Ebook Programowanie w języku R. Marek Gągolewski

Spis treści ebooka Programowanie w języku R.

Przedmowa XIII

I Podstawy 1

1. Środowisko R i program RStudio 3
1.1. Cechy języka i środowiska R 3
1.2. Organizacja pracy w R i RStudio 4
1.2.1. Konsola R 5
1.2.2. Program RStudio 6
1.2.3. Pierwsze kroki w trybie interaktywnym 8
1.2.4. Edytor skryptów 10
1.2.5. System pomocy 11

2. Typy atomowe: wektory i NULL 13
2.1. Klasyfikacja typów obiektów w języku R 13
2.2. Wektory atomowe 14
2.2.1. Wektory wartości logicznych 14
2.2.2. Wektory liczbowe 17
2.2.3. Wektory napisów 18
2.2.4. Pozostałe typy wektorów atomowych i ich hierarchia 19
2.3. Tworzenie obiektów nazwanych 25
2.4. Braki danych, wartości nieskończone i nie-liczby 29
2.5. Typ pusty (NULL) 31

3. Operacje na wektorach 34
3.1. Podstawowe operatory 34
3.1.1. Operatory arytmetyczne 35
3.1.2. Operatory logiczne 38
3.1.3. Operatory relacyjne 39
3.1.4. Priorytety operatorów 41
3.2. Indeksowanie wektorów. Filtrowanie danych 42
3.2.1. Rodzaje indeksatorów 43
3.2.2. Modyfikowanie wybranych elementów 45
3.3. Przegląd funkcji wbudowanych 46
3.3.1. Zwektoryzowane funkcje matematyczne 46
3.3.2. Agregacja danych 51
3.3.3. Operacje na sąsiadujących elementach wektorów 54
3.3.4. Wyszukiwanie indeksów i wybór elementów wektorów 55
3.3.5. Operacje oparte na permutowaniu elementów wektorów 57
3.3.6. Operacje na zbiorach 59
3.3.7. Podstawowe operacje na napisach 60

4. Listy 63
4.1. Tworzenie list 63
4.2. Indeksowanie list 66
4.2.1. Operator „[” 66
4.2.2. Operator „[[” 66
4.2.3. Modyfikowanie zawartości list 67
4.3. Wybrane operacje na listach 70
4.3.1. Łączenie, rozwijanie i powielanie list 70
4.3.2. Wywoływanie funkcji na wszystkich elementach listy 73

5. Funkcje 78
5.1. Tworzenie obiektów typu funkcja 79
5.1.1. Bloki wyrażeń 81
5.1.2. Sprawdzanie poprawności argumentów 84
5.1.3. Kilka uwag dla projektantów funkcji 87
5.1.4. Biblioteki funkcji w plikach R 88
5.1.5. Odwoływanie się do funkcji z pakietów R 89
5.2. Zasięg nazw w funkcjach 90
5.3. Parametry i argumenty 92
5.3.1. Przekazywanie argumentów przez wartość 92
5.3.2. Parametry z argumentami domyślnymi 93
5.3.3. Parametr specjalny „...” 94

6. Atrybuty obiektów 97
6.1. Nadawanie i odczytywanie atrybutów 97
6.2. Atrybuty specjalne 100
6.2.1. Atrybut comment 101
6.2.2. Atrybut names. Wektory z etykietami 101
6.2.3. Atrybut class. Wstęp do programowania obiektowego S3 106
6.3. O zachowywaniu i gubieniu atrybutów przez funkcje 111

7. Typy złożone 114
7.1. Macierze i tablice 114
7.1.1. Tworzenie macierzy 114
7.1.2. Indeksowanie macierzy 118
7.1.3. Tablice jako uogólnienie macierzy 120
7.1.4. Atrybut dimnames. Etykietowanie wierszy i kolumn 121
7.1.5. Reprezentacja macierzy i tablic 122
7.1.6. Wybrane operacje na macierzach 126
7.2. Szeregi czasowe 129
7.3. Czynniki 131
7.3.1. Tworzenie czynników 132
7.3.2. Reprezentacja czynników 132
7.3.3. Czynniki a wektory napisów 134
7.3.4. Wybrane operacje na czynnikach 135
7.4. Ramki danych 138
7.4.1. Reprezentacja ramek danych 139
7.4.2. Operatory indeksowania. Filtrowanie danych 141
7.4.3. Wybrane operacje na ramkach danych 144

8. Pielęgnowanie kodu 156
8.1. Organizacja kodu 157
8.1.1. Projekty i skrypty 157
8.1.2. Tworzenie własnych pakietów R 158
8.2. Obsługa wyjątków 159
8.2.1. Rodzaje wyjątków 159
8.2.2. Obsługa komunikatów diagnostycznych i ostrzeżeń 160
8.2.3. Obsługa błędów 161
8.3. Testowanie oprogramowania 162
8.4. Debugowanie kodu 165
8.5. Pomiar i poprawa wydajności kodu 167
8.5.1. Badanie krótkich fragmentów kodu 167
8.5.2. Profilowanie aplikacji 168
8.5.3. Złożoność czasowa i pamięciowa algorytmów 171

9. Modyfikacja przepływu sterowania 174
9.1. Wyrażenia warunkowe if i if...else 175
9.1.1. Określanie testowanego warunku 178
9.1.2. Wartości zwracane przez wyrażenia warunkowe 181
9.1.3. Funkcja return(). Rekurencja 182
9.2. Pętle 184
9.2.1. Pętla while 184
9.2.2. Pętla repeat 189
9.2.3. Pętla for 190
9.3. Uwagi na temat wydajności pętli 193

II Przygotowanie danych 201

10. Przetwarzanie napisów 203
10.1. Podstawowe operacje na napisach 203
10.1.1. Wyznaczanie długości napisów 203
10.1.2. Porównywanie napisów 204
10.1.3. Łączenie i powielanie napisów 206
10.1.4. Przycinanie i wypełnianie 207
10.1.5. Formowanie napisów na podstawie innych obiektów 208
10.1.6. Zmiana pojedynczych znaków 211
10.1.7. Wyznaczanie podnapisów 211
10.1.8. Pozostałe operacje 213
10.2. Wyszukiwanie wzorca 214
10.2.1. Wzorce ustalone 215
10.2.2. Wyrażenia regularne 218
10.2.3. Wzorce rozmyte 229
10.3. Data i czas 230
10.3.1. Reprezentacja dat 230
10.3.2. Reprezentacja czasu 231
10.3.3. Operacje arytmetyczne 233
10.3.4. Konwersja daty i czasu 234
10.4. Reprezentacja napisów 235
10.4.1. Kodowanie ASCII 235
10.4.2. 8-bitowe kodowania polskich liter diakrytyzowanych 237
10.4.3. Kodowanie UTF-8 238
10.4.4. Konwersja kodowań 239

11. Przetwarzanie plików 241
11.1. Podstawowe operacje na plikach i katalogach 241
11.1.1. Ścieżki dostępu do plików i katalogów 241
11.1.2. Bieżący katalog roboczy. Ścieżki względne 243
11.1.3. Informacje o plikach i katalogach 244
11.1.4. Wybrane działania na plikach i katalogach 245
11.1.5. Wyszukiwanie plików i katalogów 246
11.2. Serializacja i deserializacja obiektów 248
11.3. Popularne formaty plików 249
11.3.1. Pliki CSV 250
11.3.2. Pliki JSON 254
11.3.3. Pliki XML 255
11.4. Dostęp do baz danych SQL 256
11.5. Dowolne pliki tekstowe 257
11.5.1. Odczyt plików tekstowych 258
11.5.2. Zapis plików tekstowych 258
11.6. Połączenia 259
11.6.1. URL, czyli ujednolicony lokalizator zasobów 259
11.6.2. Tworzenie połączeń 260
11.6.3. Otwieranie i zamykanie połączeń 262
11.6.4. Odczyt danych z połączeń 262
11.6.5. Zapis danych do połączeń 265
11.6.6. Zarządzanie otwartymi połączeniami 266
11.6.7. Nota o plikach binarnych 267

III Prezentacja wyników 269

12. Tworzenie wykresów 271
12.1. Schemat systemów graficznych w środowisku R 271
12.2. Podstawy użycia pakietu graphics 273
12.2.1. Strona i rysunki 274
12.2.2. Parametry graficzne 275
12.2.3. Rysowanie punktów i odcinków (łamanych) 279
12.2.4. Barwy 282
12.2.5. Rysowanie wielokątów 284
12.2.6. Wypisywanie tekstu 286
12.2.7. Układ współrzędnych 287
12.2.8. Tworzenie wielu rysunków na jednej stronie 291
12.3. Wybrane wysokopoziomowe operacje graficzne 292
12.3.1. Rysowanie układu współrzędnych 292
12.3.2. Adnotacje i legenda 293
12.3.3. Wizualizacja danych jednowymiarowych 295
12.3.4. Wizualizacja danych dwuwymiarowych 298
12.3.5. Wizualizacja danych wielowymiarowych 302
12.4. Urządzenia graficzne 304
12.4.1. Urządzenia pdf(), svg() i postscript() 307
12.4.2. Urządzenia png() i jpeg() 307

13. Generowanie raportów przy użyciu pakietu knitr 309
13.1. Język Markdown 309
13.2. Podstawy użycia pakietu knitr 316
13.3. Ustawienia wstawek 320
13.3.1. Identyfikatory wstawek i zależności między nimi 320
13.3.2. Pamięć podręczna 321
13.3.3. Wyświetlanie kodu i wyników tekstowych 322
13.3.4. Rysunki 323
13.3.5. Ustawienia globalne 324

IV Zastosowania 335

14. Obliczenia numeryczne 337
14.1. Wprowadzenie 337
14.2. Algebra wektorów i macierzy 340
14.2.1. Podstawowe operacje 341
14.2.2. Normy 342
14.2.3. Metryki i inne odległości 344
14.2.4. Wektory i wartości własne 348
14.2.5. Rozkład Choleskiego 350
14.2.6. Rozkład QR 351
14.2.7. Rozkład SVD 354
14.3. Różniczkowanie i całkowanie 356
14.3.1. Różniczkowanie numeryczne 356
14.3.2. Całkowanie numeryczne 359
14.4. Optymalizacja 360
14.4.1. Algorytmy programowania matematycznego 362
14.4.2. Algorytmy optymalizacji ciągłej ogólnego zastosowania 365
14.5. Interpolacja i wygładzanie 368
14.5.1. Interpolacja jednowymiarowa 368
14.5.2. Interpolacja dwuwymiarowa 369
14.5.3. Wygładzanie 370
14.6. Rozwiązywanie (układów) równań (nie)liniowych 372
14.6.1. Wyznaczanie miejsc zerowych funkcji jednej zmiennej 372
14.6.2. Rozwiązywanie układów równań liniowych 374
14.6.3. Rozwiązywanie układów równań nieliniowych 374

15. Symulacje 376
15.1. Generowanie liczb (pseudo)losowych 376
15.1.1. Źródła (pseudo)losowości 377
15.1.2. Określanie ziarna generatora 378
15.1.3. Szczegóły działania generatora 379
15.2. Rozkłady prawdopodobieństwa 381
15.2.1. Nazwy funkcji związanych z rozkładami 381
15.2.2. Wybrane jednowymiarowe rozkłady prawdopodobieństwa 382
15.2.3. Zmienne losowe wielowymiarowe 386
15.3. Przykładowe eksperymenty symulacyjne 390
15.3.1. Badanie mocy testu Shapiro–Wilka 391
15.3.2. Własności estymatorów parametrów rozkładu Gamma 392
15.3.3. Całkowanie Monte Carlo 396
15.3.4. Kroswalidacja klasyfikatora 398

V Zagadnienia zaawansowane 401

16. Zarządzenie środowiskiem R 403
16.1. Podstawowe informacje 403
16.1.1. Informacje o środowisku R 403
16.1.2. Informacje o systemie 406
16.1.3. Uruchamianie i zamykanie środowiska R 407
16.1.4. Historia poleceń 408
16.2. Opcje globalne 408
16.3. Ustawienia lokalizacyjne 412
16.4. Rozszerzanie możliwości środowiska R 415
16.4.1. Instalacja i aktualizacja pakietów 416
16.4.2. Wywoływanie innych programów 421
16.5. Zarządzanie pamięcią 422
16.5.1. Informacja o rozmiarze obiektów 422
16.5.2. Kopiowanie na żądanie 424
16.5.3. Automatyczne odśmiecanie pamięci 425
16.6. Typ podstawowy, tryb a klasa obiektów 425

17. Środowiska 428
17.1.Środowiska jako zbiory obiektów 428
17.1.1. Podstawowe operacje na obiektach w środowisku 429
17.1.2. Środowiska a listy 431
17.1.3. Przekazywanie środowisk funkcjom 433
17.2. Wskaźniki na środowiska otaczające 435
17.2.1. Przypadek ręcznie tworzonych środowisk 435
17.2.2. ´Ścieżka wyszukiwania 436
17.2.3. Przestrzenie nazw i środowiska eksportowane przez pakiety 441

18. Syntaktyka i semantyka języka R 442
18.1. Obiekty reprezentujące wyrażenia języka R 442
18.1.1. Parser 443
18.1.2. Cytowanie 446
18.1.3. Wywołania, czyli wyrażenia złożone 446
18.2. środowiskowy model obliczeń 451
18.2.1. Ewaluacja wyrażeń 452
18.2.2. Bieżące środowisko ewaluacyjne 454
18.3. Ewaluacja wyrażeń w obrębie funkcji 457
18.3.1. Lokalne środowiska ewaluacyjne 459
18.3.2. Środowiska otaczające lokalne środowiska ewaluacyjne 460
18.3.3. Środowiska wywołujące 464
18.3.4. Ewaluacja argumentów 465
18.4. Formuły 471
18.4.1. Przykłady funkcji stosujących argumenty typu formuła 471
18.4.2. Formuły jako wywołania 473
18.4.3. Przetwarzanie formuł 474

19. Programowanie zorientowane obiektowo 476
19.1. Paradygmaty programowania obiektowego 476
19.2. Klasy S3 478
19.2.1. Określanie klasy obiektu 479
19.2.2. Ekspediowanie metod 479
19.2.3. Przeciążanie metod 482
19.3. Klasy S4 483
19.3.1. Definiowanie klas i tworzenie obiektów 484
19.3.2. Definiowanie funkcji generycznych i metod 487
19.4. Klasy referencyjne (RC) 491
19.5. Specjalne rodzaje funkcji 492
19.5.1. Funkcje podstawieniowe 492
19.5.2. Przeciążanie operatorów 494
19.5.3. Wbudowane grupy funkcji generycznych 495

20. Integracja R i C++ przy użyciu pakietu Rcpp 498
20.1. Wprowadzenie 499
20.1.1. Tryby pracy z Rcpp 499
20.1.2. Podstawy składni języka C++ 503
20.2. Operacje na wektorach atomowych 509
20.2.1. Dostęp do wektorów 509
20.2.2. Tworzenie wektorów 512
20.2.3. Kopiowanie płytkie i głębokie 513
20.2.4. Braki danych 515
20.2.5. Przegląd funkcji z R/C API 517
20.2.6. Przegląd funkcji i metod z pakietu Rcpp 520
20.3. Operacje na pozostałych typach obiektów 521
20.3.1. Listy 521
20.3.2. Funkcje 523
20.3.3. Atrybuty obiektów 524
20.3.4. Obiekty typów złożonych 525
20.3.5. Wskaźniki 527

Bibliografia 532
Skorowidz 537

Szczegóły ebooka Programowanie w języku R.