R语言常用函数整理(基础篇)

Python024

R语言常用函数整理(基础篇),第1张

R语言常用函数整理本篇是基础篇,即R语言自带的函数。 vector:向量 numeric:数值型向量 logical:逻辑型向量 character;字符型向量 list:列表 data.frame:数据框 c:连接为向量或列表 length:求长度 subset:求子集 seq,from:to,sequence:等差序列 rep:重复 NA:缺失值 NULL:空对象 sort,order,unique,rev:排序 unlist:展平列表 attr,attributes:对象属性 mode,class,typeof:对象存储模式与类型 names:对象的名字属性 字符型向量 nchar:字符数 substr:取子串 format,formatC:把对象用格式转换为字符串 paste()、paste0()不仅可以连接多个字符串,还可以将对象自动转换为字符串再相连,另外还能处理向量。 strsplit:连接或拆分 charmatch,pmatch:字符串匹配 grep,sub,gsub:模式匹配与替换 complex,Re,Im,Mod,Arg,Conj:复数函数 factor:因子 codes:因子的编码 levels:因子的各水平的名字 nlevels:因子的水平个数 cut:把数值型对象分区间转换为因子 table:交叉频数表 split:按因子分组 aggregate:计算各数据子集的概括统计量 tapply:对“不规则”数组应用函数 dev.new() 新建画板 plot()绘制点线图,条形图,散点图. barplot( ) 绘制条形图 dotchart( ) 绘制点图 pie( )绘制饼图. pair( )绘制散点图阵 boxplot( )绘制箱线图 hist( )绘制直方图 scatterplot3D( )绘制3D散点图. par()可以添加很多参数来修改图形 title( ) 添加标题 axis( ) 调整刻度 rug( ) 添加轴密度 grid( ) 添加网格线 abline( ) 添加直线 lines( ) 添加曲线 text( ) 添加标签 legend() 添加图例 +, -, *, /, ^, %%, %/%:四则运算 ceiling,floor,round,signif 1、round() #四舍五入 例:x <- c(3.1416, 15.377, 269.7) round(x, 0) #保留整数位 round(x, 2) #保留两位小数 round(x, -1) #保留到十位 2、signif() #取有效数字(跟学过的有效数字不是一个意思) 例:略 3、trunc() #取整 floor() #向下取整 ceiling() #向上取整 例:xx <- c(3.60, 12.47, -3.60, -12.47) trunc(xx) floor(xx) ceiling(xx) max,min,pmax,pmin:最大最小值 range:最大值和最小值 sum,prod:向量元素和,积 cumsum,cumprod,cummax,cummin:累加、累乘 sort:排序 approx和approx fun:插值 diff:差分 sign:符号函数 abs,sqrt:绝对值,平方根 log, exp, log10, log2:对数与指数函数 sin,cos,tan,asin,acos,atan,atan2:三角函数 sinh,cosh,tanh,asinh,acosh,atanh:双曲函数 beta,lbeta,gamma,lgamma,digamma,trigamma,tetragamma,pentagamma,choose ,lchoose:与贝塔函数、伽玛函数、组合数有关的特殊函数 fft,mvfft,convolve:富利叶变换及卷积 polyroot:多项式求根 poly:正交多项式 spline,splinefun:样条差值 besselI,besselK,besselJ,besselY,gammaCody:Bessel函数 deriv:简单表达式的符号微分或算法微分 array:建立数组 matrix:生成矩阵 data.matrix:把数据框转换为数值型矩阵 lower.tri:矩阵的下三角部分 mat.or.vec:生成矩阵或向量 t:矩阵转置 cbind:把列合并为矩阵 rbind:把行合并为矩阵 diag:矩阵对角元素向量或生成对角矩阵 aperm:数组转置 nrow, ncol:计算数组的行数和列数 dim:对象的维向量 dimnames:对象的维名 rownames,colnames:行名或列名 %*%:矩阵乘法 crossprod:矩阵交叉乘积(内积) outer:数组外积 kronecker:数组的Kronecker积 apply:对数组的某些维应用函数 tapply:对“不规则”数组应用函数 sweep:计算数组的概括统计量 aggregate:计算数据子集的概括统计量 scale:矩阵标准化 matplot:对矩阵各列绘图 cor:相关阵或协差阵 Contrast:对照矩阵 row:矩阵的行下标集 col:求列下标集 solve:解线性方程组或求逆 eigen:矩阵的特征值分解 svd:矩阵的奇异值分解 backsolve:解上三角或下三角方程组 chol:Choleski分解 qr:矩阵的QR分解 chol2inv:由Choleski分解求逆 ><,>,<=,>=,==,!=:比较运算符 !,&,&&,|,||,xor(): 逻辑运算符 logical: 生成逻辑向量 all, any:逻辑向量都为真或存在真 ifelse():二者择一 match, %in%:查找 unique:找出互不相同的元素 which:找到真值下标集合 duplicated:找到重复元素 optimize,uniroot,polyroot:一维优化与求根 if,else, ifelse, switch: 分支 for,while,repeat,break,next: 循环 apply,lapply,sapply,tapply,sweep:替代循环的函数。 function:函数定义 source:调用文件 ’ call:函数调用 . C,.Fortran:调用C或者Fortran子程序的动态链接库。 Recall:递归调用 browser,debug,trace,traceback:程序调试 options:指定系统参数 missing:判断虚参是否有对应实参 nargs:参数个数 stop:终止函数执行 on.exit:指定退出时执行 eval,expression:表达式计算 system.time:表达式计算计时 invisible:使变量不显示 menu:选择菜单(字符列表菜单) 其它与函数有关的还有: delay, delete.response, deparse, do.call, dput, environment , formals, format.info, interactive, is.finite, is.function, is.language, is.recursive , match.arg, match.call, match.fun, model.extract, name, parse 函数能将字符串转换为表达式expression deparse 将表达式expression转换为字符串 eval 函数能对表达式求解 substitute, sys.parent , warning, machine cat,print:显示对象 sink:输出转向到指定文件 dump,save,dput,write:输出对象 scan,read.table,readlines, load,dget:读入 ls,objects:显示对象列表 rm, remove:删除对象 q,quit:退出系统 .First,.Last:初始运行函数与退出运行函数。 options:系统选项 ?,help,help.start,apropos:帮助功能 data:列出数据集 head()查看数据的头几行 tail()查看数据的最后几行 每一种分布有四个函数: d―density(密度函数),p―分布函数,q―分位数函数,r―随机数函数。 比如,正态分布的这四个函数为dnorm,pnorm,qnorm,rnorm。下面我们列出各分布后缀,前面加前缀d、p、q或r就构成函数名: norm:正态, t:t分布, f:F分布, chisq:卡方(包括非中心) unif:均匀, exp:指数, weibull:威布尔, gamma:伽玛, beta:贝塔 lnorm:对数正态, logis:逻辑分布, cauchy:柯西, binom:二项分布, geom:几何分布, hyper:超几何, nbinom:负二项, pois:泊松 signrank:符号秩, wilcox:秩和, tukey:学生化极差 sum, mean, var, sd, min, max, range, median, IQR(四分位间距)等为统计量, sort,order,rank与排序有关, 其它还有ave,fivenum,mad,quantile,stem等。 R中已实现的有chisq.test,prop.test,t.test。 cor,cov.wt,var:协方差阵及相关阵计算 biplot,biplot.princomp:多元数据biplot图 cancor:典则相关 princomp:主成分分析 hclust:谱系聚类 kmeans:k-均值聚类 cmdscale:经典多维标度 其它有dist,mahalanobis,cov.rob。 ts:时间序列对象 diff:计算差分 time:时间序列的采样时间 window:时间窗 lm,glm,aov:线性模型、广义线性模型、方差分析 quo()等价于quote() enquo()等价于substitute()

在R中,概率函数形如:

[dpqr]distribution_abbreviation

其中第一个字母表示其所指分布的某一方面:

d = 密度函数(density)

p = 分布函数(distribution function)

q = 分位数函数(quantile function)

r = 生成随机数(随机偏差)

以正态分布为例

1 什么是正态分布?

正态分布也被称为高斯分布,是统计学中极为常见的连续型概率分布。正态曲线呈钟型,两头低,中间高,左右对称因其曲线呈钟形,因此人们又经常称之为钟形曲线。

2 正态分布的两个参数及图形

正态分布有两个参数,即均数和标准差。 1)概率密度曲线在均值处达到最大,并且对称; 2)一旦均值和标准差确定,正态分布曲线也就确定; 3)当X的取值向横轴左右两个方向无限延伸时,曲线的两个尾端也无限渐近横轴,理论上永远不会与之相交; 4)正态随机变量在特定区间上的取值概率由正态曲线下的面积给出,而且其曲线下的总面积等于1;

5)均值可取实数轴上的任意数值,决定正态曲线的具体位置;标准差决定曲线的“陡峭”或“扁平”程度:标准差越大,正态曲线越扁平;标准差越小,正态曲线越陡峭。这是因为,标准差越小,意味着大多数变量值离均数的距离越短,因此大多数值都紧密地聚集在均数周围,图形所能覆盖的变量值就少些,于是都挤在一块,图形上呈现瘦高型。相反,标准差越大,数据跨度就比较大,分散程度大,所覆盖的变量值就越多,图形呈现“矮胖型”。

3 标准正态分布

如果不指定一个均值和一个标准差,则函数将假定其为标准正态分布(均值为0,标准差为1)。

4 正态分布的概率函数

概率密度函数为dnorm(),分布函数pnorm(),分位函数qnorm(),随机数生成函数rnorm()。

dnorm(x, mean = 0, sd = 1, log = FALSE)

pnorm(q, mean = 0, sd = 1, lower.tail = TRUE, log.p = FALSE)

qnorm(p, mean = 0, sd = 1, lower.tail = TRUE, log.p = FALSE)

rnorm(n, mean = 0, sd = 1)

x - 是数字的向量。

p - 是概率向量。

n - 是观察次数(样本量)。

mean - 是样本数据的平均值,默认值为零。

sd - 是标准偏差,默认值为1。

pretty()创建美观的分割点。选取n+1等间距的取整数,将连续变量x分割为n个区间。pretty(x,n)

x:它被定义为矢量数据。

n:结果向量的长度。

返回:等长区间的数据向量。

设定随机数种子

set.seed()

该函数是设定生成随机数的种子,种子是为了让结果具有重复性,保证你在执行和调试后,所创造的随机数保持不变。 24

runif(n, min = 0, max = 1)

该函数用于创建均匀分布的随机偏差。n表示观察次数,min和max分别为最小最大值。

其他概率分布见下表。

参考资料:

这里随机生成了25个0,1之间的均匀分布的随机数,其中,行是样本,列是特征,如图:

第一种方案绘制的Heatmap需要借助于Corrplot包,我们求出dat特征的相关系数矩阵,进一步利用corrplot函数来画图,在该包的官方文档中,对于corrplot函数的参数描述可以说是非常多,这里我给出几种常用的参数:

method 表示热力图中每一块所展示的形状,可选值有: "circle", "square", "ellipse", "number", "shade", "color", "pie";

type 表示相关系数矩阵展示的方式,比如只展示上三角或下三角或者全部展示,可选值有:“full”,“upper","lower”;

tl.pos 指定文本标签(变量名称)的位置,当type=full时,默认标签位置在左边和顶部(lt),当type=lower时,默认标签在左边和对角线(ld),当type=upper时,默认标签在顶部和对角线,d表示对角线,n表示不添加文本标签;

diag 表示对角线上取值,默认为FALSE

cl.pos 表示图例位置,当type=upper或full时,图例在右方,当type=lower时,图例在底部,不需要图例时,需指定该参数为n;

...

下面给出方法运用:

当然,利用corrplot函数画图可以实现图层的叠加,上面这张图就是分上下两部分完成的,其中默认的颜色样式个人觉得还是可以的,只不过对于相关系数值会根据高低颜色深浅会发生变化,对于一些相关性低的值颜色会非常浅,所以看得不是很明显。

关于这个包具体的的使用方法可以参考这位博主写的文章:

这里我们还是用方案一随机生成的矩阵,介绍用pheatmap包来绘制热力图。pheatmap包里关于绘制热力图的参数相对来说比较少,可以帮助我们快速的绘图,这里给出一些常用参数:

color 设置渐变的颜色,通常借助于colorRampPalette函数,比如说设置红黄蓝渐变,并在这之间分成50个等级,我们可以设置color=colorRampPalette(c("red","yellow","blue"))(50)

cluster_cols &cluster_rows 表示是否按行或列聚类,默认值为FALSE

clustering_method 表示聚类方法,默认是complete,此外还"ward.D",“single”,“average”,等;

display_numbers 表示是否在heatmap里面显示数值,默认是FALSE;

show_rownames &show_colnames 表示是否显示行名或列名;

file 设置图片保存位置

...

下面给出方法运用

去掉边框线可能会好看一点:

由于是随机生成的数据,就不显示聚类的效果(只需要把cluster_row和cluster_col删掉即可),总体来说用pheatmap绘制热图会相对简单一点,但是毫不逊色于其他包绘制的热图。此外,如果想对于行或列来显示一些注释信息(annotation),比如将特征分成2类,每一类是不同的颜色,这里就可以先生成一个行名是特征,列名是分类结果的数据框,然后利用annotation_row(或col)参数,将生成的数据框赋给它即可,具体可以参考这位博主的文章:

接下来介绍的ComplexHeatmap包就比较全面了,他可以兼容pheatmap函数的所有功能,可以说是pheatmap包的加强版,能够创建更加复杂的热力图,如果你会pheatmap包的应用,那么在ComplexHeatmap包里面,你只需要指明是该包下的pheatmap函数即可使用(ComplexHeatmap::pheatmap())。接下来列举出一些常用参数:

name 、column_title、row_title设置图例、列标题与行标题的名字;

column_title_side &row_title_side 设置列标题与行标题的位置,之注意:列标题只能跟"top"或"buttom"参数,行标题只能跟"left"或"right"参数;

column_names_side &row_names_side 设置行名与列名的位置,后面跟的是位置参数,如"left"、"top"等;

column_names_rot &row_names_rot 设置行名与列名的倾斜角度,后面跟的是角度,如0、30、90等;

column_names_gp &row_names_gp 设置行名与列名的颜色,比如 column_names_gp =gpar(col=rep("red",5))

column_title_gp &row_title_gp 设置列与行标题的颜色,注意:这个需要和聚类分割的数量来决定,要指定row_split &column_split,颜色的设置才能生效;

col 设置渐变的颜色向量参数,这里推荐用RColorBrewer包中的颜色,比如 col = rev(brewer.pal(n = 7, name ="RdYlBu"))

cluster_rows &cluster_columns 表示是否对行列进行聚类,默认是TRUE

cluster_rows &cluster_columns 表示是否对行列进行聚类,默认是TRUE,如果是特定值,则表示对聚类树进行处理;

row_dend_reorder &column_dend_reorder 表示将行或列进行排序,默认是TRUE,所以我们在利用这个包绘制相关系数热力图时,会看到对角线不是1,那么我们就需要检查是否设置了这个参数;

show_column_dend &show_row_dend 表示是否展示行与列的聚类树;

...

下面利用上述随机生成的数据来绘制heatmap:

最值得一提的是,cluster_rows参数,可以结合hlust函数来使用,并通过color_branches函数来为不同类别设置颜色,使得整个heatmap看起来更加美观。如果我们要显示聚类后的数据分割并命名,我们可以这样:

如若想得到更加详细的说明,可以看ComplexHeatmap包的官方文档,或者参见这位博主的文章:

当然,画heatmap怎么能少的了ggplot2呢,我们在利用ggplot画图时,只需要设置scale_fill_gradient即可,例如:scale_fill_gradient(low = "yellow", high = "red") 表示颜色从黄色到红色渐变。注意要把数据处理成ggplot所需要的样式!下面来绘制heatmap:

如果要实现聚类树在heatmap上,我们需要利用ggtree函数,分别绘制聚类树与热力图,最后用aplot包进行拼接即可。

由于ComplexHeatmap包绘制的热力图是一个Heatmap对象,故他与其他图形不同,自身可以与其他Heatmap对象结合,我们只需要利用"+"号或者"%v%"连接符对多个Heatmap对象进行水平或垂直连接就可以了。

当我们需要将pheatmap包绘制的热力图与ggplot画的其他图贴在一起时,我们可以利用ggplotify包来实现,具体操作流程为:

我们用上回利用iris数据集画组合小提琴图的例子,进一步组合heatmap:

当然ggplot也可以画heatmap,这里不再阐述,对于上面几种绘图方案,我们只需选取一种最美观,最有效的方式来画heatmap即可。