理解 R 程式設計的基礎知識

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簡介

R 是一種廣泛使用的用於統計計算和圖形的程式語言。它提供了一個全面的環境，用於資料分析、視覺化和機器學習。無論您是初學者還是經驗豐富的程式設計師，理解 R 程式設計的基礎知識對於利用其強大的功能進行資料處理和分析至關重要。

在本文中，我們將深入探討 R 程式設計的基本概念，並探索其關鍵特性和功能。

R 入門

安裝和設定

• 要開始使用 R，您需要在您的計算機上下載並安裝它。

• R 可用於多種作業系統（Windows、macOS、Linux），您可以在 R 官方網站 (https://www.r-project.org/) 上找到安裝檔案。

• 安裝完成後，您還可以選擇安裝一個整合開發環境 (IDE)，例如 RStudio，它提供了一個使用者友好的介面，用於在 R 中編寫程式碼。

• 配置 R 環境包括根據您的需要設定額外的包、庫或自定義選項。

R 語法和資料型別

• R 使用簡單的語法進行程式設計。

• 您可以使用賦值運算子 (<- 或 =) 將值賦給變數。

• R 支援各種資料型別，包括數值型（用於數字）、字元型（用於文字）和邏輯型（用於布林值 - TRUE/FALSE）。

• 向量是 R 中一種基本的資料結構，可以儲存相同資料型別的多個值。

• R 還支援矩陣（二維陣列）和陣列（多維陣列），用於更高階的資料儲存和操作。

R 中的資料操作

R 中的資料結構

• R 提供了幾種資料結構來組織和操作資料。

• 如前所述，向量是相同資料型別值的序列。

• 矩陣是具有行和列的二維結構，而陣列可以具有兩個以上的維度。

• 列表是一種通用的資料結構，可以儲存不同型別的資料元素，使其適用於複雜資料。

• 資料框是類似電子表格的表格結構，行表示觀測值，列表示變數。

資料匯入和匯出

• R 提供了用於從各種檔案格式匯入和匯出資料的函式和包。

• 您可以分別使用 read.csv()、read.xlsx() 和 readLines() 等函式讀取 CSV 檔案、Excel 電子表格和平面文字檔案中的資料。

• R 還支援與資料庫的連線，允許您直接從資料庫系統匯入資料。

• 對於資料匯出，您可以使用 write.csv()、write.xlsx() 或 write.table() 等函式將處理後的資料或結果儲存到不同格式的檔案中。

資料清洗和轉換

• 資料清洗包括透過處理缺失值、刪除重複項和糾正不一致性來準備資料進行分析。

• R 提供了 na.omit() 等函式來刪除缺失值，並提供 duplicated() 來識別重複項。

• 資料轉換包括操作資料以建立新變數、根據特定條件過濾觀測值或彙總資料。

• 來自 dplyr 和 tidyr 等流行包的 subset()、filter()、mutate() 和 summarize() 等函式通常用於這些任務。

資料分析和視覺化

使用 R 進行統計分析

• R 廣泛用於統計分析。

• 它提供了一套全面的函式和包，用於描述性統計（例如均值、中位數、方差和標準差）、假設檢驗（t 檢驗、卡方檢驗）、相關性和迴歸分析，以及更高階的技術，如方差分析和線性模型。

• 這些函式和包允許您探索和分析資料、識別模式並進行統計推斷。

R 中的資料視覺化

• R 提供強大的視覺化功能，用於建立各種圖形和圖表。

• 它具有一個基本圖形系統，允許您建立散點圖、條形圖、直方圖和箱線圖等基本圖形。

• 此外，ggplot2 包提供了一種高度可定製且基於圖形語法的建立美觀且資訊豐富的視覺化的方法。

• plotly 和 ggplotly 等其他包可以實現互動式和動態視覺化，您可以透過新增標籤、標題、顏色和主題來自定義您的圖形。

程式設計控制結構

條件語句

• 條件語句允許您根據某些條件控制程式的流程。

• 在 R 中，您可以使用 if-else 語句根據條件的結果執行不同的程式碼塊。

• 當您有多個條件並且需要根據特定值選擇多個可能的操作之一時，可以使用 switch 語句。

• 邏輯運算子，如 &&（AND）、||（OR）和！（NOT）用於建立複雜的條件。

迴圈和迭代

• 迴圈用於重複執行一段程式碼。

• R 提供了不同型別的迴圈，包括 for 迴圈、while 迴圈和 repeat 迴圈。

• 當您希望對序列（如向量）進行特定次數的迭代時，通常使用 for 迴圈。

• while 迴圈會持續迭代，直到給定條件不再滿足。

• repeat 迴圈會持續執行一段程式碼，直到遇到 break 語句或滿足某個條件。

• 迴圈控制語句，如 break 和 next，允許您控制迴圈內的流程。

函式和包

建立函式

• R 中的函式允許您封裝一段程式碼並多次重用它。

• 您可以使用 function() 關鍵字定義您自己的函式，指定它接受的引數以及要執行的程式碼。

• 函式可以具有可選引數、預設值，並且可以使用 return() 語句返回值。

• R 使用詞法作用域，這意味著在函式中定義的變數只能在該函式內訪問，除非另有指定。

在 R 中使用包

• R 擁有一個龐大的社群貢獻的包生態系統，擴充套件了其在各個領域的功能。

• 要使用包，您首先需要使用 install.packages() 函式從綜合 R 檔案網路 (CRAN) 安裝它。

• 安裝完成後，您可以使用 library() 或 require() 函式將包載入到您的 R 會話中。

• dplyr、ggplot2、tidyr 等包在資料操作、分析和視覺化方面很流行，提供了額外的函式和方法來增強您的程式設計體驗。

結論

總之，理解 R 程式設計的基礎知識對於利用其在資料分析和操作中的強大功能至關重要。本文介紹的概念，包括安裝和設定、資料操作、統計分析、資料視覺化、程式設計控制結構以及函式/包，為探索和利用 R 的功能奠定了堅實的基礎。

進一步的實踐和探索，以及參考可靠的資源，將幫助您擴充套件您在 R 程式設計方面的知識和專業技能。