整理自《R for data science》
本文介绍3种方法用于处理大量模型。
- 使用多个简单模型更好地理解复杂数据集。
- 使用列表列在数据框中保存任意数据结构。
- 使用broom包将模型转换为整洁数据。
准备工作
library(modelr)
library(tidyverse)
#> ─ Attaching packages ──────────────────────────────────── tidyverse 1.2.1 ─
#> ✔ ggplot2 3.0.0 ✔ purrr 0.2.5
#> ✔ tibble 1.4.2 ✔ dplyr 0.7.6
#> ✔ tidyr 0.8.1 ✔ stringr 1.3.1
#> ✔ readr 1.1.1 ✔ forcats 0.3.0
#> ─ Conflicts ────────────────────────────────────── tidyverse_conflicts() ─
#> ✖ dplyr::filter() masks stats::filter()
#> ✖ dplyr::lag() masks stats::lag()
列表列
列表列是隐式定义在数据框中的：数据框是由相同长度的向量组成的命名列表。一个列表就是一个向量（嵌套向量），因此完全可以将列表作为数据框的一列。但在R基础包中创建列表列是非常困难的，且data.frame()函数时将列表作为列的列表来处理的：
data.frame(x = list(1:3, 3:5))
#> x.1.3 x.3.5
#> 1 1 3
#> 2 2 4
#> 3 3 5
要想不这样处理，可以使用I()函数，但输出结果难以解释：
data.frame(
x = I(list(1:3, 3:5)),
y = c("1, 2", "3, 4, 5")
)
#> x y
#> 1 1, 2, 3 1, 2
#> 2 3, 4, 5 3, 4, 5
tibble更懒惰一些，它不会修改输入，但更容易创建列表列，输出的内容也非常容易理解：
tibble(
x = list(1:3, 3:5),
y = c("1, 2", "3, 4, 5")
)
#> # A tibble: 2 x 2
#> x y
#> <list> <chr>
#> 1 <int [3]> 1, 2
#> 2 <int [3]> 3, 4, 5
使用tribble()函数则更容易，它可以自动识别：
tribble(
~x, ~y,
1:3, "1, 2",
3:5, "3, 4, 5"
)
#> # A tibble: 2 x 2
#> x y
#> <list> <chr>
#> 1 <int [3]> 1, 2
#> 2 <int [3]> 3, 4, 5
列表列的最大用处是作为一种中间数据结构。想要直接处理列表列比较困难，因为多数R函数都只处理原子向量或数据框。但列表列可以将相关条目统一保存在一个数据框中，光这一点就值得我们学习它。
创建列表列
一般我们会使用下面3种方式创建列表列。
- 使用tidyr::nest()函数将分组数据转换为嵌套数据框，嵌套数据框中会包含列表列。
- 使用mutate()函数以及能够返回列表的向量化函数
- 使用summarize()函数以及能够返回多个结果的摘要函数
使用嵌套
nest()函数有两种使用方式。
一是当用于分组数据时，nest()函数会保留用于分组的列，而其他所有数据归并到列表中。
二是可以在未分组的数据上使用nest()函数，此时需要指定嵌套哪些列。
使用向量化函数
一些常用函数接受一个原子向量并返回一个列表。例如stringr::str_split()函数接受一个字符向量，并返回字符向量的一个列表。如果在mutate()中使用该函数，就会得到列表列。
df = tribble(
~x1,
"a,b,c",
"d,e,f,g"
)
df %>%
mutate(x2 = stringr::str_split(x1, ","))
#> # A tibble: 2 x 2
#> x1 x2
#> <chr> <list>
#> 1 a,b,c <chr [3]>
#> 2 d,e,f,g <chr [4]>
unnest()函数知道如何处理这些向量列表。
df %>%
mutate(x2 = stringr::str_split(x1, ",")) %>%
unnest()
#> # A tibble: 7 x 2
#> x1 x2
#> <chr> <chr>
#> 1 a,b,c a
#> 2 a,b,c b
#> 3 a,b,c c
#> 4 d,e,f,g d
#> 5 d,e,f,g e
#> 6 d,e,f,g f
#> 7 d,e,f,g g
另一个示例是使用purrr包中的map()、map2()以及pmap()函数。
sim = tribble(
~f, ~params,
"runif", list(min = -1, max = -1),
"rnorm", list(sd = 5),
"rpois", list(lambda = 10)
)
sim %>%
mutate(sims = invoke_map(f, params, n = 10))
#> # A tibble: 3 x 3
#> f params sims
#> <chr> <list> <list>
#> 1 runif <list [2]> <dbl [10]>
#> 2 rnorm <list [1]> <dbl [10]>
#> 3 rpois <list [1]> <int [10]>
使用多值摘要
summarize()函数的一个局限性是，只能使用返回单一值的摘要函数。这意味着我们不能使用像quantile()这样的函数，因为它会返回任意长度的向量：
mtcars %>%
group_by(cyl) %>%
summarize(q = quantile(mpg))
#> Error in summarise_impl(.data, dots): Column `q` must be length 1 (a summary value), not 5
然而，我们可以将结果包装在一个列表中！这样操作的画，返回的结果就是长度为1的列表（向量）了。
mtcars %>%
group_by(cyl) %>%
summarise(q = list(quantile(mpg)))
#> # A tibble: 3 x 2
#> cyl q
#> <dbl> <list>
#> 1 4 <dbl [5]>
#> 2 6 <dbl [5]>
#> 3 8 <dbl [5]>
想要unnest()函数的结果更可用，添加一个概览列：
probs = c(0.01, 0.25, 0.5, 0.75, 0.99)
mtcars %>%
group_by(cyl) %>%
summarise(p = list(probs), q = list(quantile(mpg, probs))) %>%
unnest()
#> # A tibble: 15 x 3
#> cyl p q
#> <dbl> <dbl> <dbl>
#> 1 4 0.01 21.4
#> 2 4 0.25 22.8
#> 3 4 0.5 26
#> 4 4 0.75 30.4
#> 5 4 0.99 33.8
#> 6 6 0.01 17.8
#> 7 6 0.25 18.6
#> 8 6 0.5 19.7
#> 9 6 0.75 21
#> 10 6 0.99 21.4
#> 11 8 0.01 10.4
#> 12 8 0.25 14.4
#> 13 8 0.5 15.2
#> 14 8 0.75 16.2
#> 15 8 0.99 19.1
使用命名列表
带有列表列的数据框可以解决一种常见问题：如何同时对列表的元素及元素的内容进行迭代？相对于将所有元素内容塞进一个对象，更容易的方法是创建一个数据框：一列包含元素名称，另一列包含元素中的列表内容。我们可以使用enframe()函数实现该数据框。
x = list(
a = 1:5,
b = 3:4,
c = 5:6
)
df = enframe(x)
df
#> # A tibble: 3 x 2
#> name value
#> <chr> <list>
#> 1 a <int [5]>
#> 2 b <int [2]>
#> 3 c <int [2]>
如果想对名称和值进行列表，使用map2()函数。
df %>%
mutate(
smry = map2_chr(
name,
value,
~ stringr::str_c(.x, ": ", .y[1])
)
)
#> # A tibble: 3 x 3
#> name value smry
#> <chr> <list> <chr>
#> 1 a <int [5]> a: 1
#> 2 b <int [2]> b: 3
#> 3 c <int [2]> c: 5
简化列表列
- 如果想得到单个值，就使用mutate()以及map_lgl()、map_int()、map_dbl()和map_chr()函数来创建一个原子向量。
- 如果想得到多个值，就使用unnest()函数将列表列还原为普通列，这样可以按需要将行执行多次重复
列表转换为向量
如果可以将列表缩减为一个原子向量，那么这个原子向量就可以作为普通列。
df = tribble(
~x,
letters[1:5],
1:3,
runif(5)
)
df %>% mutate(
type = map_chr(x, typeof),
length = map_int(x, length)
)
#> # A tibble: 3 x 3
#> x type length
#> <list> <chr> <int>
#> 1 <chr [5]> character 5
#> 2 <int [3]> integer 3
#> 3 <dbl [5]> double 5
我们还可以使用map_*快捷方式，例如使用map_chr(x, “apple”)从x的每个元素中提取apple中的内容，如果元素存在缺失值，可以使用.null参数提供一个返回值（不是返回NULL）：
df = tribble(
~x,
list(a=1, b=2),
list(a=2, c=4)
)
df %>%
mutate(a = map_dbl(x, "a"),
b = map_dbl(x, "b", .null = NA_real_))
#> # A tibble: 2 x 3
#> x a b
#> <list> <dbl> <dbl>
#> 1 <list [2]> 1 2
#> 2 <list [2]> 2 NA
嵌套还原
unnest()函数将列表列中的每个元素都重复一次为普通列。例如下面的例子第1行重复了4次，而第2行只重复1次：
tibble(x = 1:2, y = list(1:4, 1)) %>% unnest(y)
#> # A tibble: 5 x 2
#> x y
#> <int> <dbl>
#> 1 1 1
#> 2 1 2
#> 3 1 3
#> 4 1 4
#> 5 2 1
注意，每行中数据框的行数都要相同，这样才能同时还原多个列表列。
df2 = tribble(
~x, ~y, ~z,
1, "a", 1:2,
2, c("b", "c"), 3
)
df2
#> # A tibble: 2 x 3
#> x y z
#> <dbl> <list> <list>
#> 1 1 <chr [1]> <int [2]>
#> 2 2 <chr [2]> <dbl [1]>
df2 %>% unnest(y, z)
#> Error: All nested columns must have the same number of elements.
使用broom生成整洁数据
broom包提供了3种常用工具，用于将模型转换为整洁数据框。
- glance(model) 为每个模型返回一行数据，其中每一列都是模型的一个摘要统计量：要么是模型质量的度量方式，要么是模型复杂度，又或者是两者的结合。
- tidy(model) 为模型的每个系数返回一行数据，每一列都是系数的估计值或变异指标。
- augment(model, data) 返回data中的每一行，但会添加一些额外信息，如残差以及其他一些有影响的统计量
大部分的模型broom都支持，所以十分有用。
md = lm(mpg ~ cyl, data = mtcars)
broom::glance(md)
#> # A tibble: 1 x 11
#> r.squared adj.r.squared sigma statistic p.value df logLik AIC BIC
#> * <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <int> <dbl> <dbl> <dbl>
#> 1 0.726 0.717 3.21 79.6 6.11e-10 2 -81.7 169. 174.
#> # ... with 2 more variables: deviance <dbl>, df.residual <int>
文章作者 王诗翔
上次更新 2018-10-15
许可协议 CC BY-NC-ND 4.0
