• R语言-向量化操作(apply、tapply、lapply、sapply、mapply、table等)


    一、apply函数(对一个数组按行或者按列进行计算): 
    使用格式为:
    apply(X, MARGIN, FUN, ...)

    其中X为一个数组;MARGIN为一个向量(表示要将函数FUN应用到X的行还是列),若为1表示取行,为2表示取列,为c(1,2)表示行、列都计算。apply()函数的处理对象是矩阵或数组,它逐行或逐列的处理数据,其输出的结果将是一个向量或是矩阵。下面的例子即对一个随机矩阵求每一行的均值。要注意的是apply与其它函数不同,它并不能明显改善计算效率,因为它本身内置为循环运算。

    示例代码:
    > ma <- matrix(c(1:4, 1, 6:8), nrow = 2)
    > ma
         [,1] [,2] [,3] [,4]
    [1,]    1    3    1    7
    [2,]    2    4    6    8
    > apply(ma, 1, sum)
    [1] 12 20
    > apply(ma, 2, sum)
    [1]  3  7  7 15

    二、函数tapply(进行分组统计): 
    使用格式为:
    tapply(X, INDEX, FUN = NULL, ..., simplify = TRUE)

    其中X通常是一向量;INDEX是一个list对象,且该list中的每一个元素都是与X有同样长度的因子;FUN是需要计算的函数;simplify是逻辑变量,若取值为TRUE(默认值),且函数FUN的计算结果总是为一个标量值,那么函数tapply返回一个数组;若取值为FALSE,则函数tapply的返回值为一个list对象。需要注意的是,当第二个参数INDEX不是因子时,函数 tapply() 同样有效,因为必要时 R 会用 as.factor()把参数强制转换成因子。

    tapply()的功能则又有不同,它是专门用来处理分组数据的,其参数要比sapply多一个。我们以iris数据集为例,可观察到Species列中存放了三种花的名称,我们的目的是要计算三种花瓣萼片宽度的均值。其输出结果是数组格式。

    head(iris)
    attach(iris)
    tapply(Sepal.Width,INDEX=Species,FUN=mean)

    示例代码:
    > fac <- factor(rep(1:3, length = 17), levels = 1:5)
    > fac
     [1] 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2
    Levels: 1 2 3 4 5
    > tapply(1:17, fac, sum)
     1  2  3  4  5
    51 57 45 NA NA
    > tapply(1:17, fac, sum, simplify = FALSE)
    $`1`
    [1] 51


    $`2`
    [1] 57


    $`3`
    [1] 45


    $`4`
    NULL


    $`5`
    NULL
    > tapply(1:17, fac, range)
    $`1`
    [1]  1 16


    $`2`
    [1]  2 17


    $`3`
    [1]  3 15


    $`4`
    NULL


    $`5`
    NULL
    #利用tapply实现类似于excel里的数据透视表的功能:
    > da
       year province sale
    1  2007        A    1
    2  2007        B    2
    3  2007        C    3
    4  2007        D    4
    5  2008        A    5
    6  2008        C    6
    7  2008        D    7
    8  2009        B    8
    9  2009        C    9
    10 2009        D   10
    > attach(da)
    > tapply(sale,list(year,province))
     [1]  1  4  7 10  2  8 11  6  9 12
    > tapply(sale,list(year,province),mean)
          A  B C  D
    2007  1  2 3  4
    2008  5 NA 6  7
    2009 NA  8 9 10


    三、函数table(求因子出现的频数): 
    使用格式为:

    table(..., exclude = if (useNA == "no") c(NA, NaN), useNA = c("no",

        "ifany", "always"), dnn = list.names(...), deparse.level = 1)


    其中参数exclude表示哪些因子不计算。
    示例代码:
    > d <- factor(rep(c("A","B","C"), 10), levels=c("A","B","C","D","E"))
    > d
     [1] A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C
    Levels: A B C D E
    > table(d)
    d
     A  B  C  D  E
    10 10 10  0  0
    > table(d, exclude="B")
    d
     A  C  D  E
    10 10  0  0

    四、函数lapply与函数sapply: 
    lapply的使用格式为:
    lapply(X, FUN, ...)
    lapply的返回值是和一个和X有相同的长度的list对象,这个list对象中的每个元素是将函数FUN应用到X的每一个元素。其中X为List对象(该list的每个元素都是一个向量),其他类型的对象会被R通过函数as.list()自动转换为list类型。

    lappy()的处理对象是向量、列表或其它对象,它将向量中的每个元素作为参数,输入到处理函数中,最后生成结果的格式为列表。在R中数据框是一种特殊的列表,所以数据框的列也将作为函数的处理对象。下面的例子即对一个数据框按列来计算中位数与标准差。

    f.data <- data.frame(x=rnorm(10),y=runif(10))
    lapply(f.data,FUN=function(x) list(median=median(x),sd=sd(x)))

    函数sapply是函数lapply的一个特殊情形,对一些参数的值进行了一些限定,其使用格式为:

    sapply(X, FUN,..., simplify = TRUE, USE.NAMES = TRUE)

    sapply(*, simplify = FALSE, USE.NAMES = FALSE) 和lapply(*)的返回值是相同的。如果参数simplify=TRUE,则函数sapply的返回值不是一个list,而是一个矩阵;若simplify=FALSE,则函数sapply的返回值仍然是一个list。

    sapply()可能是使用最为频繁的向量化函数了,它和lappy()是非常相似的,但其输出格式则是较为友好的矩阵格式

    sapply(f.data,FUN=function(x)list(median=median(x),sd=sd(x)))

    示例代码:
    > x <- list(a = 1:10, beta = exp(-3:3), logic = c(TRUE,FALSE,FALSE,TRUE))
    > lapply(x, quantile)
    $a
       0%   25%   50%   75%  100%
     1.00  3.25  5.50  7.75 10.00


    $beta
             0%         25%         50%         75%        100%
     0.04978707  0.25160736  1.00000000  5.05366896 20.08553692


    $logic
      0%  25%  50%  75% 100%
     0.0  0.0  0.5  1.0  1.0


    > sapply(x, quantile,simplify=FALSE,use.names=FALSE)
    $a
       0%   25%   50%   75%  100%
     1.00  3.25  5.50  7.75 10.00


    $beta
             0%         25%         50%         75%        100%
     0.04978707  0.25160736  1.00000000  5.05366896 20.08553692


    $logic
      0%  25%  50%  75% 100%
     0.0  0.0  0.5  1.0  1.0
    #参数simplify=TRUE的情况
    > sapply(x, quantile)
             a        beta logic
    0%    1.00  0.04978707   0.0
    25%   3.25  0.25160736   0.0
    50%   5.50  1.00000000   0.5
    75%   7.75  5.05366896   1.0
    100% 10.00 20.08553692   1.0

    五、函数mapply: 
    函数mapply是函数sapply的变形版,mapply 将函数 FUN 依次应用每一个参数的第一个元素、第二个元素、第三个元素上。函数mapply的使用格式如下:

    mapply(FUN, ..., MoreArgs = NULL, SIMPLIFY = TRUE,USE.NAMES = TRUE)


    其中参数MoreArgs表示函数FUN的参数列表。

    示例代码:
    > mapply(rep, times=1:4, x=4:1)
    [[1]]
    [1] 4


    [[2]]
    [1] 3 3


    [[3]]
    [1] 2 2 2


    [[4]]
    [1] 1 1 1 1


    #直接使用函数rep的结果:
    > rep(1:4,1:4)

     [1] 1 2 2 3 3 3 4 4 4 4

    五、replicate()

    函数replicate(),它可以将某个函数重复运行N次,常常用来生成较复杂的随机数。下面的例子即先建立一个函数,模拟扔两个骰子的点数之和,然后重复运行10000次。

      game <- function() {
        n <- sample(1:6,2,replace=T)
        return(sum(n))
      }
      replicate(n=10000,game())

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