Il linguaggio R. Un invito ad approfondire. Giulio D Agostini.
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- Claudia Paoletti
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1 Il linguaggio R Un invito ad approfondire Giulio D Agostini giulio.dagostini@roma1.infn.it Università di Roma La Sapienza e INFN Roma, Italy 24 March 2017 c GdA /17
2 Sommario Perché? Elementi del linguaggio Qualche esempio c GdA /17
3 Perché R? È un linguaggio di scripting: non necessita di compilazione adatto ad uso interattivo funzioni ad alto livello c GdA /17
4 Perché R? È un linguaggio di scripting: non necessita di compilazione adatto ad uso interattivo funzioni ad alto livello multipiattaforma c GdA /17
5 Perché R? È un linguaggio di scripting: non necessita di compilazione adatto ad uso interattivo funzioni ad alto livello multipiattaforma gratuito ( clone di S-Plus) c GdA /17
6 Perché R? È un linguaggio di scripting: non necessita di compilazione adatto ad uso interattivo funzioni ad alto livello multipiattaforma gratuito ( clone di S-Plus) open source (ci si può guardare dentro!) c GdA /17
7 Perché R? È un linguaggio di scripting: non necessita di compilazione adatto ad uso interattivo funzioni ad alto livello multipiattaforma gratuito ( clone di S-Plus) open source (ci si può guardare dentro!) specializzato per uso statistico c GdA /17
8 R: pro e contro c GdA /17
9 R: pro e contro alto livello: funzioni potenti c GdA /17
10 R: pro e contro alto livello: funzioni potenti...per fare quello che sa fare c GdA /17
11 R: pro e contro alto livello: funzioni potenti...per fare quello che sa fare ma non abbastanza potente/fessibile per altro c GdA /17
12 R: pro e contro alto livello: funzioni potenti...per fare quello che sa fare ma non abbastanza potente/fessibile per altro (Fortran),C, C++, Java c GdA /17
13 R: pro e contro alto livello: funzioni potenti...per fare quello che sa fare ma non abbastanza potente/fessibile per altro (Fortran),C, C++, Java Perl, Php, Python c GdA /17
14 R: pro e contro alto livello: funzioni potenti...per fare quello che sa fare ma non abbastanza potente/fessibile per altro (Fortran),C, C++, Java Perl, Php, Python ottimo per piccole/medie applicazioni matematiche e di analisi dati c GdA /17
15 R: pro e contro alto livello: funzioni potenti...per fare quello che sa fare ma non abbastanza potente/fessibile per altro (Fortran),C, C++, Java Perl, Php, Python ottimo per piccole/medie applicazioni matematiche e di analisi dati Cominciamo con qualche esempio ( basi.r) c GdA /17
16 R: basi del linguaggio - 1 Sintassi nomi, operazioni elementari c GdA /17
17 R: basi del linguaggio - 1 Sintassi nomi, operazioni elementari case sensitive (nome Nome) c GdA /17
18 R: basi del linguaggio - 1 Sintassi nomi, operazioni elementari case sensitive (nome Nome) caratteri alfanumerici, più. (ma non possono iniziare con numero) c GdA /17
19 R: basi del linguaggio - 1 Sintassi nomi, operazioni elementari case sensitive (nome Nome) caratteri alfanumerici, più. (ma non possono iniziare con numero) dichiarazioni non necessarie c GdA /17
20 R: basi del linguaggio - 1 Sintassi nomi, operazioni elementari case sensitive (nome Nome) caratteri alfanumerici, più. (ma non possono iniziare con numero) dichiarazioni non necessarie usuali operatori aritmetici: +, -, *, / c GdA /17
21 R: basi del linguaggio - 1 Sintassi nomi, operazioni elementari case sensitive (nome Nome) caratteri alfanumerici, più. (ma non possono iniziare con numero) dichiarazioni non necessarie usuali operatori aritmetici: +, -, *, / operatori logici: ==, >=, <=,!= c GdA /17
22 R: basi del linguaggio - 1 Sintassi nomi, operazioni elementari case sensitive (nome Nome) caratteri alfanumerici, più. (ma non possono iniziare con numero) dichiarazioni non necessarie usuali operatori aritmetici: +, -, *, / operatori logici: ==, >=, <=,!= ; per separare istruzioni su stessa riga c GdA /17
23 R: basi del linguaggio - 1 Sintassi nomi, operazioni elementari case sensitive (nome Nome) caratteri alfanumerici, più. (ma non possono iniziare con numero) dichiarazioni non necessarie usuali operatori aritmetici: +, -, *, / operatori logici: ==, >=, <=,!= ; per separare istruzioni su stessa riga parentesi graffe { } per raggruppare istruzioni, es. if ( ) {...} c GdA /17
24 R: basi del linguaggio - 2 Strutture di controllo c GdA /17
25 R: basi del linguaggio - 2 Strutture di controllo if else if else c GdA /17
26 R: basi del linguaggio - 2 Strutture di controllo if else if else for c GdA /17
27 R: basi del linguaggio - 2 Strutture di controllo if else if else for while c GdA /17
28 R: basi del linguaggio - 2 Strutture di controllo if else if else for while switch c GdA /17
29 R: basi del linguaggio - 2 Strutture di controllo if else if else for while switch repeat c GdA /17
30 R: basi del linguaggio - 2 Strutture di controllo if else if else for while switch repeat + funzioni specifiche: tapply, apply, lapply. c GdA /17
31 Ambiente di lavoro e help Help molto potente c GdA /17
32 Ambiente di lavoro e help Help molto potente help() (notare parentesi!) c GdA /17
33 Ambiente di lavoro e help Help molto potente help() (notare parentesi!) help( comando ), ovvero? comando (per molti comandi gli apicetti possono essere ignorati) c GdA /17
34 Ambiente di lavoro e help Help molto potente help() (notare parentesi!) help( comando ), ovvero? comando (per molti comandi gli apicetti possono essere ignorati) help help() le funzioni senza argomento danno loro stesse! (con eccezione delle primitive) c GdA /17
35 Ambiente di lavoro e help Help molto potente help() (notare parentesi!) help( comando ), ovvero? comando (per molti comandi gli apicetti possono essere ignorati) help help() le funzioni senza argomento danno loro stesse! (con eccezione delle primitive) ls(): variabili/funzioni della sessione c GdA /17
36 Ambiente di lavoro e help Help molto potente help() (notare parentesi!) help( comando ), ovvero? comando (per molti comandi gli apicetti possono essere ignorati) help help() le funzioni senza argomento danno loro stesse! (con eccezione delle primitive) ls(): variabili/funzioni della sessione ls.str(): fornisce ulteriori dettagli c GdA /17
37 Ambiente di lavoro e help Help molto potente help() (notare parentesi!) help( comando ), ovvero? comando (per molti comandi gli apicetti possono essere ignorati) help help() le funzioni senza argomento danno loro stesse! (con eccezione delle primitive) ls(): variabili/funzioni della sessione ls.str(): fornisce ulteriori dettagli help.start() help su browser! c GdA /17
38 Sessione - 1 R si ricorda quello che abbiamo fatto! c GdA /17
39 Sessione - 1 R si ricorda quello che abbiamo fatto! > q() Save workspace image? [y/n/c]: > y c GdA /17
40 Sessione - 1 R si ricorda quello che abbiamo fatto! > q() Save workspace image? [y/n/c]: > y Informazioni della sessione su due file.rdata.rhistory c GdA /17
41 Sessione - 1 R si ricorda quello che abbiamo fatto! > q() Save workspace image? [y/n/c]: > y Informazioni della sessione su due file.rdata.rhistory La volta successiva che R è chiamato, vengono ricaricati.rdata e.rhistory contenuti nella directory da cui lo si chiama c GdA /17
42 Sessione - 1 R si ricorda quello che abbiamo fatto! > q() Save workspace image? [y/n/c]: > y Informazioni della sessione su due file.rdata.rhistory La volta successiva che R è chiamato, vengono ricaricati.rdata e.rhistory contenuti nella directory da cui lo si chiama creare diverse directory per diversi progetti c GdA /17
43 Pulizia Sovrascrittura e cancellazione degli oggetti c GdA /17
44 Pulizia Sovrascrittura e cancellazione degli oggetti Ogni assegnazione sovrascrive l eventuale oggetto avente stesso nome: half <- function(x) x/2 (quasi come in C...) half(pi) half <- 1/2 c GdA /17
45 Pulizia Sovrascrittura e cancellazione degli oggetti Ogni assegnazione sovrascrive l eventuale oggetto avente stesso nome: half <- function(x) x/2 (quasi come in C...) half(pi) half <- 1/2 Gli oggetti possono essere rimossi con rm(oggetto), ad esempio rm(half) (attenzione: non chiede conferma!) c GdA /17
46 Pulizia Sovrascrittura e cancellazione degli oggetti Ogni assegnazione sovrascrive l eventuale oggetto avente stesso nome: half <- function(x) x/2 (quasi come in C...) half(pi) half <- 1/2 Gli oggetti possono essere rimossi con rm(oggetto), ad esempio rm(half) (attenzione: non chiede conferma!) rimozioni multiple: rm(x,y,pippo,ora) c GdA /17
47 Comandi di sistema Interazione con il sistema operativo c GdA /17
48 Comandi di sistema Interazione con il sistema operativo system( comando di sistema ) esempio: system( ls -la ) c GdA /17
49 Comandi di sistema Interazione con il sistema operativo system( comando di sistema ) esempio: system( ls -la ) system( date ) c GdA /17
50 Comandi di sistema Interazione con il sistema operativo system( comando di sistema ) esempio: system( ls -la ) system( date ) oggi <- system( date +%d ) ora <- system( date +%H ) minuti <- system( date +%M ) c GdA /17
51 Comandi di sistema Interazione con il sistema operativo system( comando di sistema ) esempio: system( ls -la ) system( date ) oggi <- system( date +%d ) ora <- system( date +%H ) minuti <- system( date +%M ) Per eseguire scripts: source( file di comandi ) tipicamente nome file.r c GdA /17
52 Vettori, arrays, liste Uno dei vantaggi di linguaggi tipo R rispetto a C/C++ etc. consiste nella gestione compatta di strutture di dati I vettori possono contenere solo dati omogenei (numerici o caratteri) Gli arrays possono estensioni multidimensionali (a molti indici) dei vettori. Il caso a due indici è una matrice Le liste sono collezioni ordinate di oggetti, anche di tipo diverso. c GdA /17
53 Vettori: esempi ( vettori.r) c GdA /17
54 Vettori: esempi ( vettori.r) x <- c(0., 4.5, 1.3, 3.2) c GdA /17
55 Vettori: esempi ( vettori.r) x <- c(0., 4.5, 1.3, 3.2) length(x), min(x), max(x), sum(x), prod(x), mean(x), sd(x) c GdA /17
56 Vettori: esempi ( vettori.r) x <- c(0., 4.5, 1.3, 3.2) length(x), min(x), max(x), sum(x), prod(x), mean(x), sd(x) 1/sqrt(x), sum(xˆ2) c GdA /17
57 Vettori: esempi ( vettori.r) x <- c(0., 4.5, 1.3, 3.2) length(x), min(x), max(x), sum(x), prod(x), mean(x), sd(x) 1/sqrt(x), sum(xˆ2) dato y <- c(2, 5.2, 3, 0), si può calcolare x+y, x/y, etc. c GdA /17
58 Vettori: esempi ( vettori.r) x <- c(0., 4.5, 1.3, 3.2) length(x), min(x), max(x), sum(x), prod(x), mean(x), sd(x) 1/sqrt(x), sum(xˆ2) dato y <- c(2, 5.2, 3, 0), si può calcolare x+y, x/y, etc. R gestisce anche valori vuoti, infiniti o indefiniti c GdA /17
59 Vettori: esempi ( vettori.r) x <- c(0., 4.5, 1.3, 3.2) length(x), min(x), max(x), sum(x), prod(x), mean(x), sd(x) 1/sqrt(x), sum(xˆ2) dato y <- c(2, 5.2, 3, 0), si può calcolare x+y, x/y, etc. R gestisce anche valori vuoti, infiniti o indefiniti dato z <- c(0, NA, 3, 1/0), quanto fa x/z? c GdA /17
60 Vettori: esempi ( vettori.r) x <- c(0., 4.5, 1.3, 3.2) length(x), min(x), max(x), sum(x), prod(x), mean(x), sd(x) 1/sqrt(x), sum(xˆ2) dato y <- c(2, 5.2, 3, 0), si può calcolare x+y, x/y, etc. R gestisce anche valori vuoti, infiniti o indefiniti dato z <- c(0, NA, 3, 1/0), quanto fa x/z? NaN NA c GdA /17
61 Vettori: esempi ( vettori.r) x <- c(0., 4.5, 1.3, 3.2) length(x), min(x), max(x), sum(x), prod(x), mean(x), sd(x) 1/sqrt(x), sum(xˆ2) dato y <- c(2, 5.2, 3, 0), si può calcolare x+y, x/y, etc. R gestisce anche valori vuoti, infiniti o indefiniti dato z <- c(0, NA, 3, 1/0), quanto fa x/z? NaN NA Funzioni per gestire NA, NaN e Inf: is.na(), is.nan(), is.infinite(), is.finite() c GdA /17
62 Funzioni di probabilità ( prob.r) R conosce le principali funzioni di probabilità Dato nome, es. binom, pois, norm, unif, geom, chisq,... c GdA /17
63 Funzioni di probabilità ( prob.r) R conosce le principali funzioni di probabilità Dato nome, es. binom, pois, norm, unif, geom, chisq,... dnome(x, ) funzione/densità di probabilità f(x); c GdA /17
64 Funzioni di probabilità ( prob.r) R conosce le principali funzioni di probabilità Dato nome, es. binom, pois, norm, unif, geom, chisq,... dnome(x, ) funzione/densità di probabilità f(x); pnome(x, ) cumulativa F(x); c GdA /17
65 Funzioni di probabilità ( prob.r) R conosce le principali funzioni di probabilità Dato nome, es. binom, pois, norm, unif, geom, chisq,... dnome(x, ) funzione/densità di probabilità f(x); pnome(x, ) cumulativa F(x); qnome(p, ) quantili x tale che p = F(x); c GdA /17
66 Funzioni di probabilità ( prob.r) R conosce le principali funzioni di probabilità Dato nome, es. binom, pois, norm, unif, geom, chisq,... dnome(x, ) funzione/densità di probabilità f(x); pnome(x, ) cumulativa F(x); qnome(p, ) quantili x tale che p = F(x); rnome(n, ) n numeri (pseudo-)casuali. c GdA /17
67 Funzioni di probabilità ( prob.r) R conosce le principali funzioni di probabilità Dato nome, es. binom, pois, norm, unif, geom, chisq,... dnome(x, ) funzione/densità di probabilità f(x); pnome(x, ) cumulativa F(x); qnome(p, ) quantili x tale che p = F(x); rnome(n, ) n numeri (pseudo-)casuali. Nota: x e p possono anche dei vettori. c GdA /17
68 Grafica ( plots.r) R ha molte funzioni per la grafica: plot, istogrammi, etc c GdA /17
69 Grafica ( plots.r) R ha molte funzioni per la grafica: plot, istogrammi, etc plot(x,) plot di x Vs numero d ordine c GdA /17
70 Grafica ( plots.r) R ha molte funzioni per la grafica: plot, istogrammi, etc plot(x,) plot di x Vs numero d ordine plot(x,y, ) scatter plot y Vs x c GdA /17
71 Grafica ( plots.r) R ha molte funzioni per la grafica: plot, istogrammi, etc plot(x,) plot di x Vs numero d ordine plot(x,y, ) scatter plot y Vs x varie opzione di grafica, didascalie, etc. c GdA /17
72 Grafica ( plots.r) R ha molte funzioni per la grafica: plot, istogrammi, etc plot(x,) plot di x Vs numero d ordine plot(x,y, ) scatter plot y Vs x varie opzione di grafica, didascalie, etc. hist(x,): istogramma c GdA /17
73 Grafica ( plots.r) R ha molte funzioni per la grafica: plot, istogrammi, etc plot(x,) plot di x Vs numero d ordine plot(x,y, ) scatter plot y Vs x varie opzione di grafica, didascalie, etc. hist(x,): istogramma curve(funzione(x), ) c GdA /17
74 Grafica ( plots.r) R ha molte funzioni per la grafica: plot, istogrammi, etc plot(x,) plot di x Vs numero d ordine plot(x,y, ) scatter plot y Vs x varie opzione di grafica, didascalie, etc. hist(x,): istogramma curve(funzione(x), ) plots.r c GdA /17
75 Altri esempi (e concetti) c GdA /17
76 Altri esempi (e concetti) Piccolo esempio di uso di R come calcolatorino dotato di grafica RC.R c GdA /17
77 Altri esempi (e concetti) Piccolo esempio di uso di R come calcolatorino dotato di grafica RC.R Data frame voti.r c GdA /17
78 Altri esempi (e concetti) Piccolo esempio di uso di R come calcolatorino dotato di grafica RC.R Data frame voti.r Matrici matrici.r c GdA /17
79 Altri esempi (e concetti) Piccolo esempio di uso di R come calcolatorino dotato di grafica RC.R Data frame voti.r Matrici matrici.r Uso batch (calcoli, plot, etc. senza dover aprire una sessione): c GdA /17
80 Altri esempi (e concetti) Piccolo esempio di uso di R come calcolatorino dotato di grafica RC.R Data frame voti.r Matrici matrici.r Uso batch (calcoli, plot, etc. senza dover aprire una sessione): echo rnorm(10) R --slave c GdA /17
81 Referenze Sito ufficiale googlare R (così si impara anche che esiste un altro super-calcolatorino...) Download sorgenti/rpm per Unix, binary per Windows Molta documentazione: manuale, intro s, etc. inclusi nell istallazione; esempi in giro Possibilità di aggiungere pacchetti (molti!) da repositories in modo pressoché automatico c GdA /17
82 Conclusioni Vale la pena di provare buon divertimento! Ulteriori esempi: mc1.r: MC stima π e Teorema Limite Centrale mc lotto.r: MC estrazioni al lotto mc gassiane.r: MC gaussiane mc hit miss.r: MC, inversione F(x) Vs hit-miss triang.r: dtriang, ptriang e rtriang; simulazione somma di triangolari asimmetriche. prop cov.r: propagazione varianze/covarianze (assume linearizzazione derivate fatte da R) c GdA /17
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