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	4.4.1   / 14 июня 2024 г ( 14 июня 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 панды
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

Роберт Джентльман, 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 .

Базовые пакеты доступны сразу при запуске R и предоставляют необходимый синтаксис и команды для программирования, вычислений, создания графики, базовой арифметики и статистических функций.

Комплексная сеть архивов R (CRAN) была основана в 1997 году Куртом Хорником и Фрицем Лейшем для размещения , R исходного кода исполняемых файлов, документации и пакетов, созданных пользователями. 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 .

В представлении задач на 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 в пакете предназначена для объединения всех других функций в пакете.

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 :

> library(tidyverse)

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

The 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("Hello, World!")
[1] "Hello, World!"

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 # Create a numeric vector in the current environment
> y <- x^2 # Create vector based on the values in x.
> print(y) # Print the vector’s contents.
[1]  1  4  9 16 25 36

> z <- x + y # Create a new vector that is the sum of x and y
> z # Return the contents of z to the current environment.
[1]  2  6 12 20 30 42

> z_matrix <- matrix(z, nrow = 3) # Create a new matrix that turns the vector z into a 3x2 matrix object
> z_matrix 
     [,1] [,2]
[1,]    2   20
[2,]    6   30
[3,]   12   42

> 2 * t(z_matrix) - 2 # Transpose the matrix, multiply every element by 2, subtract 2 from each element in the matrix, and return the results to the terminal.
     [,1] [,2] [,3]
[1,]    2   10   22
[2,]   38   58   82

> new_df <- data.frame(t(z_matrix), row.names = c("A", "B")) # Create a new data.frame object that contains the data from a transposed z_matrix, with row names 'A' and 'B'
> names(new_df) <- c("X", "Y", "Z") # Set the column names of new_df as X, Y, and Z.
> print(new_df)  # Print the current results.
   X  Y  Z
A  2  6 12
B 20 30 42

> new_df$Z # Output the Z column
[1] 12 42

> new_df$Z == new_df['Z'] && new_df[3] == new_df$Z # The data.frame column Z can be accessed using $Z, ['Z'], or [3] syntax and the values are the same. 
[1] TRUE

> attributes(new_df) # Print attributes information about the new_df object
$names
[1] "X" "Y" "Z"

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

$class
[1] "data.frame"

> attributes(new_df)$row.names <- c("one", "two") # Access and then change the row.names attribute; can also be done using rownames()
> new_df
     X  Y  Z
one  2  6 12
two 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:

# The input parameters are x and y.
# The function returns a linear combination of x and y.
f <- function(x, y) {
  z <- 3 * x + 4 * y

  # this return() statement is optional
  return(z)
}

Выход использования:

> f(1, 2)
[1] 11

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

> f(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%` <- function(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)    # here \(i) is the same as function(i) 
[1]  1  4  9 16 25

Родной трубопроводник

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)) # Nested without the pipe character
[1] 11

> mtcars |> subset(cyl == 4) |> nrow() # Using the pipe character
[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»:

> data <- c("a", "b", "c", "a", NA)
> summary(data)
   Length     Class      Mode 
        5 character character 
> summary(as.factor(data))
   a    b    c 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.

# Create x and y values
x <- 1:6
y <- x^2

# Linear regression model y = A + B * x
model <- lm(y ~ x)

# Display an in-depth summary of the model
summary(model)

# Create a 2 by 2 layout for figures
par(mfrow = c(2, 2))

# Output diagnostic plots of the model
plot(model)

Выход:

Residuals:
      1       2       3       4       5       6       7       8      9      10
 3.3333 -0.6667 -2.6667 -2.6667 -0.6667  3.3333

Coefficients:
            Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)   
(Intercept)  -9.3333     2.8441  -3.282 0.030453 * 
x             7.0000     0.7303   9.585 0.000662 ***
---
Signif. codes:  0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1

Residual standard error: 3.055 on 4 degrees of freedom
Multiple R-squared:  0.9583, Adjusted R-squared:  0.9478
F-statistic: 91.88 on 1 and 4 DF,  p-value: 0.000662

Набор Мандельброта

Рисунок «Mandelbrot.gif», созданный в R. (Примечание: цвета отличаются от фактических результатов.)

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:

library(caTools)

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

dx <- 1500 # define width
dy <- 1400 # define height

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)
            )

# reshape as matrix of complex numbers
C <- matrix(C, dy, dx)

# initialize output 3D array
X <- array(0, c(dy, dx, 20))

Z <- 0

# loop with 20 iterations
for (k in 1:20) {

  # the central difference equation
  Z <- Z^2 + C

  # capture the results
  X[, , k] <- exp(-abs(Z))
}

write.gif(
    X,
    "Mandelbrot.gif",
    col = jet.colors,
    delay = 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 комиксам и фильмам Peanuts .

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 ​​системой именования версий Debian и Ubuntu . Далгаард также отметил, что еще одна причина использования ссылок Peanuts для кодовых имен R заключается в том, что «все в статистике - P-орехи ».

Кодовые имена выпусков R

Версия	Дата выпуска	Имя	Ссылка на арахис	Ссылка
4.4.1	2024-06-14	Гонка за свою жизнь
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 беседки
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.
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	Увидеть Рождество Чарли Брауна
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	Поднеси 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
2.14.1	2011-12-22	Декабрьские снежинки
2.14.0	2011-10-31	Большая тыква	Смотри, это большая тыква, Чарли Браун
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.