為什麼是R語言?

• R語言主要用於統計分析、繪圖、資料探勘等。

1. R有非常先進的數據視覺化系統

2. R有很多進階數據分析工具

3. R是完整的資料科學解決方案

• 他是資料探勘從業人員中最普及的工具。

– 與其他統計軟體相比，R語言更接近程式語言，因此在熟悉以後更能建立自己的常規工作pipeline，加快自己的工作效率。

– 與其他程式語言相比，R語言更專注在統計分析功能的開發上，因此相關的功能較完善，比較容易找到合適的函數進行運算。

– R語言是生物資訊、統計分析、資料科學領域上的強勢語言，這些都是醫學院的學生未來比較有可能涉獵的領域。

– 截止至2021年4月，R 在TIOBE Index排名第16位。

開始的第一步：安裝R語言(1)

• 要開始使用R語言，你必須先到CRAN下載檔案，安裝後才可以使用

– 以Download R for Windows為例。

– 選base

– 選Download R 4.0.4 for Windows，如要下載先前版本選Previous releases

– 程式安裝位置盡量選擇D槽

開始的第一步：安裝R語言(2)

• 我建議大家先至Rstudio官網下載Rstudio，它可以使用圖形介面支援一些基礎功能

– 選Free的版本

– 選Download RStudio Desktop

– 網頁往下滑會有其他版本可選擇

開始的第一步：安裝R語言(3)

• 安裝完畢後，請打開Rstudio，並建立第一個Project。

– 介面概況

– 可以調整介面字體大小，Tools → Global Options → Appearance → Zoom or Editor font size

– 建立一個Project : New Directory → New Project → 輸入Directory name → 選擇儲存位置 → Create Project

第一節：與電腦交談(1)

• R語言的編寫是屬於一種『交談式編程』的設計，我們現在可以把R語言作為與電腦溝通的語言，而每當我們對其下達一個指令，電腦將會回應我們的問題。

– 因此，使用R的第一步，請先將他當作一個高級的計算機。

– 請試著在左邊的Console視窗中，輸入下列程式碼，並體會他的計算功能

# 四則運算
123 + 489
145 * 12

# 括弧優先規則
(1 + 2) * 3

# 指數運算
12^4

第一節：與電腦交談(2)

• 接著，我們介紹R語言中第一個重要的元素：函數。

– 『函數』的使用方式是打下特定的字句，並且在『小括號』內輸入參數作為「input」，接著電腦將會根據你的指令進行回答。

• 在這裡我們先介紹3個常用的計算函數，分別是：

1. 函數「exp()」：負責進行自然指數運算

2. 函數「sqrt()」：負責進行平方根運算

3. 函數「log()」：負責(自然)對數運算

exp(2)
sqrt(10)
log(3)

– 有趣的是，『函數』中的『input』不見得只能有1個，如函數「log()」可以額外輸入對數的底數，並以『,』進行分隔：

log(3, base = 3)
log(4, base = 2)

– 需要注意的是，如果我們不告訴電腦哪個是底數，哪個是運算目標，哪個是底數，那他將會依序認為你輸入的第一個數為需要被運算的數，而第二個數為底數：

log(9, 3)
log(8, 2)

第一節：與電腦交談(3)

• 剛剛那些運算結果，我們沒有辦法將他們存下來，現在我們要將這些計算結果儲存成一個『物件』

– 註：物件的屬性有很多種，我們第二節才會對他進行詳細的介紹

– 注意，等號的右邊為「input」，等號的左邊為「output」

• 現在請輸入下列這串程式碼，這代表著我們要將「2 * 3」的結果儲存在「x」這個物件內

x = 2 * 2 * 3

• 我們可以利用函數「print()」查看物件內容

print(x)

– 如果你只是需要查看物件內容，事實上直接輸入物件名稱也可以達到相同效果

x

– 物件強大的地方在於，我們可以將其做為暫存的工具，並且可以直接對「x」物件進行運算

x/4

第一節：與電腦交談(4)

• 現在我們已經了解到物件本身能進行簡單的加減乘除，因此現在我們想要同時對1到5一起做三次方的運算，這時候我們可以這樣做

– 函數「c()」中間以逗點為界，此函數可以將不同「數字」合併在同一個物件內

x = c(1, 2, 3, 4, 5)
x
x^3

• 兩個物件也能彼此互相進行加減乘除

x = c(1, 2, 3, 4, 5)
y = c(6, 7, 9, 8, 10)
y - x
x * y

練習1：熟悉物件間的運算

• 物件最強大的地方在於，我們能夠一次同時對多個數字進行運算，現在我要考考各位對物件及函數的使用熟練度

– 問題1：請試著利用物件，列出1至10的平方根與3次方結果

– 問題2：請試著告訴我「%%」這個運算符號的意義(利用物件功能大量運算將有助於你總結規律得到答案)

練習1答案

• 這是問題1的部分：

x = c(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10)
x = 1:10 #也可以用這樣

sqrt(x) #也可以用"x^(-1/2)"

##  [1] 1.000000 1.414214 1.732051 2.000000 2.236068 2.449490 2.645751 2.828427
##  [9] 3.000000 3.162278

x^3

##  [1]    1    8   27   64  125  216  343  512  729 1000

• 這是問題2的部分，我們要透過觀察來發現：

x = c(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10)

x %% 3

##  [1] 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1

x %% 4

##  [1] 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2

• 你發現「%%」這個運算符號是什麼了嗎?

第二節：物件索引(1)

• 接著我們將學習利用物件索引叫出物件內的特定內容

• 在R裡面，「中括號」是索引函數，在物件的後面使用「中括號」，將可以叫出指定位置的內容

y = c(6, 7, 9, 8, 10)
y[1]
y[c(3, 5)]
y[6]

• 注意，我們也可以使用「負數」索引，他的效果是顯示該數字以外的結果：

y = c(6, 7, 9, 8, 10)
y[-1]
y[-c(3, 5)]

第二節：物件索引(2)

• 我們可以利用索引函數指定某個位置作為「Output」，並將某個運算的結果寫入該位置

y[7] = 3 * 5
y

• 如果該位置原先已經有內容了，將會被強行覆蓋掉

y[3] = -1
y

• 也可以這樣操作

y[3] = y[1] + y[2]
y[6] = y[4] * y[5]
y

練習2：運算及變數索引功能

• 請給我一個整數(integer)向量，共有7個數字，前兩個數字分別為1、X，第三個數字（奇數）為前兩個相加，第四個數字（偶數）為前兩個數字相乘，第五個數字（奇數）為前兩個相加，依此類推。

– 註，每個人的X不一樣(以下範例數字為3的範例)，由老師指定

## [1]   1   3   4  12  16 192 208

練習2答案

• 以下範例數字為3的範例：

y = c(1, 3)
y[3] = y[1] + y[2]
y[4] = y[2] * y[3]
y[5] = y[3] + y[4]
y[6] = y[4] * y[5]
y[7] = y[5] + y[6]
y

## [1]   1   3   4  12  16 192 208

• 你也可以用這種方式做，而這樣對未來的「迴圈」功能會更有幫助

y = c(1, 3)

i = 1
y[i+2] = y[i] + y[i+1]
i = 2
y[i+2] = y[i] * y[i+1]
i = 3
y[i+2] = y[i] + y[i+1]
i = 4
y[i+2] = y[i] * y[i+1]
i = 5
y[i+2] = y[i] + y[i+1]

y

## [1]   1   3   4  12  16 192 208

第三節：熟悉R裡面的基本物件(1)

• 我們正式介紹一下物件，在R裡面物件有相當多屬性，而剛剛那兩個物件屬於同個種類叫做「向量(vector)」，在R裡面大致上將物件分為幾個層次，主要共分3個層次：

1. 變數(Variable)層：邏輯(logical)向量、整數(integer)向量、因子(factor)向量、數字(numeric)向量、文字(character)向量

2. 陣列(Array)層：矩陣(matrix)、資料表(data.frame)

3. 列表(List)層：列表(list)、S3物件(S3 class)、S4物件(S4 class)

第三節：熟悉R裡面的基本物件(2)

• 在這裡我們先不要被一大堆名詞定義給嚇到，我們先從簡單的變數(Variable)層物件開始認識，其他的部分到我們開始使用後再學習。

• 變數層中有幾個函數相當重要：

– 函數「as.XXX()」：可以強迫某個向量內所有的內容全部轉換為該種類

– 函數「class()」：可以查詢該物件的屬性

a = c(TRUE, FALSE, TRUE, FALSE)
class(a)

b = c(1, 2, 3, 4, 5)
class(b)
b1 = as.integer(b)
class(b1)

c = c(0.7, -0.9, 1.2, -2.1, 3.7)
c1 = as.integer(c)
c1

d = c("A", "B", "C", "C", "B")
class(d)
d1 = as.factor(d)
d1

e = c(c, d)
e
class(e)

e1 = c(c1, d1)
e1
class(e1)

第三節：熟悉R裡面的基本物件(3)

• 變數(Variable)層物件中有幾個重要的函數來描述它的基本資料，這裡我們要學習一下

1. 函數「length()」可以查詢該向量的長度

2. 函數「levels()」可以查詢因子向量的類別種類

d = c("A", "B", "C", "C", "B")
class(d)
d1 = as.factor(d)
d1

n = length(d1)
n

categories = levels(d1)
categories

• 在這邊我們介紹第一個函數組合所產生的效果，對於一個因子物件，如果我們把函數「length()」與函數「levels()」做結合，看看會發生什麼事情

categories = levels(d1)
n.categories = length(categories)
n.categories

# 用下列這串意思一樣
n.categories = length(levels(d1))
n.categories

練習3：函數組合與物件索引的威力

• 請各位幫我查看一下這個物件

x = c(16, 6, 13, 1, 3, 4, 14, 11, 11, 10, 9, 4, 6, 3, 9, 4, 2, 14, 17, 13, 16, 9, 6, 16, 1, 1,
      9, 5, 8, 6, 14, 11, 13, 17, 3, 9, 20, 9, 11, 4, 17, 8, 3, 16, 8, 4, 8, 9, 20, 14, 14, 5,
      14, 6, 4, 6, 6, 13, 1, 9, 6, 14, 16, 9, 20, 16, 9, 13, 13, 4, 2, 5, 8, 14, 18, 16, 16, 4,
      18, 11, 18, 11, 10, 6, 5, 17, 9, 11, 13, 20, 8, 8, 16, 9, 13, 4, 3, 17, 16, 9, 6, 8, 3, 8,
      2, 20, 11, 14, 16, 8, 11, 13, 1, 4, 20, 16, 17, 3, 16, 5, 20, 20, 5, 4, 5, 16, 6, 11, 10,
      2, 17, 13, 18, 2, 13, 2, 9, 2, 9, 13, 16, 8, 5, 11, 6, 18, 9, 9, 5, 11, 1, 8, 5, 2, 9, 16,
      1, 3, 5, 6, 2, 1, 9, 16, 20, 6, 4, 6, 8, 3, 5, 13, 17, 6, 1, 6, 4, 9, 6, 6, 5, 5, 5, 17, 8,
      13)

– 問題：請試著告訴我…

1. 這串數列有共幾「個」數字?

2. 共有幾「種」數字在物件「x」內?

3. 這個數列中缺少了1至20中的哪些數字?

練習3答案

• 這是問題1的部分：

length(x)

## [1] 186

• 這是問題2的部分：

length(levels(factor(x)))

## [1] 16

• 這是問題3的部分，這是最難想到的部分：

lvl.x = levels(factor(x)) # 首先先把所有的數字種類找到，但此時是文字格式
idx.x = as.integer(lvl.x) # 將文字改成索引值
y = 1:20                  # 建立一個全新的1至20完整向量
y[-idx.x]                 # 列出索引值「以外」的數字！

## [1]  7 12 15 19

小結

• 本次課程介紹了基本的架構，並讓同學親手在R語言環境下操作並獲得答案

– 我們已經學到下列功能，這些功能對於往後的應用都相當重要：

1. 計算功能
2. 函數運算
3. 物件運算
4. 物件屬性
5. 組合函數

• 希望各位同學務必熟悉本次課程的內容，並且在之後每次上課前確保自己的電腦具有R以及RStudio的工作環境，以利後續課程進行順利！