图5 箱线图修饰前后(左：默认值，右：修改属性后)boxplot(count spray,data=InsectSprays)boxplot(count spray,data=InsectSprays,col=red)R函数调用及其选项R函数调用及其选项函数的调用方法,函数名+()如 plot(),lm(),并将对象放入括号中，“=”表示设定参数。例如：boxplot(daytype,data=bac,c

9、ol=“red“,xlab=“Virus”,ylab=“days”)daytype，以type为横轴，day为纵轴绘制箱线图。data=bac 数据来源baccol=“red”箱线图为红色xlab=“Virus”横轴名称为Virusylab=“days”纵轴名称为days赋值与注释在控制台中键入如下命令2+2a-2代替（一般用=比较快捷）b-2c,=,=,!=逻辑运算 与、或、非!,&,&,|,|外部数据读取 最为常用的数据读取方式是用read.table()函数或read.csv()函数读取外部txt或csv格式的文件。txt文件，制表符间隔 csv文件，逗号间隔 一些R程序包（如forei

10、gn）也提供了直接读取Excel,SAS,dbf,Matlab,spss,systat,Minitab文件的函数。read.table()的使用例：test.data-read.table(D:/R/test2.txt,header=T)header=T表示将数据的第一行作为标题。read.table(file=file.choose(),header=T)可以弹出对话框，选择文件。实例：从数据输入到t检验现有6名患者的身高和体重，检验体重除以身高的平方是否等于22.5。编号123456身高 m1.751.801.651.901.741.91体重kg607257909572表1 六名患者的身高

11、和体重第一种方式：从控制台输入数据数据量较少时可以从控制台直接输入：height-c(1.75,1.80,1.65,1.90,1.74,1.91)weight-c(60,72,57,90,95,72)sq.height-height2ratio-weight/sq.heightt.test(ratio,mu=22.5)或或mean(ratio)=22.5第二种方式 从外部读取数据数据量较大时用read.table函数从外部txt文件读取第1步 将Excel中的数据另存为.txt格式（制表符间隔）或.csv格式。第2步 用read.table()或read.csv()函数将数据读入R工作空间，并

12、赋值给一个对象。图6 在Excel中将数据存为txt文件实例：t检验(续)一般从txt文档读取数据。每一行作为一个观测值。每一行的变量用制表符，空格或逗号间隔开。read.table(”位置位置”,header=T)read.csv(”位置位置”,header=T)#从外部读取数据data1-read.table(d:/t.test.data.txt,header=T)#Attach(data1)bmi-data1$weight/data1$height2t.test(bmi,mu=22.5)#t检验实例：从数据输入到单因素方差分析 将三种不同菌型的伤寒病毒a,b,c分别接种于10，9，和11

13、只小白鼠上，观察其存活天数，问三种菌型下小白鼠的平均存活天数是否有显著差异。a菌株：2,4,3,2,4,7,7,2,5,4 b菌株：5,6,8,5,10,7,12,6,6 c菌株：7,11,6,6,7,9,5,10,6,3,10 准备数据表图7 数据表的准备实例：方差分析(续)#数据读取，将test1.txt中的内容保存到bac中，header=T表示保留标题行。bac-read.table(d:/anova.data.txt,header=T)#将ba数据框中的type转换为因子(factor)bac$type-as.factor(bac$type)ba.an-aov(lm(daytype,

14、data=bac)summary(ba.an)boxplot(daytype,data=bac,col=red)图8 三种菌型对小白鼠影响的箱线图向量、矩阵和数据框的生成与排序有时需要对读入的数据进行操作，将某一向量转换成矩阵，如条件筛选，此时将遇到向量、矩阵和数据框的生成、排序等。向量的创建四种类型的向量字符型character-c(China,Korea,Japan,UK,USA,France,India,Russia)数值型numeric-c(1,3,6,7,3,8,6,4)逻辑型logical-c(T,F,T,F,T,F,F,T)复数型 略向量的创建A=c(2,5,6,9)rep(2,

15、times=4)seq(from=3,to=21,by=3)1 3 6 9 12 15 18 211:15 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15通过与向量的组合，产生更为复杂的向量。rep(1:2,c(10,15)向量:随机数的生成runif(10,min=0,max=1)1 0.32227168 0.12759789 0.33849635 0.84843855 0.67293416 0.14646444 7 0.60117150 0.39023874 0.04219423 0.67102520rnorm(10,mean=0,sd=1)1-1.585873

16、80-0.07775222 2.17126687-1.02938226 0.46392281 0.74896049 7-0.24556829 1.39034371 1.09975487-1.44682767定义矩阵的维度dim()和和 matrix()x-1:12dim(x)-c(3,4),1,2,3,41,1 4 7 102,2 5 8 113,3 6 9 12matrix.x-matrix(1:12,nrow=3,byrow=T)t(x)#转置为行或列添加名称：row.names()col.names()数据框的创建cbind()#按列组合成数据框country.data-cbind(ch

17、aracter,numeric,logical)rbind()#按行组合成数据框data.frame()#生成数据框d-data.frame(character,numeric,logical)列表的创建 列表可以是不同类型甚至不同长度的向量(数值型，逻辑型，字符型等等)、数据框甚至是列表的组合。list()例如 list(character,numeric,logic)对象的类型的判断对象类型判断mode()class()is.numeric()#返回值为TRUE或FALSEis.logical()is.charactor()is.data.frame()对象的类型的判断对象类型转换as.n

18、umeric()#转换为数值型as.logical()as.charactor()as.matrix()as.dataframe()排序将向量中的元素按照一定顺序排列。sort()按数值大小排序举例：intake=rnorm(10,0,1)sort(intake)order()给出从小到大的出现序号。order(intake)o-order(intake)三、编写脚本编写脚本（Scripting）脚本是什么？脚本是一系列命令。可以先批量的编好程序，或者对别人已经编好的程序进行修改。之后输入到控制台进行调试，以满足数据分析的需求。语言高亮显示 在代码较多的情况下，有时需要对行数、函数、括号、函数

19、选项等进行高亮显示，设置成不同的颜色，以减少错误。图9 TinnR对R脚本的高亮显示图10 NotePad+对R脚本的高亮显示编辑器o R自带的脚本编辑器o Editplus（）o TinnR(http:/www.sciviews.org/Tinn-R/)o Ultraedit（ Emacs（www.gnu.org/software/emacs/）o Notepad+与NpptoR组合（http:/notepad- 记事本或写字板 等等举例-回归分析脚本n对一批涂料进行研究，确定搅拌速度对杂质含量的影响，数据如下，试进行回归分析转速rpm 202224262830323436384042杂质率

20、%8.49.511.810.413.314.813.214.716.416.518.918.5表2 搅拌速度对涂料中杂质的影响脚本举例#将以下代码粘贴到编辑器中，另存为regression.r文件。rate-c(20,22,24,26,28,30,32,34,36,38,40,42)impurity-c(8.4,9.5,11.8,10.4,13.3,14.8,13.2,14.7,16.4,16.5,18.9,18.5)plot(impurityrate)regFileOpen Script#Ctrl+R运行3 直接粘贴到R控制台ctrl+c,ctrl+v四、R绘图图11 R绘制的图形R绘图功能

21、 R具备卓越的绘图功能，通过参数设置对图形进行精确控制。绘制的图形能满足出版印刷的要求，可以输出JPEG、TIFF、EPS、emf、pdf、png等各种格式。绘图是通过绘图函数结合相应的选项完成的。绘图函数包括高水平绘图函数和低水平绘图函数。高水平绘图函数plot()绘制散点图等多种图形hist()直方图boxplot()箱线图stripchart()点图barplot()条形图dotplot()点图piechart()饼图interaction.plot()交互效应图图12 散点图与箱线图举例低水平绘图函数lines()添加线curve()添加曲线abline()添加给定斜率的线points

22、()添加点segments()折线arrows()箭头axis()坐标轴box()外框title()标题绘图参数参数用在函数内部，在没有设定值时使用默认值。font=字体lty=线类型lwd=线宽度pch=点的类型,xlab=横坐标ylab=纵坐标xlim=横坐标范围ylim=纵坐标范围举例：绘图生成0到2之间的50个随机数，分别命名为x,yx-runif(50,0,2)y-runif(50,0,2)绘图：将主标题命名为“散点图”，横轴命名为”横坐标”，纵轴命名为“纵坐标”plot(x,y,main=“散点图”,xlab=“横坐标”,ylab=“纵坐标)text(0.6,0.6,text at

23、(0.6,0.6)abline(h=.6,v=.6)图14 绘图举例一页多图par()par(mfrow=c(2,2).图15 绘图举例在原有图形上添加元素举例：举例：x-rnorm(100)#生成随机数hist(x,freq=F)#绘制直方图curve(dnorm(x),add=T)#添加曲线h-hist(x,plot=F)#绘制直方图ylim-range(0,h$density,dnorm(0)#设定纵轴的取值范围hist(x,freq=F,ylim=ylim)#绘制直方图curve(dnorm(x),add=T,col=red)#添加曲线图17 在原有直方图上添加曲线五、编写函数编程基础

24、 R可以灵活的编写程序，用户自己编写的程序可以直接调用。R语言编程时无需声明变量的类型，这与C,C+等语言不同。基本格式 function.name-function(x,y)表达式 函数内部也可用#添加注释程序流程控制 ifif 表达式的写法if(条件)表达式 if(条件)表达式1 else 表达式2 举例：if(p=0.05)print(“p0.05!)循环 for,whilefor(变量 in 向量)表达式 for(i in 1:10)print(i)while(条件)表达式 i-1while(i10)print(i)i-i+1 函数举例定义函数：gsy-function(x,y)z-x

25、2+y2;result从本地zip文件安装程序包调用程序包library(TSA)library(mvtnorm)练习三：查询函数帮助查看boxplot的帮助文件?boxplot查看最后的examples 将帮助文件中的内容粘贴到控制台中，运行并观看运行结果。boxplot(count spray,data=InsectSprays,col=lightgray)选项更改选项更改boxplot(count spray,data=InsectSprays,col=“red”,xlab=“spray”,ylab=“counts”)练习四：数据读取和t检验 现有6名患者的身高和体重，检验体重除以身高的

26、平方是否等于22.5。编号123456身高 m1.751.801.651.901.741.91体重kg607257909572表3 六名患者的身高和体重练习四：数据读取和t检验将表3中的数据录入Excel中，另存为t.test.txt文件。用read.table函数读取该文件。t.test.data-read.table(“X:/t.test.txt”,header=T)对变量t.test.data中的attach(t.test.data)ratio-weight/height2t.test(ratio)练习五：方差分析和箱线图绘制1 在excel或或txt中准备数据表2 用R读取数据表3 输

27、入如下命令进行方差分析、绘制箱线图boxplot(daytype,data=bac,col=red)ba.an-aov(lm(daytype,data=bac)summary(ba.an)练习六：因子生成将将 100，200，400，600，800 输入R中，保存到numeric对象中 numeric-c(100,200,400,600,800)将numeric转换为factor factor.numeric-as.factor(numeric)查看factor.numeric的内容 factor.numeric练习七 编写函数编写一个函数，给出两个数之后，直接给出这两个数的平方和。(或自主编写感兴趣的函数)sqtest-function(x,y)z1=x2;z2=y2;z3=z1+z2;z3