R (язык программирования)

р

Терминал R
Парадигмы	Мультипарадигмальность : процедурная , объектно-ориентированная , функциональная , рефлексивная , императивная , массивовая.
Разработано	Росс Ихака и Роберт Джентльмен
Разработчик	Основная команда R
Впервые появился	август 1993 г ( 1993-08 )
Стабильная версия	4.4.0  / 24 апреля 2024 г ( 24 апреля 2024 г. )
Дисциплина набора текста	Динамический
Платформа	рука64 и x86-64
Лицензия	GNU GPL v2
Расширения имен файлов	.р .rdata .история .rds .rda
Веб-сайт	www .r-проект .org
Под влиянием
Лисп С Схема
Под влиянием
Юлия
Программирование на R в Wikibooks

R — это язык программирования для статистических вычислений и визуализации данных . Он был принят в области интеллектуального анализа данных , биоинформатики и анализа данных .

Базовый язык R дополнен большим количеством пакетов расширений , содержащих код многократного использования, документацию и примеры данных.

R Программное обеспечение открытым исходным кодом с — это бесплатное программное обеспечение . Он лицензирован проектом GNU и доступен по лицензии GNU General Public License . Он написан в основном на C , Fortran и самом R. Предварительно скомпилированные исполняемые файлы предоставляются для различных операционных систем .

Будучи интерпретируемым языком , R имеет собственный интерфейс командной строки . несколько сторонних графических пользовательских интерфейсов Кроме того, доступно , таких как RStudio — интегрированная среда разработки — и Jupyter — интерфейс ноутбука .

История

Росс Ихака, соавтор R

R был основан профессорами Россом Ихакой и Робертом Джентльманом как язык программирования для преподавания вводной статистики в Оклендском университете . Язык был вдохновлен языком программирования S , причем большинство программ S могут работать в R без изменений . Язык также был вдохновлен Scheme лексической областью действия , позволяющей использовать локальные переменные.

Название языка R происходит от того, что он является преемником языка S, а также от общей первой буквы авторов, Росса и Роберта. В августе 1993 года Ихака и Джентльмен разместили двоичный файл R на StatLib архива данных — веб-сайте . В то же время они объявили о публикации в списке рассылки s-news . 5 декабря 1997 года R стал проектом GNU , когда была выпущена версия 0.60. 29 февраля 2000 г. была выпущена первая официальная версия 1.0.

Пакеты

Основная статья: Пакет R

Сюжет скрипки , созданный из пакета визуализации R ggplot2.

Пакеты R — это наборы функций, документации и данных, которые расширяют возможности R. Например, в пакеты добавляются такие функции отчетов, как RMarkdown , Quarto , Knitr и Sweave . Простота установки и использования пакетов способствовала распространению этого языка в науке о данных .

Comprehensive R Archive Network (CRAN) была основана в 1997 году Куртом Хорником и Фрицем Лейшем для размещения , R исходного кода исполняемых файлов, документации и созданных пользователями пакетов. Его имя и область действия имитируют Comprehensive TeX Archive Network и Comprehensive Perl Archive Network . Изначально у CRAN было три зеркала и 12 дополнительных пакетов. По состоянию на июнь 2024 года здесь 104 зеркала. и 20 853 предоставленных пакета. Пакеты также доступны в репозиториях R-Forge , Omegahat и GitHub .

на В представлении задач веб-сайте CRAN перечислены пакеты в таких областях, как финансы, генетика, высокопроизводительные вычисления, машинное обучение, медицинская визуализация, метаанализ , социальные науки и пространственная статистика.

Проект Bioconductor предоставляет пакеты для анализа геномных данных, комплементарной ДНК , микрочипов и методов высокопроизводительного секвенирования .

Пакеты добавляют возможность реализации различных статистических методов, таких как линейное , обобщенное линейное и нелинейное моделирование, классические статистические тесты , пространственный анализ, анализ временных рядов и кластеризация .

Примером пакета является пакет tidyverse . Его целью является создание общего интерфейса для доступа и обработки данных, содержащихся в структуре данных фрейма данных, двумерной таблице строк и столбцов, называемой «аккуратными данными ». Каждая функция пакета предназначена для объединения всех остальных функций пакета.

Установка пакета происходит только один раз. Чтобы установить tidyverse :

>  install.packages  (  "tidyverse"  ) 

Чтобы создать экземпляры функций, данных и документации пакета, выполните команду library()функция. Чтобы создать экземпляр tidyverse :

>  библиотека  (  тидиверс  ) 

Интерфейсы

R поставляется с консолью командной строки . Для установки доступны различные интегрированные среды разработки (IDE). В число IDE для R входят R.app (только для OSX/macOS), Rattle GUI , R Commander , RKWard , RStudio и Tinn-R .

IDE общего назначения, поддерживающие R, включают Eclipse через плагин StatET и Visual Studio через R Tools for Visual Studio .

Редакторы, поддерживающие R, включают Emacs , Vim через плагин Nvim-R , Kate , LyX через Sweave , WinEdt ( веб-сайт ) и Jupyter ( веб-сайт ).

Языки сценариев, поддерживающие R, включают Python ( веб-сайт ), Perl ( веб-сайт ), Ruby ( исходный код ), F# ( веб-сайт ) и Julia ( исходный код ).

Языки программирования общего назначения, поддерживающие R, включают Java через сервер сокетов Rserve и .NET C# ( веб-сайт ).

Статистические платформы, использующие R в фоновом режиме, включают Jamovi и JASP .

Сообщество

Команда R Core была основана в 1997 году для поддержки R. исходного кода Фонд статистических вычислений R был основан в апреле 2003 года для оказания финансовой поддержки. Консорциум R — это проект Linux Foundation по развитию R. инфраструктуры

R Journal — это с открытым доступом , академический журнал в котором публикуются короткие и средние статьи об использовании и разработке R. Он включает статьи о пакетах, советы по программированию, новости CRAN и основные новости.

Сообщество R проводит множество конференций и личных встреч. К этим группам относятся:

• UserR!: ежегодная международная конференция пользователей R ( веб-сайт )
• Направления статистических вычислений (DSC) ( веб-сайт )
• R-Ladies : организация по продвижению гендерного разнообразия в R-сообществе ( веб-сайт )
• SatRdays: конференции, ориентированные на R, проводятся по субботам ( веб-сайт )
• R Конференция ( сайт )
• posit::conf (ранее известный как rstudio::conf) ( веб-сайт )

Реализации

Основная реализация R написана в основном на C , Fortran и самом R. Другие реализации включают в себя:

• довольно быстрый R (pqR) Рэдфорда М. Нила пытается улучшить управление памятью.
• Renjin — это реализация R для виртуальной машины Java .
• CXXR и ответный удар являются реализациями R, написанными на C++ .
• Oracle FastR — это реализация R , построенная на GraalVM .
• TIBCO Software , создатель S-PLUS , написала TERR — реализацию R для интеграции со Spotfire .

Microsoft R Open (MRO) был R. реализацией По состоянию на 30 июня 2021 года Microsoft начала поэтапный отказ от MRO в пользу распространения CRAN.

Коммерческая поддержка

Хотя R является проектом с открытым исходным кодом , некоторые компании предоставляют коммерческую поддержку:

• Revolution Analytics обеспечивает коммерческую поддержку Revolution R.
• Oracle обеспечивает коммерческую поддержку устройства Big Data Appliance , которое интегрирует R в другие продукты компании.
• IBM предоставляет коммерческую поддержку для выполнения R.

Примеры

Привет, мир!

"Привет, мир!" программа :

>  print  (  «Привет, мир!»  ) 
 [1] «Привет, мир!» 

Основной синтаксис

Следующие примеры иллюстрируют основной синтаксис языка и использование интерфейса командной строки. (Расширенный список стандартных возможностей языка можно найти в руководстве по R «Введение в R». )

В R обычно предпочтительным оператором присваивания является стрелка, состоящая из двух символов. <-, хотя = можно использовать в некоторых случаях.

>  x   <-   1  :  6   # Создать числовой вектор в текущей среде 
 >  y   <-   x  ^  2   # Создать вектор на основе значений x. 
  >  print  (  y  )   # Распечатываем содержимое вектора. 
  [1] 1 4 9 16 25 36 

 >  z   <-   x   +   y   # Создать новый вектор, который является суммой x и y 
 >  z   # Вернуть содержимое z в текущую среду. 
  [1] 2 6 12 20 30 42 

 >  z_matrix   <-   матрица  (  z  ,   nrow   =   3  )   # Создайте новую матрицу, которая превращает вектор z в матричный объект 3x2 
 >  z_matrix  
 [,1] [,2] 
 [1,] 2 20 
 [2,] 6 30 
 [3,] 12 42 

 >  2   *   t  (  z_matrix  )   -   2   # Транспонируем матрицу, умножаем каждый элемент на 2, вычитаем 2 из каждого элемента матрицы и возвращаем результаты на терминал . 
  [,1] [,2] [,3] 
 [1,] 2 10 22 
 [2,] 38 58 82 

 >  new_df   <-   data.frame  (  t  (  z_matrix  ),   row.names   =   c  (  "A"  ,   " B"  ))   # Создайте новый объект data.frame, который содержит данные из транспонированной z_matrix, с именами строк 'A' и 'B' 
 >  имена  (  new_df  )   <-   c  (  "X"  ,   "Y"  ,   "Z "  )   # Установите имена столбцов new_df как X, Y и Z. 
 >  print  (  new_df  )    # Распечатайте текущие результаты. 
  XYZ 
 А 2 6 12 
 Б 20 30 42 

 >  new_df $  Z   # Вывод столбца Z 
 [1] 12 42 

 >  new_df  $  Z   ==   new_df  [  'Z'  ]   &&   new_df  [  3  ]   ==   new_df  $  Z   # Доступ к столбцу data.frame Z можно получить с помощью $Z, [' Z'] или [3] синтаксис и значения одинаковы. 
  [1] TRUE 

 >  атрибуты  (  new_df  )   # Вывести информацию об атрибутах объекта new_df 
 $names 
 [1] "X" "Y" "Z" 

 $row.names 
 [1] "A" "B" 

 $class 
 [1] " data.frame" 

 >  атрибуты  (  new_df  )  $  row.names   <-   c  (  "one"  ,   "two"  )   # Доступ и изменение атрибута row.names;   также можно сделать, используя rownames() 
 >  new_df 
 XYZ 
 один 2 6 12 
 два 20 30 42 

Структура функции

Одна из сильных сторон R — простота создания новых функций. Объекты в теле функции остаются локальными для функции, и может быть возвращен любой тип данных. В R почти все функции и все пользовательские функции являются замыканиями .

Создайте функцию:

# Входные параметры: x и y. 
  # Функция возвращает линейную комбинацию x и y. 
  f   <-   function  (  x  ,   y  )   { 
   z   <-   3   *   x   +   4   *   y 

   # этот оператор return() является необязательным 
   return  (  z  ) 
 } 

Выход использования:

>  ж  (  1  ,   2  ) 
 [1] 11 

 >  ж  (  c  (  1  ,   2  ,   3  ),   c  ​​(  5  ,   3  ,   4  )) 
 [1] 23 18 25 

 >  ж  (  1  :  3  ,   4  ) 
 [1] 19 22 25 

Можно определить функции, которые будут использоваться в качестве инфиксных операторов, с помощью специального синтаксиса. `%name%` где «имя» — имя функциональной переменной:

>  `%sumx2y2%`   <-   функция  (  e1  ,   e2  )   {  e1   ^   2   +   e2   ^   2  } 
 >  1  :  3   %sumx2y2%   -  (  1  :  3  ) 
 [1] 2 8 18 

Начиная с версии 4.1.0 функции можно записывать в короткой записи, что полезно для передачи анонимных функций функциям более высокого порядка:

>  sapply  (  1  :  5  ,   \  (  i  )   i  ^  2  )      # здесь \(i) то же самое, что и function(i) 
 [1] 1 4 9 16 25 

Родной оператор трубы

В R версии 4.1.0 появился собственный оператор канала , |>, был представлен. Этот оператор позволяет пользователям объединять функции одну за другой вместо вызова вложенной функции.

>  nrow  (  subset  (  mtcars  ,   cyl   ==   4  ))   # Вложено без символа вертикальной черты 
 [1] 11 

 >  mtcars   |>   subset  (  cyl   ==   4  )   |>   nrow  ()   # Использование символа вертикальной черты 
 [1] 11 

Другой альтернативой вложенным функциям, в отличие от использования вертикальной черты, является использование промежуточных объектов. Однако некоторые утверждают, что использование оператора канала приведет к созданию кода, который будет легче читать.

>  mtcars_subset_rows   <-   subset  (  mtcars  ,   cyl   ==   4  ) 
 >  num_mtcars_subset   <-   nrow  (  mtcars_subset_rows  ) 
 >  print  (  num_mtcars_subset  ) 
 [1] 11 

Объектно-ориентированное программирование

Язык R имеет встроенную поддержку объектно-ориентированного программирования . Существует две собственные платформы, так называемые системы S3 и S4. Первый, более неформальный, поддерживает однократную отправку первого аргумента, а объекты присваиваются классу путем простой установки атрибута «class» в каждом объекте. Последний представляет собой подобную Common Lisp Object System (CLOS), систему формальных классов, (также производную от S ) и универсальных методов, которая поддерживает множественную отправку и множественное наследование.

В примере summary — это универсальная функция , которая передает данные различным методам в зависимости от того, является ли ее аргумент числовым вектором или «фактором»:

>  данные   <-   c  (  «a»  ,   «b»  ,   «c»  ,   «a»  ,   NA  ) 
 >  сводка  (  данные  ) 
 Режим класса длины 
 5-символьный символ 
 >  сводка  (  as.factor  (  данные  )) 
 abc NA's 
 2 1 1 1 

Моделирование и построение графиков

Диагностические графики на основе построения «модели» (см. функцию «plot.lm()»). Обратите внимание на математические обозначения, разрешенные в метках (нижний левый график).

Язык R имеет встроенную поддержку моделирования данных и графики. В следующем примере показано, как R может создать и построить линейную модель с остатками.

# Создать значения x и y 
 x   <-   1  :  6 
 y   <-   x  ^  2 

 # Модель линейной регрессии y = A + B * x 
 model   <-   lm  (  y   ~   x  ) 

 # Отобразить подробную сводку 
 сводки  модели (  model  ) 

 # Создаем макет 2 на 2 для фигур 
 par  (  mfrow   =   c  (  2  ,   2  )) 

 модели 
 # Вывод диагностических графиков графика  (  model  ) 

Выход:

Остатки: 
 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 
 3,3333 -0,6667 -2,6667 -2,6667 -0,6667 3,3333 

 Коэффициенты: 
 оценка стандарт.   Значение t ошибки Pr(>|t|) 
 (Интерцепт) -9,3333 2,8441 -3,282 0,030453 * 
 x 7,0000 0,7303 9,585 0,000662 *** 
 --- 
 Знач.   коды: 0 '***' 0,001 '**' 0,01 '*' 0,05 '.'   0,1 ' ' 1 

 Остаточная стандартная ошибка: 3,055 на 4 степенях свободы. 
 Множественный R-квадрат: 0,9583, скорректированный R-квадрат: 0,9478. 
 F-статистика: 91,88 на 1 и 4 DF, значение p: 0,000662. 

Множество Мандельброта

Графика «Mandelbrot.gif», созданная в R

Этот пример набора Мандельброта подчеркивает использование комплексных чисел . Он моделирует первые 20 итераций уравнения z = z2 + c, где c представляет различные комплексные константы.

Установите пакет, который предоставляет write.gif() функция заранее:

install.packages  (  "caTools"  ) 

Р Исходный код:

библиотека  (  caTools  ) 

 jet.colors   <- 
     colorRampPalette  ( 
         c  (  "green"  ,   "pink"  ,   "#007FFF"  ,   "cyan"  ,   "#7FFF7F"  , 
           "white"  ,   "#FF7F00"  ,   "red"  ,   "# 7F0000"  )) 

 dx   <-   1500   # определяем ширину 
 dy   <-   1400   # определяем высоту 

 C    <- 
     complex  ( 
             real   =   Rep  (  seq  (  -2.2  ,   1.0  ,   length.out   =   dx  ),   each   =   dy  ), 
             imag   =   Rep  (  seq  (  -1.2  ,   1.2  ,   length.out   =   dy  ),   times   =   dx  ) 
             ) 

 # преобразуем в матрицу комплексных чисел 
 C   <-   матрица  (  C  ,   dy  ,   dx  ) 

 # инициализируем выходной 3D-массив 
 X   <-   array  (  0  ,   c  (  dy  ,   dx  ,   20  )) 

 Z   <-   0 

 # цикл с 20 итерациями 
 для  (  k   in   1  :  20  )   { 

   # центральное разностное уравнение 
   Z   <-   Z  ^  2   +   C 

   # фиксируем результаты 
   X  [,   ,   k  ]   < -   exp  (  -  abs  (  Z  )) 
 } 

 write.gif  ( 
     X  , 
     "Mandelbrot.gif"  , 
     col   =   jet.colors  , 
     задержка   =   100  ) 

Названия версий

Компакт-диск R версии 1.0.0 с автографом основной команды R, сфотографированный R в Квебеке в 2019 году.

Все выпуски версий R, начиная с 2.14.0, имеют кодовые имена , отсылающие к Peanuts . комиксам и фильмам

В 2018 году основной разработчик R Питер Далгаард представил историю выпусков R с 1997 года. Некоторые известные ранние выпуски, предшествовавшие названным выпускам, включают:

• Версия 1.0.0 выпущена 29 февраля 2000 г. (29 февраля 2000 г.), високосный день.
• Версия 2.0.0, выпущенная 4 октября 2004 г. (04.10.2004), «которая, по крайней мере, имела приятный звук»

Идея именования выпусков версий R была вдохновлена Debian и Ubuntu ​​системой именования версий . Далгаард также отметил, что еще одна причина использования ссылок Peanuts для кодовых имен R заключается в том, что «каждый в статистике является P-орехом ».

Кодовые имена выпусков R

Версия	Дата выпуска	Имя	Ссылка на арахис	Ссылка
4.4.0	2024-04-24	Кубок Щенка
4.3.3	2024-02-29	Ангельский торт с едой
4.3.2	2023-10-31	Отверстия для глаз
4.3.1	2023-06-16	Бигль-скауты
4.3.0	2023-04-21	Уже завтра
4.2.3	2023-03-15	Шортстоп Бигль
4.2.2	2022-10-31	Невинный и доверчивый
4.2.1	2022-06-23	Забавный ребенок
4.2.0	2022-04-22	Энергичная художественная гимнастика
4.1.3	2022-03-10	Одно отжимание
4.1.2	2021-11-01	Птица Хиппи
4.1.1	2021-08-10	Ударь вещи
4.1.0	2021-05-18	Лагерь Понтанезе
4.0.5	2021-03-31	Встряхни и брось
4.0.4	2021-02-15	Потерянная библиотечная книга
4.0.3	2020-10-10	Банни-Вунни сходят с ума
4.0.2	2020-06-22	Взлет снова
4.0.1	2020-06-06	Увидеть вещи сейчас
4.0.0	2020-04-24	День посадки деревьев
3.6.3	2020-02-29	Удержание ветроуказателя
3.6.2	2019-12-12	Темная и бурная ночь	См. Это была темная и бурная ночь#Литература и
3.6.1	2019-07-05	Действие пальцев ног
3.6.0	2019-04-26	Посадка дерева
3.5.3	2019-03-11	Великая Истина
3.5.2	2018-12-20	Иглу из яичной скорлупы
3.5.1	2018-07-02	Перьевой спрей
3.5.0	2018-04-23	Радость от игры
3.4.4	2018-03-15	На кого-то можно опереться
3.4.3	2017-11-30	Дерево, пожирающее воздушных змеев	Увидеть дерево, пожирающее воздушных змеев.
3.4.2	2017-09-28	Короткое лето	«Смотри, это было короткое лето», Чарли Браун
3.4.1	2017-06-30	Одиночная свеча
3.4.0	2017-04-21	Ты, глупая тьма
3.3.3	2017-03-06	Еще одно каноэ
3.3.2	2016-10-31	Искренняя тыквенная нашивка
3.3.1	2016-06-21	Ошибка в твоих волосах
3.3.0	2016-05-03	Предположительно образовательный
3.2.5	2016-04-11	Очень, очень безопасная посуда
3.2.4	2016-03-11	Очень безопасная посуда
3.2.3	2015-12-10	Деревянная елка	Посмотрите Рождество Чарли Брауна и
3.2.2	2015-08-14	Пожарная безопасность
3.2.1	2015-06-18	Всемирно известный космонавт
3.2.0	2015-04-16	Полный ингредиентов
3.1.3	2015-03-09	Гладкий тротуар
3.1.2	2014-10-31	Тыквенный шлем	Смотри, ты хороший спортсмен, Чарли Браун
3.1.1	2014-07-10	Носи это мне
3.1.0	2014-04-10	Весенний танец
3.0.3	2014-03-06	Теплый щенок
3.0.2	2013-09-25	Фрисби Парусный спорт
3.0.1	2013-05-16	Хороший спорт
3.0.0	2013-04-03	Марвел в маске
2.15.3	2013-03-01	Защитное одеяло
2.15.2	2012-10-26	Кошелек или жизнь
2.15.1	2012-06-22	Жареный Зефир
2.15.0	2012-03-30	Пасхальный бигль
2.14.2	2012-02-29	Сезон подарков	См. «Это пасхальный бигль», Чарли Браун и
2.14.1	2011-12-22	Декабрьские снежинки
2.14.0	2011-10-31	Большая тыква	Смотрите «Это большая тыква», Чарли Браун и
р-развитие	Н/Д	Непредвиденные последствия

См. также

• Сравнение программного обеспечения для численного анализа
• Сравнение статистических пакетов
• Список программного обеспечения для численного анализа
• Список статистического программного обеспечения
• Рметрики

Дальнейшее чтение

• Уикхэм, Хэдли; Четинкая-Рундель, Шахта; Гролемунд, Гаррет (2023). R для науки о данных: импорт, приведение в порядок, преобразование, визуализация и моделирование данных (2-е изд.). Пекин Бостон Фарнхэм Себастополь Токио: О'Рейли . ISBN  978-1-4920-9740-2 .
• Гаголевский, Марек (2024). Глубокое программирование на R. дои : 10.5281/ZENODO.7490464 . ISBN  978-0-6455719-2-9 .

Внешние ссылки

• R Технические документы
• Фонд свободного программного обеспечения
• Часто задаваемые вопросы
• Big Book of R — тщательно подобранный список книг по программированию, связанных с R.
• Книги, относящиеся к проекту R-R , частично аннотированный список книг, связанных с S или R и которые могут быть полезны сообществу пользователей R.