dplyr :: group_by(),filter(), select(),mutate(),arrange(),summarise()

Published on

http://dplyr.tidyverse.org/articles/two-table.html
http://r4ds.had.co.nz/transform.html
https://github.com/hadley
http://cran.r-project.org/web/packages/dplyr/vignettes/introduction.html
http://www.starkingdom.co.uk/r-data-frames-dplyr-vs-sqldf/
lecture
http://wsyang.com/2014/02/introduction-to-dplyr/

 dplyr()이란 ?

vignette("introduction", package="dplyr") # dplyr의 주요 verbs에 대해 
vignette("databases",    package="dplyr")    # dplyr이 DB와 어떻게 사용되는지
  • Hadley Wickham이 만든 팩키지 중 하나 : dplyr, reshape2, ggplot2
  • plyr 팩키지는 모든 함수가 R로 작성되어 처리 속도가 느리다는 단점이 있었으나,
    dplyr 팩키지는 C++로 작성되어 불필요한 함수를 불러오지 않기 때문에 처리속도가 빠르다.
  • dplyr 패키지는 data.frame 처리뿐아니라, 아래 형식의 데이터를 이용가능함
    – data.table와 함께 사용하면,  단순히 data.frame을 사용했을 때보다 속도가 빠르다
    dplyr also provides data table methods for all verbs through dtplyr.
    – 각종 데이터베이스 : 현재 MySQL, PostgreSQL, SQLite, BigQuery를 지원
    – 데이터 큐브 : dplyr 패키지 내부에 실험적으로 내장됨 tbl_cube()
  • 결과는 data.frame (결과가 항상 같은 형식으로 나와 Chaining이 가능)

* plyr 와 dplyr 를 함께 사용할때에는 항상 plyr 라이브러리를 dplyr보다 먼저 로딩해야한다. 

Verb

dplyr 패키지의 기본이 되는 것은 다음 5개 함수입니다.

Single-table verb

row

함수명내용유사함수
arrange()정렬order(), sort()
filter()조건에 맞는 “행”데이터 추출,
slice()는 위치기준에 맞게 추출		subset()
distinct()unique()

Column

함수명내용유사함수
select()기존의 열 추출data[, c(“Year”, Month”)],
rename()
mutate()새로운 열 추가, transmute()transform()
summarise()집계aggregate()

그룹 Operation

함수명내용유사함수
group_by()그룹별로 다양한 집계

dplyr 때문에 Overwrite된  기본 filter()와 lag()를 사용하려면,  
 stats::filter()   ,  stats::lag()로 사용하면 됨

multiful-table verb

함수명내용
 left joinall x + matching y
 inner joinmatching x + y
 semi joinall x with       matching in y
 anti joinall x without matching in y

예제

0. 데이터 준비

data – nycflights13   :   # NYC를 출발하는 모든 비행기의 2013년 이착륙기록 ,  # 336,776건의 이착륙기록에 대해 19개 항목을 수집한 데이터

data.frame에서  tbl_df 객체로생성.

flights <- nycflights13::flights %>% tbl_df()

1.<Row행>  정렬 – arrange()

order by와 비슷한 기능.
지정한 열을 기준으로 작은 값으로부터 큰 값의 순으로 데이터를 정렬, 역순으로 정렬시 desc()활용

 year, month, day 순으로 정렬

flights %>% arrange(year, month, day) 

# arrange(flights_df, year, month, day)
# flights[order(flights$year, flights$month, flights$day), ]  #base R

 descending order (역순)

flights %>% arrange(desc(arr_delay)) 
# arrange(flights_df, desc(arr_delay))
# flights[order(flights$arr_delay, decreasing = TRUE), ]        #base R
# flights[order(-flights$arr_delay), ]

Missing values

Ascending, descending 이든  항상 가장 마지막에 정렬된다.

2. <Row행>의 일부 데이터 추출 – filter()

조건에 따라 행(row)의 subset 추출

# 1월 1일 데이터 추출
flights %>% filter(month==1 & day==1)

#filter(flights, month==1 & day==1)
# flights[flights$month==1 & flights$day==1, ]    #base R

# A tibble: 842 × 19
#    year month   day dep_time sched_dep_time dep_delay arr_time sched_arr_time arr_delay carrier
#                                              
#1   2013     1     1      517            515         2      830            819        11      UA
#2   2013     1     1      533            529         4      850            830        20      UA
#3   2013     1     1      542            540         2      923            850        33      AA

Logical operators

Complete set of boolean operations. `x` is the left-hand circle, `y` is the right-hand circle, and the shaded region show which parts each operator selects.

De Morgan’s law:  
!(x & y) is the same as !x | !y,
!(x | y) is the same as !x & !y.

Don’t use  && and ||.

기본적으로 , 는  AND & 조건

filter(flights, month==1 , day==1)             # operator ,
filter(flights, month==1 | day==1)             # operator |
slice(flights, 1:10)                           #To select rows by position

OR | 조건 예

# 10월~12월 데이터 추출
flights %>% filter(month==10 | month==11 | month==12)
flights %>% filter(month %in% c(10, 11, 12))
flights %>% filter(between (month, 10, 12))

## 잘못쓴 예 flights %>% filter(month == 10 | 11 | 12)    #To select rows by position

filter + str_dect(), between()

dd %>% filter(str_detect(이름, “식$”))

dd %>% filter(between(나이, 17, 24))

NA (Not available, Unknown value)

거의 모든 연산에 대한 NA의 결과는 NA 다.

NA == NA ; 6 == NA ; NA > 6 ; NA + 6 ; NA / 6 ; NA * 0
# [1] NA

예외>

NA ^ 0 ; NA | TRUE ; FALSE & NA
# [1] 1  [1] TRUE    [1] FALSE

is.na(x)  NA 를 찾는 가장 좋은 방법

is.na(x)
#> [1] TRUE

3.<Row행> distinct (unique) 행 추출 – distinct()

flights %>% distinct(month, day)

#distinct(flights, month, day)
# unique(flights_df$day)             #base R

4.<Column열> 추출 – select()

flights %>% select(year, month, day)
#select(flights, year, month, day)   

# 벡터 활용
vars <- c("year", "month", "day", "dep_delay", "arr_delay")
flights %>% select(vars)

지정한 열 제외   -

flights %>% select( -(year:day))

지정한 열 뒤에 모든 열  everything()

flights %>% select(time_hour, air_time, everything())

같이 쓰기 유용한 함수들

starts_with(“abc”) “abc” 로 시작하는..
ends_with(“xyz”)“xyz” 로 끝나는
contains(“ijk”)“ijk” 를 포함하는 (대소문자구분 안함)
matches(“(.)\\1”)정규식을 만족하는  (in 과 비슷)
num_range(“x”, 1:3)matches x1, x2 and x3

5.<Column열> 신규 열 추가 – mutate()

transform()도 비슷한 기능을 하지만, mutate()는 추가된 열을 같은 함수에서 바로 사용가능

flights %>% mutate( 
    gain  = arr_delay-dep_delay,
    speed = distance/air_time*60,
    gain_per_hour = gain/(air_time/60)     # 신규열gain을 gain_per_hour의 계산에 바로사용, transform()에서는 안됨
)

추가된 열만 사용할때  transmute()

flights %>% mutate( 
    gain  = arr_delay-dep_delay,
    speed = distance/air_time*60
) %>% select(gain, speed)

flights %>% transmute( 
    gain  = arr_delay-dep_delay,
    speed = distance/air_time*60
)

연산

http://r4ds.had.co.nz/transform.html#mutate-funs

6. 집계 – summarise()

group_by와 함께 사용할때, 훨씬 더 유용하다.

min(), max(), mean(), sum(), sd(), var(), median(), and IQR()등의 함수를 지정하여 기초 통계량 계산
dplyr에서 추가적으로 제공하는 함수들    n():  현 그룹의 obs.갯수,  n_distinct(x): unique값의 갯수,
                                                                           first(x): x[1] ,  last(x): x[length(x)],  nth(x, n)

# 평균 출발지연시간 계산
flights %>% summarise(delay = mean(dep_delay, na.rm = TRUE))

# A tibble: 1 × 1
#  delay
#  
#1 12.64

group_by()와 함께

flights %>% group_by(year, month, day) %>%
    summarise(delay = mean(dep_delay, na.rm = TRUE))

NA 값 미리 제거

flights %>% filter(!is.na(dep_delay), !is.na(arr_delay)) %>%
    group_by(year, month, day) %>%
    summarise(delay = mean(dep_delay))

7.<Row행> 그룹화 – group_by()

지정한 열의 수준(level)별로 그룹화된 결과를 얻을 수 있습니다.

by_tailnum <- group_by(flights, tailnum)
delay <- summarise(by_tailnum,
                   count = n(),
                   dist  = mean(distance, na.rm=T),
                   delay = mean(arr_delay, na.rm=T))
delay <- filter(delay, count > 20, dist < 2000)

예> 항공사별로  평균 연착시간을 계산하고, 그 중 비행편수 20편 이상, 평균 비행 거리 2,000마일 이상

# delay is only slightly related to the average distance flown by a plane
ggplot(delay, aes(dist, delay)) +
    geom_point(aes(size=count), alpha=1/2) +
    geom_smooth() +
    scale_size_area()

다른예

# 각 목적지별 비행기No 및 항공기 편수 
destinations <- group_by(flights_df, dest)
summarise(destinations,
          planes = n_distinct(tailnum),
          flights = n()
)

# 일별(복합키) 편수 
daily <- group_by(flights_df, year, month, day)
(per_day   <- summarise(daily, flights = n()))

8. <Row행>  랜덤 샘플링  - sample_n()

bootstrap sample을 위해 replace = TRUE 옵션 사용

sample_n(flights, 10)         # 샘플 수
sample_frac(flights, 0.01)    # 샘플 비율

summarise_each(), mutate_each()

하나의 변수에 대해 복수의 통계값

library(dplyr)
mtcars <- mtcars %>% 
            tbl_df() %>% 
                select(cyl , mpg, disp)

### function N, variable N
# without group
mtcars %>% 
    summarise(min_mpg  = min(mpg), 
              min_disp = min(disp), 
              max_mpg  = max(mpg), 
              max_disp = max(disp))

mtcars %>% 
    summarise_each(funs(min, max) , mpg, disp)

# with group , setNames
mtcars %>% 
    group_by(cyl) %>% 
    summarise_each(funs(min, max) , mpg, disp) %>%
    setNames(c("gear", "min_mpg", "min_disp", "max_mpg", "max_disp"))

 Pipe, Chaining - chain()

ggplot2 패키지에서 ‘+’ 연산자 또는 Uninx의  pipe 연산와 비슷.
작성순서와 데이터변형 순서가 같다는 점이 장점

chain() 혹은 %>%를 이용하여 각 함수를 연결,
임시 dataFrame 생성없이 최종결과를 얻을 수 있음 ( 첫 번째 인수인 DataFrame생략.

http://datum.io/dplyr-easydatahandling/
NewImage
NewImage

다른 예>

library(dplyr)
library(hflights) 

hflights_df <- tbl_df(hflights)
hflights_df <- hflights %>% 
group_by(TailNum) %>% 
mutate(Rank = rank(desc(ArrDelay))) %>%
select(TailNum, ArrDelay, Rank)  

hflights_df
hflights_df$query
hflights_df$explain

Window Functions

dplyr 패키지에서 유용한 기능 중에 하나가 window functions인데, lead 함수와 lag 함수가 상당히 유용하다.

vignette("introduction", package = "dplyr")

#install.packages("nycflights13")
library(nycflights13)
# NYC를 출발하는 모든 비행기의 2013년 이착륙기록
# 336,776건의 이착륙기록에 대해 19개 항목을 수집한 데이터     
str(flights);head(flights)

library(dplyr)
#많은 관측치를 감안하여 tbl_df 형식으로 변환 (화면에 맞게 행/열 출력)
(flights_df <- tbl_df(flights))



filter(flights_df, month==1 & day==1)
# flights[flights$month==1 & flights$day==1, ]   # base R
# filter(flights, month==1 , day==1)             # operator ,
# filter(flights, month==1 | day==1)             # operator |
# slice(flights, 1:10)                           #To select rows by position

# 데이터를 year, month, day 순으로 정렬
arrange(flights_df, year, month, day)
# flights[order(flights$year, flights$month, flights$day), ]   # base R

# arrange(flights_df, desc(arr_delay))                         # descending order
# flights[order(flights$arr_delay, decreasing = TRUE), ]       # base R
# flights[order(-flights$arr_delay), ]


# Year, Month, DayOfWeek 열을 추출
select(flights_df, year, month, day)
# Year부터 DayOfWeek를 제외한 나머지 열을 추출
select(flights_df, -(year:day))


distinct(flights_df, day)
# unique(flights_df$day)
distinct(flights_df, month, day)    # 복합키



mutate(flights_df, 
       gain  = arr_delay-dep_delay,
       speed = distance/air_time*60,
       # 신규열gain을 gain_per_hour의 계산에 바로사용, transform()에서는 안됨
       gain_per_hour = gain/(air_time/60)  
)

mutate(flights_df, 
       gain  = arr_delay-dep_delay
) %>% select(year:day, gain)

# 평균 출발지연시간 계산
summarise(flights_df,
          delay = mean(dep_delay, na.rm = TRUE))


sample_n(flights, 10)         # 샘플 수
sample_frac(flights, 0.01)    # 샘플 비율


by_tailnum <- group_by(flights_df, tailnum)
delay <- summarise(by_tailnum,
                   count = n(),
                   dist  = mean(distance, na.rm=T),
                   delay = mean(arr_delay, na.rm=T))
delay <- filter(delay, count > 20, dist < 2000)

# delay is only slightly related to the average distance flown by a plane
ggplot(delay, aes(dist, delay)) +
    geom_point(aes(size=count), alpha=1/2) +
    geom_smooth() +
    scale_size_area()

# 각 목적지별 비행기No 및 항공기 편수 
destinations <- group_by(flights_df, dest)
summarise(destinations,
          planes = n_distinct(tailnum),
          flights = n()
)

# 일별(복합키) 편수 
daily <- group_by(flights, year, month, day)
(per_day   <- summarise(daily, flights = n()))
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