tidyverse初认识

1 第一题 编写代码

利用nycflights13包的flights数据集是2013年从纽约三大机场(JFK、LGA、EWR)起飞的所有航班的准点数据,共336776条记录。

  • 计算纽约三大机场2013起飞航班数和平均延误时间(可使用group_by, summarise函数)

    flights |> 
      group_by(origin) |>
      summarise(n=n(),dly=mean(dep_delay,na.rm=T))
    # A tibble: 3 × 3
      origin      n   dly
      <chr>   <int> <dbl>
    1 EWR    120835  15.1
    2 JFK    111279  12.1
    3 LGA    104662  10.3
  • 计算不同航空公司2013从纽约起飞航班数和平均延误时间

    flights |> 
      group_by(carrier) |>
      summarise(n=n(),dly=mean(dep_delay,na.rm=T)) |> 
      arrange(desc(n))
    # A tibble: 16 × 3
       carrier     n   dly
       <chr>   <int> <dbl>
     1 UA      58665 12.1 
     2 B6      54635 13.0 
     3 EV      54173 20.0 
     4 DL      48110  9.26
     5 AA      32729  8.59
     6 MQ      26397 10.6 
     7 US      20536  3.78
     8 9E      18460 16.7 
     9 WN      12275 17.7 
    10 VX       5162 12.9 
    11 FL       3260 18.7 
    12 AS        714  5.80
    13 F9        685 20.2 
    14 YV        601 19.0 
    15 HA        342  4.90
    16 OO         32 12.6 
  • 计算纽约三大机场排名前三个目的地和平均飞行距离(可使用group_by, summarise, arrange, slice_max函数)

    flights |> 
      group_by(origin,dest) |>
      summarise(n=n(),dist=mean(distance)) |> 
      slice_max(n,n=3)
    `summarise()` has grouped output by 'origin'. You can override using the
    `.groups` argument.
    # A tibble: 9 × 4
    # Groups:   origin [3]
      origin dest      n  dist
      <chr>  <chr> <int> <dbl>
    1 EWR    ORD    6100   719
    2 EWR    BOS    5327   200
    3 EWR    SFO    5127  2565
    4 JFK    LAX   11262  2475
    5 JFK    SFO    8204  2586
    6 JFK    BOS    5898   187
    7 LGA    ATL   10263   762
    8 LGA    ORD    8857   733
    9 LGA    CLT    6168   544

2 第二题 解释代码

  1. 代码含义:tibble把鸢尾花数据(iris)变成更整洁的表格,arrange先按花的种类(Species)分组然后在每个种类里,把所有名字以”Sepal”开头的列(比如花瓣长度、宽度)从大到小排序(desc表示降序)。

    tibble(iris) %>% 
      arrange(Species,across(starts_with("Sepal"), desc))
    # A tibble: 150 × 5
       Sepal.Length Sepal.Width Petal.Length Petal.Width Species
              <dbl>       <dbl>        <dbl>       <dbl> <fct>  
     1          5.8         4            1.2         0.2 setosa 
     2          5.7         4.4          1.5         0.4 setosa 
     3          5.7         3.8          1.7         0.3 setosa 
     4          5.5         4.2          1.4         0.2 setosa 
     5          5.5         3.5          1.3         0.2 setosa 
     6          5.4         3.9          1.7         0.4 setosa 
     7          5.4         3.9          1.3         0.4 setosa 
     8          5.4         3.7          1.5         0.2 setosa 
     9          5.4         3.4          1.7         0.2 setosa 
    10          5.4         3.4          1.5         0.4 setosa 
    # ℹ 140 more rows
  2. 代码含义:group_by把角色数据(starwars)按性别(gender)分组(如男性、女性、无性别等),filter在每个性别组里,只留下那些体重超过该性别平均体重的角色,(na.rm=TRUE的意思是计算平均值时忽略那些体重数据缺失的角色)。

    starwars %>% 
      group_by(gender) %>% 
      filter(mass > mean(mass, na.rm = TRUE))
    # A tibble: 15 × 14
    # Groups:   gender [3]
       name    height   mass hair_color skin_color eye_color birth_year sex   gender
       <chr>    <int>  <dbl> <chr>      <chr>      <chr>          <dbl> <chr> <chr> 
     1 Darth …    202  136   none       white      yellow          41.9 male  mascu…
     2 Owen L…    178  120   brown, gr… light      blue            52   male  mascu…
     3 Beru W…    165   75   brown      light      blue            47   fema… femin…
     4 Chewba…    228  112   brown      unknown    blue           200   male  mascu…
     5 Jabba …    175 1358   <NA>       green-tan… orange         600   herm… mascu…
     6 Jek To…    180  110   brown      fair       blue            NA   <NA>  <NA>  
     7 IG-88      200  140   none       metal      red             15   none  mascu…
     8 Bossk      190  113   none       green      red             53   male  mascu…
     9 Ayla S…    178   55   none       blue       hazel           48   fema… femin…
    10 Gregar…    185   85   black      dark       brown           NA   <NA>  <NA>  
    11 Lumina…    170   56.2 black      yellow     blue            58   fema… femin…
    12 Zam We…    168   55   blonde     fair, gre… yellow          NA   fema… femin…
    13 Shaak …    178   57   none       red, blue… black           NA   fema… femin…
    14 Grievo…    216  159   none       brown, wh… green, y…       NA   male  mascu…
    15 Tarfful    234  136   brown      brown      blue            NA   male  mascu…
    # ℹ 5 more variables: homeworld <chr>, species <chr>, films <list>,
    #   vehicles <list>, starships <list>
  3. 代码含义:select只保留角色数据(starwars)的名字(name)、家乡(homeworld)和物种(species)这三列,mutate across把除名字(name)外的所有列(也就是家乡和物种)都转换成分类格式。

    starwars %>%
      select(name, homeworld, species) %>%
      mutate(across(!name, as.factor))
    # A tibble: 87 × 3
       name               homeworld species
       <chr>              <fct>     <fct>  
     1 Luke Skywalker     Tatooine  Human  
     2 C-3PO              Tatooine  Droid  
     3 R2-D2              Naboo     Droid  
     4 Darth Vader        Tatooine  Human  
     5 Leia Organa        Alderaan  Human  
     6 Owen Lars          Tatooine  Human  
     7 Beru Whitesun Lars Tatooine  Human  
     8 R5-D4              Tatooine  Droid  
     9 Biggs Darklighter  Tatooine  Human  
    10 Obi-Wan Kenobi     Stewjon   Human  
    # ℹ 77 more rows
  4. 代码含义:tibble把汽车数据(mtcars)变成更整洁的表格,group_by把汽车按发动机类型(vs)分组,mutate在每组里,把马力(hp)分成低、中、高三个档次(cut(hp,3)就是平均分三段),group_by改成按马力档次重新分组。

    tibble(mtcars) %>%
      group_by(vs) %>%
      mutate(hp_cut = cut(hp, 3)) %>%
      group_by(hp_cut)
    # A tibble: 32 × 12
    # Groups:   hp_cut [6]
         mpg   cyl  disp    hp  drat    wt  qsec    vs    am  gear  carb hp_cut     
       <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <fct>      
     1  21       6  160    110  3.9   2.62  16.5     0     1     4     4 (90.8,172] 
     2  21       6  160    110  3.9   2.88  17.0     0     1     4     4 (90.8,172] 
     3  22.8     4  108     93  3.85  2.32  18.6     1     1     4     1 (75.7,99.3]
     4  21.4     6  258    110  3.08  3.22  19.4     1     0     3     1 (99.3,123] 
     5  18.7     8  360    175  3.15  3.44  17.0     0     0     3     2 (172,254]  
     6  18.1     6  225    105  2.76  3.46  20.2     1     0     3     1 (99.3,123] 
     7  14.3     8  360    245  3.21  3.57  15.8     0     0     3     4 (172,254]  
     8  24.4     4  147.    62  3.69  3.19  20       1     0     4     2 (51.9,75.7]
     9  22.8     4  141.    95  3.92  3.15  22.9     1     0     4     2 (75.7,99.3]
    10  19.2     6  168.   123  3.92  3.44  18.3     1     0     4     4 (99.3,123] 
    # ℹ 22 more rows

3 第三题 查找帮助理解函数

阅读 https://dplyr.tidyverse.org/reference/mutate-joins.html 内容,说明4个数据集链接函数函数的作用。分别举一个实际例子演示并解释其输出结果。

  1. inner_join() :仅保留两表中键值匹配的行(交集)。

    # 自定义电影参演表(角色名 + 电影)
    films <- tibble(
      name = c("Luke Skywalker", "Darth Vader", "R2-D2", "C-3PO"),
      film = c("A New Hope", "The Empire Strikes Back", "A New Hope", "A New Hope")
    )
    
    starwars %>% 
      inner_join(films, by = "name") %>% 
      select(name, film, species)
    # A tibble: 4 × 3
      name           film                    species
      <chr>          <chr>                   <chr>  
    1 Luke Skywalker A New Hope              Human  
    2 C-3PO          A New Hope              Droid  
    3 R2-D2          A New Hope              Droid  
    4 Darth Vader    The Empire Strikes Back Human  
    #结果解释:只返回starwars和films中name匹配的行(如"Leia"不在films中,故被排除)。只包含两个表中都存在的角色(Luke, Darth, R2, C-3PO),显示他们的名字、电影和物种。
  2. left_join() :保留左表所有行,右表无匹配时填充NA。

    starwars %>% 
      left_join(films, by = "name") %>% 
      select(name, film) %>% 
      head(5)
    # A tibble: 5 × 2
      name           film                   
      <chr>          <chr>                  
    1 Luke Skywalker A New Hope             
    2 C-3PO          A New Hope             
    3 R2-D2          A New Hope             
    4 Darth Vader    The Empire Strikes Back
    5 Leia Organa    <NA>                   
    #结果解释:左表(starwars)所有角色均保留,Leia无电影数据故film为NA。包含starwars表的所有角色(至少前5个),匹配的电影信息(没有的显示NA)。
  3. right_join() :保留右表所有行,左表无匹配时填充NA。

    films %>% 
      right_join(starwars, by = "name") %>% 
      select(name, film) %>% 
      filter(!is.na(film))  # 仅显示有电影的角色
    # A tibble: 4 × 2
      name           film                   
      <chr>          <chr>                  
    1 Luke Skywalker A New Hope             
    2 Darth Vader    The Empire Strikes Back
    3 R2-D2          A New Hope             
    4 C-3PO          A New Hope             
    #结果解释:右表(films)所有角色均保留,若films中有starwars不存在的角色(如"Boba Fett"),会被保留但 film为NA(但此处被过滤)。只包含films表中登记过且starwars中也存在的角色(Luke, Darth, R2, C-3PO)。
  4. full_join() :保留两表所有行,无匹配处填充NA。

    starwars %>% 
      full_join(films, by = "name") %>% 
      filter(is.na(film) | is.na(height)) %>% 
      select(name, film, height)  # 可以查看哪些缺失
    # A tibble: 83 × 3
       name               film  height
       <chr>              <chr>  <int>
     1 Leia Organa        <NA>     150
     2 Owen Lars          <NA>     178
     3 Beru Whitesun Lars <NA>     165
     4 R5-D4              <NA>      97
     5 Biggs Darklighter  <NA>     183
     6 Obi-Wan Kenobi     <NA>     182
     7 Anakin Skywalker   <NA>     188
     8 Wilhuff Tarkin     <NA>     180
     9 Chewbacca          <NA>     228
    10 Han Solo           <NA>     180
    # ℹ 73 more rows
    #结果解释:所有角色和电影均保留,未匹配的条目用 NA 填充。找出所有不匹配的记录 - 要么在starwars中没有身高数据,要么在films中没有电影数据。