R (programski jezik)

Za druga značenja pogledajte R.

R je programski jezik i programsko okruženje za statističke izračune i grafikone. R je izvedba S programskog jezika inspirirana Scheme-om. Originalni tvorci R-a su Ross Ihaka i Robert Gentleman^[3] sa sveučilišta Auckland na Novom Zelandu, a sada ga razvija R Development Core Team.^[4]

R
R korisničko sučelje
Izdavač	R Development Core Team;[1] Ross Ihaka i Robert Gentleman
Datum izdavanja	1993.
Platforma	Cross-platform
Licencija	GNU GPL v2[2]
Internetska stranica	http://www.r-project.org/
v r u

Jezik R postao je standard među statističarima i široko se koristi za razvoj statističkog softvera i analizu podataka.^[4][5]

R je dio GNU projekta.^[6] Izvorni je kod besplatan i pod uvjetima GNU General Public Licence, a unaprijed sastavljene binarne verzije nude se za različite operativne sustave. R koristi sučelje naredbenog retka, ali postoji i više grafičkih korisničkih sučelja.

Povijest

R je implementacija programskog jezika S nadahnuta programskim jezikom Scheme. S je razvio John Chambers 1976. godine za vrijeme rada u Bell Labs. Postoje razlike između dva prethodno spomenuta programska jezika, međutim velik dio koda napisanog za "S" stoji nepromijenjen.^[7] R su razvili Ross Ihaka i Robert Gentleman sa Sveučilišta Auckland na Novom Zelandu, a trenutno ga nadograđuje i razvija R Development Core Team.^[8] R je dobio ime po dvojici izvornih autora, a dijelom i kao igra riječi, jer je S naziv programskog jezika na temelju kojeg je nastao R. Projekt je započeo 1992. godine, prva verzija objavljena je 1995. godine, a stabilna beta verzija 2000.^[9][10][11]

Značajke

R pruža širok raspon statističkih (linearni i nelinearni modeli, klasični statistički testovi, analiza vremenskih serija, klasifikacije, klasteri, itd.) i grafičkih tehnika. R je dizajniran kao pravi programski jezik, a korisnicima omogućuje dodatne funkcije definiranjem novih funkcija. Postoji nekoliko važnih razlika, ali R može koristiti velik dio nepromijenjenog S koda. Većina R-ovog sustava također je napisana na ovom jeziku, što korisnicima olakšava oblikovanje algoritama. Za zahtjevne zadatke mogu se povezati i pokrenuti C, C ++ i Fortran kod. Napredni korisnici mogu napisati C kôd za izravno upravljanje R objektima.

R se može proširiti putem korisničkih paketa koji omogućuju upotrebu specijaliziranih statističkih alata. Budući da je inspiriran S-om, R ima bolju podršku za objektno orijentirano programiranje od ostalih statističkih programskih jezika. Proširivost R-a također je olakšana jezičnim rasponom.^[12]

Još jedna prednost Ra-a su njegove grafičke mogućnosti, koje pružaju grafiku dovoljno dobre kvalitete za objavljivanje u publikacijama koja uključuje matematičke simbole. R ima vlastiti format dokumenta poput LaTeX- a, koji se koristi za predstavljanje sveobuhvatne dokumentacije, putem Interneta u brojnim formatima ili u tiskanom obliku.

Osim kao okruženje za statističke izračune i razvoj softvera, R se također može koristiti kao općeniti alat za izračunavanje matrica izvedbe usporedive s GNU Octave i MATLAB-om.^[13] Sučelje RWeka dodano je popularnom Weka softveru za rudarenje podataka koji omogućuje mogućnost pisanja i čitanja u arff formatu.^[14]

R paketi

Mogućnosti R-a proširuju se pomoću takozvanih paketa koje izrađuju i objavljuju korisnici, a koji omogućuju upotrebu specijaliziranih statističkih alata, alata za grafički prikaz (npr. Ggplot2), alate za uvoz / izvoz podataka, za izradu izvješća (knitr, Sweave) itd. Ovi su paketi razvijeni prvenstveno u R-u, ali ponekad se u razvoju koriste i Java, C ili Fortran.

Primjeri

Osnovna sintaksa

Sljedeći primjer prikazuje osnovnu sintaksu i upotrebu naredbenog retka.

Prilikom unosa koda poželjno je koristiti strelice sastavljene od dva znaka <-, ali je moguće koristiti i znakove jednakosti =.

> 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, multiple 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

Funkcije

Jedna od prednosti R-a je lakoća stvaranja novih funkcija. Objekti ostaju lokalni za funkciju i mogu se vratiti u bilo koji tip podataka.^[15]

# Declare function “f” with parameters “x”, “y“
# that returns a linear combination of x and y.
f <- function(x, y) {
  z <- 3 * x + 4 * y
  return(z) # the return() function is optional here
}

> 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

Modeliranje i grafički prikazi

R ima ugrađenu podršku za modeliranje podataka i grafiku. Sljedeći primjer prikazuje kako R može lako generirati i iscrtati linearni model.

Dijagnostički grafovi izrađeni pomoću funkcije plot.lm ().

> x <- 1:6 # Create x and y values
> y <- x^2  
> model <- lm(y ~ x)  # Linear regression model y = A + B * x.
> summary(model)  # Display an in-depth summary of the model.

Call:
lm(formula = y ~ x)

Residuals:
      1 2 3 4 5 6
 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

> par(mfrow = c(2, 2))  # Create a 2 by 2 layout for figures.
> plot(model)  # Output diagnostic plots of the model.

Mandelbrotov skup

Sljedeći primjer prikazuje R kod koji izračunava Mandelbrotov skup kroz prvih 20 ponavljanja jednadžbe z = z² + c za različite konstante c.

Osim toga, ovaj primjer prikazuje:

• korištenje vanjskih knjižnica koje su razvile zajednice (zvane paketi), u ovom slučaju caTools paket
• višedimenzionalne nizove brojeva koji se koriste kao osnovni tip podataka, pogledajte varijable C, Z i X.

Grafički prikaz primjera Mandelbrotovog skupa kreiranog u R-u.

install.packages("caTools")  # install external package
library(caTools)             # external package providing write.gif function
jet.colors <- colorRampPalette(c("red", "blue", "#007FFF", "cyan", "#7FFF7F",
                                 "yellow", "#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), dx))
C <- matrix(C, dy, dx)       # reshape as square matrix of complex numbers
Z <- 0                       # initialize Z to zero
X <- array(0, c(dy, dx, 20)) # initialize output 3D array
for (k in 1:20) {            # loop with 20 iterations
  Z <- Z^2 + C               # the central difference equation
  X[,, k] <- exp(-abs(Z))   # capture results
}
write.gif(X, "Mandelbrot.gif", col = jet.colors, delay = 100)

Sučelje

Grafičko korisničko sučelje

• RKWard - proširivo grafičko korisničko sučelje i integrirano razvojno okruženje okruženje za R.
• RStudio - međuplatformsko integrirano razvojno okruženje otvorenog koda (također se može pokrenuti na Linux poslužitelju).
• Deducer - grafičko korisničko sučelje za analizu podataka (slično SPSS / JMP / Minitab).
• Java GUI for R - Nezavisni R terminal i uređivač koji se temelji na Javi (poznat i kao JGR).
• Rattle GUI - cross-platform grafičko korisničko sučelje otvorenog koda zasnovano na RGtk2 (R za Gimp Tool Kit).
• R Commander - višeplatformsko grafičko korisničko sučelje zasnovano na tcltk.
• RExcel - povezivanje aplikacije Microsoft Excel s programskim jezikom R.
• RGUI - dolazi s prekompajliranom verzijom R-a za Microsoft Windows.
• RWe - omogućuje rudarenje podataka pomoću Weka i statističku analizu u R-u.
• Tinn-R - program otvorenog koda koji uključuje razvojno okruženje s isticanjem sintakse, slično, na primjer MATLAB-u. Tinn-R dostupan je samo za Microsoft Windows.
• R Tools for Visual Studio - dodatak za Microsoft Visual Studio, koji omogućuje upotrebu R jezika.

Jezici skriptiranja

R funkcije su dostupne u nekoliko skriptnih jezika kao što su Python (RPY paket), Perl (Statistics::R modul), Ruby (RSRuby knjižnica) i F # (R Type Provider). Skriptiranje je moguće i putem Littlera te RDEMO-a.

useR! konferencije

Službeno godišnje okupljanje korisnika R naziva se "useR!". Prva takva konferencija održana je u Austriji u svibnju 2004. godine. Konferencija nije održana 2005. godine, ali se zato održaval svake naredne godine, obično naizmjenično između lokacija u Europi i Sjevernoj Americi. Lista održanih konferencija:^[16]

• useR! 2006., Beč, Austrija
• useR! 2007., Ames, Iowa, SAD
• useR! 2008., Dortmund, Njemačka
• useR! 2009., Rennes, Francuska
• useR! 2010., Gaithersburg, Maryland, SAD
• useR! 2011., Coventry, Ujedinjeno Kraljevstvo
• useR! 2012., Nashville, Tennessee, SAD
• useR! 2013., Albacete, Španjolska
• useR! 2014., Los Angeles, Kalifornija, SAD
• useR! 2015., Aalborg, Danska
• useR! 2016., Stanford, Kalifornija, SAD
• useR! 2017., Bruxelles, Belgija
• useR! 2018., Brisbane, Australija
• useR! 2019., Toulouse, Francuska
• useR! 2020., St. Louis, Missouri, SAD (održano online zbog pandemije COVID-19)