R语言初级教程(21): 数据框（下篇）
2020-02-22 本文已影响0人
R语言和Python学堂
这是介绍数据框处理的最后一篇文章。
10. 删掉重复的行
有时，数据框会包含重复的行，其中所有变量在两行或更多行中具有完全相同的值。 来看个简单的示例：
> var1 <- c(1,2,3,4,3,6,1)
> var2 <- c(2,2,2,4,2,1,2)
> var3 <- c(3,2,1,2,1,2,3)
> var4 <- c(1,1,1,1,1,5,2)
> dups <- data.frame(var1, var2, var3, var4)
> dups
var1 var2 var3 var4
1 1 2 1 1
2 2 2 1 1
3 3 2 1 1
4 4 4 1 1
5 3 2 1 1
6 6 1 5 5
7 1 2 2 2
注意，第5行与第3行完全相同。要删除所有重复行，可以使用unique()函数：
> unique(dups)
var1 var2 var3 var4
1 1 2 1 1
2 2 2 1 1
3 3 2 1 1
4 4 4 1 1
6 6 1 5 5
7 1 2 2 2
注意：新数据框中的行名与原始数据行中的行名相同，可以发现通过unique()函数删除第5行了。
要查看数据框中重复的行（如果有的话），使用duplicated()函数来创建TRUE和FALSE的向量来充当过滤器：
> dups[duplicated(dups), ]
var1 var2 var3 var4
5 3 2 1 1
11. 处理日期变量
经常会碰到数据框中有日期变量，比如：
> nums <- read.table("C:/data/sortdata.txt", header=T)
> attach(nums)
> head(nums)
name date response treatment
1 albert 25/08/2003 0.05963704 A
2 ann 21/05/2003 1.46555993 A
3 john 12/10/2003 1.59406539 B
4 ian 02/12/2003 2.09505949 A
5 michael 18/10/2003 2.38330748 B
6 ann 02/07/2003 2.86983693 B
想通过日期(date变量)对行进行排序。 按照之前的方法，排序无法按我们希望的方式进行：
> nums[order(date), ]
name date response treatment
6 ann 02/07/2003 2.86983693 B
4 ian 02/12/2003 2.09505949 A
8 james 05/06/2003 4.90041370 A
13 ian 06/05/2003 39.97237868 A
9 william 11/06/2003 6.54439283 A
11 elizabeth 12/05/2003 39.39536726 B
3 john 12/10/2003 1.59406539 B
12 michael 14/06/2003 39.56900878 A
10 albert 14/07/2003 39.19746613 A
17 heather 14/11/2003 41.81821146 B
14 rose 15/05/2003 39.98892034 A
16 georgina 16/08/2003 40.81249037 A
5 michael 18/10/2003 2.38330748 B
2 ann 21/05/2003 1.46555993 A
15 georgina 24/05/2003 40.35117518 B
1 albert 25/08/2003 0.05963704 A
7 georgina 27/09/2003 3.37154802 B
这是因为用于描述日期的格式是一个字符串（首先是日，然后是月，最后是年），所以数据框是按首字母顺序排序的，而不是按日期顺序排序。为了按日期排序，我们首先需要使用strptime()函数将变量转换为我们希望的日期时间格式（关于日期的处理，后期文章会详细介绍）：
> dates <- strptime(date, format="%d/%m/%Y")
> dates
[1] "2003-08-25 CST" "2003-05-21 CST" "2003-10-12 CST" "2003-12-02 CST" "2003-10-18 CST"
[6] "2003-07-02 CST" "2003-09-27 CST" "2003-06-05 CST" "2003-06-11 CST" "2003-07-14 CST"
[11] "2003-05-12 CST" "2003-06-14 CST" "2003-05-06 CST" "2003-05-15 CST" "2003-05-24 CST"
[16] "2003-08-16 CST" "2003-11-14 CST"
请注意：strptime()是如何生成日期对象的：首先是年份，然后是连字符-，然后是月份，然后是连字符-，然后是日，最后是字符串CST。正是我们所需的序列。将这个新变量绑定到数据框，如下所示：
nums <- cbind(nums, dates)
既然新日期变量的格式是正确的，日期就可以正确排序了：
> nums[order(dates), ]
name date response treatment dates
13 ian 06/05/2003 39.97237868 A 2003-05-06
11 elizabeth 12/05/2003 39.39536726 B 2003-05-12
14 rose 15/05/2003 39.98892034 A 2003-05-15
2 ann 21/05/2003 1.46555993 A 2003-05-21
15 georgina 24/05/2003 40.35117518 B 2003-05-24
8 james 05/06/2003 4.90041370 A 2003-06-05
9 william 11/06/2003 6.54439283 A 2003-06-11
12 michael 14/06/2003 39.56900878 A 2003-06-14
6 ann 02/07/2003 2.86983693 B 2003-07-02
10 albert 14/07/2003 39.19746613 A 2003-07-14
16 georgina 16/08/2003 40.81249037 A 2003-08-16
1 albert 25/08/2003 0.05963704 A 2003-08-25
7 georgina 27/09/2003 3.37154802 B 2003-09-27
3 john 12/10/2003 1.59406539 B 2003-10-12
5 michael 18/10/2003 2.38330748 B 2003-10-18
17 heather 14/11/2003 41.81821146 B 2003-11-14
4 ian 02/12/2003 2.09505949 A 2003-12-02
12. 使用match函数
上面的worms数据框包含五种不同植被类型的田地：
> worms <- read.table("C:/data/worms.txt",header=T)
> unique(worms$Vegetation)
[1] Grassland Arable Meadow Scrub Orchard
Levels: Arable Grassland Meadow Orchard Scrub
> worms
Field.Name Area Slope Vegetation Soil.pH Damp Worm.density
1 Nashs.Field 3.6 11 Grassland 4.1 FALSE 4
2 Silwood.Bottom 5.1 2 Arable 5.2 FALSE 7
3 Nursery.Field 2.8 3 Grassland 4.3 FALSE 2
4 Rush.Meadow 2.4 5 Meadow 4.9 TRUE 5
5 Gunness.Thicket 3.8 0 Scrub 4.2 FALSE 6
6 Oak.Mead 3.1 2 Grassland 3.9 FALSE 2
7 Church.Field 3.5 3 Grassland 4.2 FALSE 3
8 Ashurst 2.1 0 Arable 4.8 FALSE 4
9 The.Orchard 1.9 0 Orchard 5.7 FALSE 9
10 Rookery.Slope 1.5 4 Grassland 5.0 TRUE 7
11 Garden.Wood 2.9 10 Scrub 5.2 FALSE 8
12 North.Gravel 3.3 1 Grassland 4.1 FALSE 1
13 South.Gravel 3.7 2 Grassland 4.0 FALSE 2
14 Observatory.Ridge 1.8 6 Grassland 3.8 FALSE 0
15 Pond.Field 4.1 0 Meadow 5.0 TRUE 6
16 Water.Meadow 3.9 0 Meadow 4.9 TRUE 8
17 Cheapside 2.2 8 Scrub 4.7 TRUE 4
18 Pound.Hill 4.4 2 Arable 4.5 FALSE 5
19 Gravel.Pit 2.9 1 Grassland 3.5 FALSE 1
20 Farm.Wood 0.8 10 Scrub 5.1 TRUE 3
我们想知道在20块地中每个地都适合使用的除草剂（Herbicide）。 除草剂数据位于另外一个数据框中，其中包含针对更大范围的植物类型推荐的除草剂：
> herbicides <- read.table("C:/data/herbicides.txt",header=T)
> herbicides
Type Herbicide
1 Woodland Fusilade
2 Conifer Weedwipe
3 Arable Twinspan
4 Hill Weedwipe
5 Bracken Fusilade
6 Scrub Weedwipe
7 Grassland Allclear
8 Chalk Vanquish
9 Meadow Propinol
10 Lawn Vanquish
11 Orchard Fusilade
12 Verge Allclear
任务是创建一个长度为20的向量（对应于worms数据框的20行），并把这个向量作为列加入到worms数据框中。 第一个值必须为Allclear，因为Nash’s Field是grassland，第二个值必须为Twinspan，因为Silwood Bottom是arable，依此类推。 match()函数的第一个参数是worms$Vegetation，match中的第二个参数是herbicides$Type。 该匹配结果作为下标向量，从herbicides$Herbicide中提取相关除草剂。如下所示：
> herbicides$Herbicide[match(worms$Vegetation, herbicides$Type)]
[1] Allclear Twinspan Allclear Propinol Weedwipe Allclear Allclear Twinspan
[9] Fusilade Allclear Weedwipe Allclear Allclear Allclear Propinol Propinol
[17] Weedwipe Twinspan Allclear Weedwipe
Levels: Allclear Fusilade Propinol Twinspan Vanquish Weedwipe
将此信息添加为worms数据框中的新列：
> worms$hb <- herbicides$Herbicide[match(worms$Vegetation,herbicides$Type)]
> worms
Field.Name Area Slope Vegetation Soil.pH Damp Worm.density hb
1 Nashs.Field 3.6 11 Grassland 4.1 FALSE 4 Allclear
2 Silwood.Bottom 5.1 2 Arable 5.2 FALSE 7 Twinspan
3 Nursery.Field 2.8 3 Grassland 4.3 FALSE 2 Allclear
4 Rush.Meadow 2.4 5 Meadow 4.9 TRUE 5 Propinol
5 Gunness.Thicket 3.8 0 Scrub 4.2 FALSE 6 Weedwipe
6 Oak.Mead 3.1 2 Grassland 3.9 FALSE 2 Allclear
7 Church.Field 3.5 3 Grassland 4.2 FALSE 3 Allclear
8 Ashurst 2.1 0 Arable 4.8 FALSE 4 Twinspan
9 The.Orchard 1.9 0 Orchard 5.7 FALSE 9 Fusilade
10 Rookery.Slope 1.5 4 Grassland 5.0 TRUE 7 Allclear
11 Garden.Wood 2.9 10 Scrub 5.2 FALSE 8 Weedwipe
12 North.Gravel 3.3 1 Grassland 4.1 FALSE 1 Allclear
13 South.Gravel 3.7 2 Grassland 4.0 FALSE 2 Allclear
14 Observatory.Ridge 1.8 6 Grassland 3.8 FALSE 0 Allclear
15 Pond.Field 4.1 0 Meadow 5.0 TRUE 6 Propinol
16 Water.Meadow 3.9 0 Meadow 4.9 TRUE 8 Propinol
17 Cheapside 2.2 8 Scrub 4.7 TRUE 4 Weedwipe
18 Pound.Hill 4.4 2 Arable 4.5 FALSE 5 Twinspan
19 Gravel.Pit 2.9 1 Grassland 3.5 FALSE 1 Allclear
20 Farm.Wood 0.8 10 Scrub 5.1 TRUE 3 Weedwipe
13. 合并两个数据框
假设我们有两个数据框，第一个包含有关植物生命形式的信息，第二个包含开花时间的信息。我们要将这两个数据框融合成一个单一的数据框，以显示有关生命形式和开花时间的信息。两个数据框都包含属名（genus）和种名（species）的变量：
> (lifeforms <- read.table("C:/data/lifeforms.txt",header=T))
Genus species lifeform
1 Acer platanoides tree
2 Acer palmatum tree
3 Ajuga reptans herb
4 Conyza sumatrensis annual
5 Lamium album herb
> (flowering <- read.table("C:/data/fltimes.txt",header=T))
Genus species flowering
1 Acer platanoides May
2 Ajuga reptans June
3 Brassica napus April
4 Chamerion angustifolium July
5 Conyza bilbaoana August
6 Lamium album January
因为在两个数据框中至少有一个变量名是相同的（在这里，两个变量名是相同的，即属(Genus)和种(species)），所以我们可以使用所有merge命令中最简单的一个：
> merge(flowering, lifeforms)
Genus species flowering lifeform
1 Acer platanoides May tree
2 Ajuga reptans June herb
3 Lamium album January herb
需要注意的是，合并的数据框仅包含在两个数据框中均具有完整条目的那些行。 从lifeforms数据库中排除了两行（Acer platanoides和Conyza sumatrensis），因为没有它们的开花时间数据。从开花数据库中排除了三行（Chamerion angustifolium，Conyza bilbaoana和Brassica napus），因为没有针对它们的生命形式数据。
如果要包括所有物种，但不知道开花时间或生命形式时用缺失值NA代替，则使用all = T选项：
> (both <- merge(flowering,lifeforms,all=T))
Genus species flowering lifeform
1 Acer platanoides May tree
2 Acer palmatum <NA> tree
3 Ajuga reptans June herb
4 Brassica napus April <NA>
5 Chamerion angustifolium July <NA>
6 Conyza bilbaoana August <NA>
7 Conyza sumatrensis <NA> annual
8 Lamium album January herb
通常会出现的一种复杂情况是，需要合并的变量在两个数据框中具有不同的名称。最简单的解决方案通常是将需要合并的变量名换成一样就行。还有另一个办法，则需要在第一个数据框（通常称为x数据框）和第二个数据框（通常称为y数据框）在merge中使用by.x和by.y选项。我们有第三个数据框，其中包含有关所有8个物种的种子重量的信息，但变量属Genus称为name1，变量种species称为name2。
> (seeds <- read.table("C:/data/seedwts.txt",header=T))
name1 name2 seed
1 Acer platanoides 32.0
2 Lamium album 12.0
3 Ajuga reptans 4.0
4 Chamerion angustifolium 1.5
5 Conyza bilbaoana 0.5
6 Brassica napus 7.0
7 Acer palmatum 21.0
8 Conyza sumatrensis 0.6
> merge(both,seeds,by.x=c("Genus","species"),by.y=c("name1","name2"))
Genus species flowering lifeform seed
1 Acer palmatum <NA> tree 21.0
2 Acer platanoides May tree 32.0
3 Ajuga reptans June herb 4.0
4 Brassica napus April <NA> 7.0
5 Chamerion angustifolium July <NA> 1.5
6 Conyza bilbaoana August <NA> 0.5
7 Conyza sumatrensis <NA> annual 0.6
8 Lamium album January herb 12.0
请注意，合并后数据框中使用的变量名称是x数据框中使用的名称。
14. 添加数据框的行列统计（ margins）
假设我们有一个按季节和按人员显示的销售额数据框：
> frame <- read.table("C:/data/sales.txt", header=T)
> frame
name spring summer autumn winter
1 Jane.Smith 14 18 11 12
2 Robert.Jones 17 18 10 13
3 Dick.Rogers 12 16 9 14
4 William.Edwards 15 14 11 10
5 Janet.Jones 11 17 11 16
我们想在此数据框中添加margins，以显示季节性均值相对于总体均值的偏离（在底部增加一行），以及人员均值的偏离（在右侧增加一列）。最后，我们希望数据框主体中的销售额可以用与整体均值的偏差来表示。
> people <- rowMeans(frame[,2:5])
> people <- people-mean(people)
> people
[1] 0.30 1.05 -0.70 -0.95 0.30
使用cbind()函数向数据框添加新列非常简单：
> (new.frame <- cbind(frame, people))
name spring summer autumn winter people
1 Jane.Smith 14 18 11 12 0.30
2 Robert.Jones 17 18 10 13 1.05
3 Dick.Rogers 12 16 9 14 -0.70
4 William.Edwards 15 14 11 10 -0.95
5 Janet.Jones 11 17 11 16 0.30
Robert Jones是效率最高的销售人员(+1.05)，William Edwards是效率最低的销售人员(–0.95)。列平均值的计算方法与此类似：
> seasons <- colMeans(frame[ ,2:5])
> seasons <- seasons-mean(seasons)
> seasons
spring summer autumn winter
0.35 3.15 -3.05 -0.45
夏季销售额最高(+3.15)，秋季最低(–3.05)。但是现在有一个问题，因为只有四列，但是在新数据框中有六列，所以不能直接使用rbind()函数。处理这个问题最简单的方法是复制新数据框的一行
new.row <- new.frame[1, ]
然后对其进行编辑，以包含所需的值：第一列中的标签表示“季节性”，然后四列中的平均值，最后是总的均值零：
> new.row[1] <- "seasonal effects"
> new.row[2:5] <- seasons
> new.row[6] <- 0
> new.row
name spring summer autumn winter people
1 seasonal effects 0.35 3.15 -3.05 -0.45 0
现在，我们可以使用rbind()函数将新行添加到扩展数据框的底部：
> (new.frame <- rbind(new.frame,new.row))
name spring summer autumn winter people
1 Jane.Smith 14.00 18.00 11.00 12.00 0.30
2 Robert.Jones 17.00 18.00 10.00 13.00 1.05
3 Dick.Rogers 12.00 16.00 9.00 14.00 -0.70
4 William.Edwards 15.00 14.00 11.00 10.00 -0.95
5 Janet.Jones 11.00 17.00 11.00 16.00 0.30
6 seasonal effects 0.35 3.15 -3.05 -0.45 0.00
最后一个任务是用与每人每个季节的总体平均销售额（总均值gm=13.45）的偏离来替换数据框new.frame[1:5, 2:5]中的销售计数。我们需要使用unlist()函数来阻止R估计每一列的均值；然后创建一个长度为4的向量，其中包含重复的均值（每列销售额一个）。最后，我们使用sweep()函数将每个值减去总均值：
> gm <- mean(unlist(new.frame[1:5, 2:5]))
> gm <- rep(gm, 4)
> new.frame[1:5, 2:5] <- sweep(new.frame[1:5,2:5], 2, gm)
> new.frame
name spring summer autumn winter people
1 Jane.Smith 0.55 4.55 -2.45 -1.45 0.30
2 Robert.Jones 3.55 4.55 -3.45 -0.45 1.05
3 Dick.Rogers -1.45 2.55 -4.45 0.55 -0.70
4 William.Edwards 1.55 0.55 -2.45 -3.45 -0.95
5 Janet.Jones -2.45 3.55 -2.45 2.55 0.30
6 seasonal effects 0.35 3.15 -3.05 -0.45 0.00
为了完成表格，我们要把总平均值放在右下角：
> new.frame[6,6] <- gm[1]
> new.frame
name spring summer autumn winter people
1 Jane.Smith 0.55 4.55 -2.45 -1.45 0.30
2 Robert.Jones 3.55 4.55 -3.45 -0.45 1.05
3 Dick.Rogers -1.45 2.55 -4.45 0.55 -0.70
4 William.Edwards 1.55 0.55 -2.45 -3.45 -0.95
5 Janet.Jones -2.45 3.55 -2.45 2.55 0.30
6 seasonal effects 0.35 3.15 -3.05 -0.45 13.45
在夏季，Jane Smith和Robert Jones表现最好，销售量比夏季的整体平均水平高出4.55。
15. 用aggregate汇总数据框
除了使用summary()函数来总结数据框内容外，我们也可以使用aggregate()函数。下面还是以worms数据框为例：
> worms <- read.table("C:/data/worms.txt",header=T)
> attach(worms)
> worms
Field.Name Area Slope Vegetation Soil.pH Damp Worm.density
1 Nashs.Field 3.6 11 Grassland 4.1 FALSE 4
2 Silwood.Bottom 5.1 2 Arable 5.2 FALSE 7
3 Nursery.Field 2.8 3 Grassland 4.3 FALSE 2
4 Rush.Meadow 2.4 5 Meadow 4.9 TRUE 5
5 Gunness.Thicket 3.8 0 Scrub 4.2 FALSE 6
6 Oak.Mead 3.1 2 Grassland 3.9 FALSE 2
7 Church.Field 3.5 3 Grassland 4.2 FALSE 3
8 Ashurst 2.1 0 Arable 4.8 FALSE 4
9 The.Orchard 1.9 0 Orchard 5.7 FALSE 9
10 Rookery.Slope 1.5 4 Grassland 5.0 TRUE 7
11 Garden.Wood 2.9 10 Scrub 5.2 FALSE 8
12 North.Gravel 3.3 1 Grassland 4.1 FALSE 1
13 South.Gravel 3.7 2 Grassland 4.0 FALSE 2
14 Observatory.Ridge 1.8 6 Grassland 3.8 FALSE 0
15 Pond.Field 4.1 0 Meadow 5.0 TRUE 6
16 Water.Meadow 3.9 0 Meadow 4.9 TRUE 8
17 Cheapside 2.2 8 Scrub 4.7 TRUE 4
18 Pound.Hill 4.4 2 Arable 4.5 FALSE 5
19 Gravel.Pit 2.9 1 Grassland 3.5 FALSE 1
20 Farm.Wood 0.8 10 Scrub 5.1 TRUE 3
aggregate()函数与tapply()函数类似，用于将一个函数(在本例中为mean)应用到指定的类别变量(在本例中为Vegetation)的各级别上，作用于指定变量(Area，Slope，Soil.pH和Worm.density，索引下标分别为2,3,5和7)：
> aggregate(worms[ ,c(2,3,5,7)], by=list(veg=Vegetation), mean)
veg Area Slope Soil.pH Worm.density
1 Arable 3.866667 1.333333 4.833333 5.333333
2 Grassland 2.911111 3.666667 4.100000 2.444444
3 Meadow 3.466667 1.666667 4.933333 6.333333
4 Orchard 1.900000 0.000000 5.700000 9.000000
5 Scrub 2.425000 7.000000 4.800000 5.250000
即使上例只有一个分类因子，by参数也必须是一个列表。 以下是Vegetation和Damp交叉分类的汇总结果：
> aggregate(worms[ ,c(2,3,5,7)], by=list(veg=Vegetation, d=Damp), mean)
veg d Area Slope Soil.pH Worm.density
1 Arable FALSE 3.866667 1.333333 4.833333 5.333333
2 Grassland FALSE 3.087500 3.625000 3.987500 1.875000
3 Orchard FALSE 1.900000 0.000000 5.700000 9.000000
4 Scrub FALSE 3.350000 5.000000 4.700000 7.000000
5 Grassland TRUE 1.500000 4.000000 5.000000 7.000000
6 Meadow TRUE 3.466667 1.666667 4.933333 6.333333
7 Scrub TRUE 1.500000 9.000000 4.900000 3.500000
今天的内容就到此为止，所有关于数据框的内容都介绍完了，希望对大家有点帮助。
感谢您的阅读！想了解更多有关技巧，请关注我的微信公众号“R语言和Python学堂”，我将定期更新相关文章。
