Fonctions dans la programmation R avec exemple

Qu’est-ce qu’une fonction dans R ?

A fonction, dans un environnement de programmation, est un ensemble d'instructions. Un programmeur construit une fonction pour éviter répéter le même tâche, ou réduire complexité.

Une fonction doit être

• écrit pour effectuer une tâche spécifiée
• peut ou non inclure des arguments
• contenir un corps
• peut ou non renvoyer une ou plusieurs valeurs.

Une approche générale d'une fonction consiste à utiliser la partie argument comme entrées, nourrissez le corps partie et enfin retourner un sortie. La syntaxe d'une fonction est la suivante :

function (arglist)  {
  #Function body
}

R fonctions intégrées importantes

Il existe de nombreuses fonctions intégrées dans R. R fait correspondre vos paramètres d'entrée avec ses arguments de fonction, soit par valeur, soit par position, puis exécute le corps de la fonction. Les arguments de la fonction peuvent avoir des valeurs par défaut : si vous ne spécifiez pas ces arguments, R prendra la valeur par défaut.
Notes:
Il est possible de voir le code source d'une fonction en exécutant le nom de la fonction elle-même dans la console.

Nous verrons trois groupes de fonctions en action

• Fonction générale
• Fonction mathématique
• Fonction statistique

Fonctions générales

Nous connaissons déjà les fonctions générales comme les fonctions cbind(), rbind(),range(),sort(),order(). Chacune de ces fonctions a une tâche spécifique et prend des arguments pour renvoyer une sortie. Voici les fonctions importantes qu'il faut connaître.

fonction diff()

Si vous travaillez sur des séries chronologiques, il faut arrêter la série en prenant leur valeurs de décalage. A processus stationnaire permet une moyenne, une variance et une autocorrélation constantes dans le temps. Cela améliore principalement la prédiction d’une série chronologique. Cela peut être facilement réalisé avec la fonction diff(). Nous pouvons créer une série chronologique aléatoire avec une tendance, puis utiliser la fonction diff() pour stationner la série. La fonction diff() accepte un argument, un vecteur et renvoie une différence décalée et itérée appropriée.

Notes: Nous devons souvent créer des données aléatoires, mais pour l'apprentissage et la comparaison, nous voulons que les nombres soient identiques sur toutes les machines. Pour garantir que nous générons tous les mêmes données, nous utilisons la fonction set.seed() avec des valeurs arbitraires de 123. La fonction set.seed() est générée via le processus de générateur de nombres pseudo-aléatoires qui permet à tous les ordinateurs modernes d'avoir la même séquence. de chiffres. Si nous n'utilisons pas la fonction set.seed(), nous aurons tous une séquence de nombres différente.

set.seed(123)
## Create the data
x = rnorm(1000)
ts <- cumsum(x)
## Stationary the serie
diff_ts <- diff(ts)
par(mfrow=c(1,2))
## Plot the series
plot(ts, type='l')
plot(diff(ts), type='l')

fonction longueur()

Dans de nombreux cas, nous voulons connaître le longueur d'un vecteur pour le calcul ou à utiliser dans une boucle for. La fonction length() compte le nombre de lignes du vecteur x. Les codes suivants importent l'ensemble de données des voitures et renvoient le nombre de lignes.

Notes: length() renvoie le nombre d'éléments dans un vecteur. Si la fonction est passée dans une matrice ou un bloc de données, le nombre de colonnes est renvoyé.

dt <- cars
## number columns
length(dt)

Sortie :

## [1] 1

## number rows
length(dt[,1])

Sortie :

## [1] 50

Fonctions mathématiques

R possède un éventail de fonctions mathématiques.

Operator	Description
abs (x)	Prend la valeur absolue de x
journal(x,base=y)	Prend le logarithme de x de base y ; si la base n'est pas spécifiée, renvoie le logarithme népérien
exp (x)	Renvoie l'exponentielle de x
sqrt (x)	Renvoie la racine carrée de x
factorielle(x)	Renvoie la factorielle de x (x !)

# sequence of number from 44 to 55 both including incremented by 1
x_vector <- seq(45,55, by = 1)
#logarithm
log(x_vector)

Sortie :

##  [1] 3.806662 3.828641 3.850148 3.871201 3.891820 3.912023 3.931826
##  [8] 3.951244 3.970292 3.988984 4.007333

#exponential
exp(x_vector)

#squared root
sqrt(x_vector)

Sortie :

##  [1] 6.708204 6.782330 6.855655 6.928203 7.000000 7.071068 7.141428
##  [8] 7.211103 7.280110 7.348469 7.416198

#factorial
factorial(x_vector)

Sortie :

##  [1] 1.196222e+56 5.502622e+57 2.586232e+59 1.241392e+61 6.082819e+62
##  [6] 3.041409e+64 1.551119e+66 8.065818e+67 4.274883e+69 2.308437e+71
## [11] 1.269640e+73

Fonctions statistiques

L'installation standard de R contient un large éventail de fonctions statistiques. Dans ce tutoriel, nous examinerons brièvement la fonction la plus importante.

Fonctions statistiques de base

Operator	Description
moyenne(x)	Moyenne de x
médiane(x)	Médiane de x
variable(x)	Variation de x
sd(x)	Écart type de x
échelle(x)	Scores standards (z-scores) de x
quantile(x)	Les quartiles de x
résumé(x)	Résumé de x : moyenne, min, max etc.

speed <- dt$speed
speed
# Mean speed of cars dataset
mean(speed)

Sortie :

## [1] 15.4

# Median speed of cars dataset
median(speed)

Sortie :

## [1] 15

# Variance speed of cars dataset
var(speed)

Sortie :

## [1] 27.95918

# Standard deviation speed of cars dataset
sd(speed)

Sortie :

## [1] 5.287644

# Standardize vector speed of cars dataset		
head(scale(speed), 5)

Sortie :

##           [,1]
## [1,] -2.155969
## [2,] -2.155969
## [3,] -1.588609
## [4,] -1.588609
## [5,] -1.399489

# Quantile speed of cars dataset
quantile(speed)

Sortie :

##   0%  25%  50%  75% 100%
##    4   12   15   19   25

# Summary speed of cars dataset
summary(speed)

Sortie :

##    Min. 1st Qu.  Median    Mean 3rd Qu.    Max.
##     4.0    12.0    15.0    15.4    19.0    25.0

Jusqu’à présent, nous avons appris beaucoup de fonctions intégrées de R.

Notes: Soyez prudent avec la classe de l'argument, c'est à dire numérique, booléen ou chaîne. Par exemple, si nous devons transmettre une valeur de chaîne, nous devons mettre la chaîne entre guillemets : « ABC » .

Fonction d'écriture dans R

Dans certains cas, nous devons écrire notre propre fonction car nous devons accomplir une tâche particulière et aucune fonction prête à l'emploi n'existe. Une fonction définie par l'utilisateur implique un prénom, arguments et corps.

function.name <- function(arguments) 
{
    computations on the arguments	
    some other code
}		

Notes: Une bonne pratique consiste à nommer une fonction définie par l'utilisateur différente d'une fonction intégrée. Cela évite toute confusion.

Fonction à un argument

Dans l’extrait suivant, nous définissons une simple fonction carrée. La fonction accepte une valeur et renvoie le carré de la valeur.

square_function<- function(n) 
{
  # compute the square of integer `n`
  n^2
}  
# calling the function and passing value 4
square_function(4)

Explication du code

• La fonction est nommée square_function ; on peut l'appeler comme on veut.
• Il reçoit un argument « n ». Nous n'a pas précisé le type de variable pour que l'utilisateur puisse passer un entier, un vecteur ou une matrice
• La fonction prend l'entrée « n » et renvoie le carré de l'entrée. Lorsque vous avez fini d'utiliser la fonction, nous pouvons la supprimer avec la fonction rm().

# après avoir créé la fonction

rm(square_function)
square_function

Sur la console, on peut voir un message d'erreur :Error: object 'square_function' not found indiquant que la fonction n'existe pas.

Cadrage de l'environnement

Dans R, le sûr, heureux et sain est une collection d'objets comme des fonctions, des variables, une trame de données, etc.

R ouvre un environnement chaque fois que Rstudio y est invité.

L'environnement de niveau supérieur disponible est le environnement global, appelé R_GlobalEnv. Et nous avons le environnement local.

Nous pouvons lister le contenu de l'environnement actuel.

ls(environment())

Sortie

## [1] "diff_ts"         "dt"              "speed"           "square_function"
## [5] "ts"              "x"               "x_vector"

Vous pouvez voir toutes les variables et fonctions créées dans R_GlobalEnv.

La liste ci-dessus variera pour vous en fonction du code historique que vous exécutez dans R Studio.

Notez que n, l'argument de la fonction square_function est pas dans cet environnement mondial.

A nouvelle Un environnement est créé pour chaque fonction. Dans l'exemple ci-dessus, la fonction square_function() crée un nouvel environnement à l'intérieur de l'environnement global.

Pour clarifier la différence entre de défis ainsi que environnement local, étudions l'exemple suivant

Ces fonctions prennent une valeur x comme argument et l'ajoutent à y définir à l'extérieur et à l'intérieur de la fonction

La fonction f renvoie la sortie 15. En effet, y est défini dans l'environnement global. Toute variable définie dans l'environnement global peut être utilisée localement. La variable y a la valeur 10 lors de tous les appels de fonction et est accessible à tout moment.

Voyons ce qui se passe si la variable y est définie à l'intérieur de la fonction.

Nous devons supprimer `y` avant d'exécuter ce code en utilisant rm r

La sortie est également 15 lorsque nous appelons f(5) mais renvoie une erreur lorsque nous essayons d'imprimer la valeur y. La variable y n'est pas dans l'environnement global.

Enfin, R utilise la définition de variable la plus récente pour passer à l’intérieur du corps d’une fonction. Considérons l'exemple suivant :

R ignore les valeurs y définies en dehors de la fonction car nous avons explicitement créé une variable y à l'intérieur du corps de la fonction.

Fonction multi-arguments

Nous pouvons écrire une fonction avec plus d'un argument. Considérons la fonction appelée « fois ». C'est une fonction simple multipliant deux variables.

times <- function(x,y) {
  x*y
	}
times(2,4)

Sortie :

## [1] 8

Quand devons-nous écrire une fonction ?

Les data scientists doivent effectuer de nombreuses tâches répétitives. La plupart du temps, nous copions et collons des morceaux de code de manière répétitive. Par exemple, la normalisation d'une variable est fortement recommandée avant d'exécuter une machine learning algorithme. La formule pour normaliser une variable est la suivante :

Nous savons déjà comment utiliser les fonctions min() et max() dans R. Nous utilisons la bibliothèque tibble pour créer le bloc de données. Tibble est jusqu'à présent la fonction la plus pratique pour créer un ensemble de données à partir de zéro.

library(tibble)
# Create a data frame
data_frame <- tibble(  
  c1 = rnorm(50, 5, 1.5), 
  c2 = rnorm(50, 5, 1.5),    
  c3 = rnorm(50, 5, 1.5),    
)

Nous procéderons en deux étapes pour calculer la fonction décrite ci-dessus. Dans la première étape, nous allons créer une variable appelée c1_norm qui est le redimensionnement de c1. Dans la deuxième étape, nous copions et collons simplement le code de c1_norm et modifions avec c2 et c3.

Détail de la fonction avec la colonne c1 :

Nominateur : : data_frame$c1 -min(data_frame$c1))

Dénominateur : max(data_frame$c1)-min(data_frame$c1))

Par conséquent, nous pouvons les diviser pour obtenir la valeur normalisée de la colonne c1 :

(data_frame$c1 -min(data_frame$c1))/(max(data_frame$c1)-min(data_frame$c1))

Nous pouvons créer c1_norm, c2_norm et c3_norm :

Create c1_norm: rescaling of c1		
data_frame$c1_norm <- (data_frame$c1 -min(data_frame$c1))/(max(data_frame$c1)-min(data_frame$c1))
# show the first five values
head(data_frame$c1_norm, 5)

Sortie :

## [1] 0.3400113 0.4198788 0.8524394 0.4925860 0.5067991

Ça marche. Nous pouvons copier et coller

data_frame$c1_norm <- (data_frame$c1 -min(data_frame$c1))/(max(data_frame$c1)-min(data_frame$c1))

puis changez c1_norm en c2_norm et c1 en c2. On fait de même pour créer c3_norm

data_frame$c2_norm <- (data_frame$c2 - min(data_frame$c2))/(max(data_frame$c2)-min(data_frame$c2))
data_frame$c3_norm <- (data_frame$c3 - min(data_frame$c3))/(max(data_frame$c3)-min(data_frame$c3))

Nous avons parfaitement redimensionné les variables c1, c2 et c3.

Cependant, cette méthode est sujette aux erreurs. Nous pourrions copier et oublier de changer le nom de la colonne après le collage. Par conséquent, une bonne pratique consiste à écrire une fonction chaque fois que vous devez coller le même code plus de deux fois. Nous pouvons réorganiser le code dans une formule et l'appeler chaque fois que cela est nécessaire. Pour écrire notre propre fonction, nous devons donner :

• Nom : normaliser.
• le nombre d'arguments : nous n'avons besoin que d'un seul argument, qui est la colonne que nous utilisons dans notre calcul.
• Le corps : c’est tout simplement la formule à laquelle nous souhaitons revenir.

Nous allons procéder étape par étape pour créer la fonction normaliser.

Étape 1) Nous créons le proposant, lequel est . En R, nous pouvons stocker le nominateur dans une variable comme celle-ci :

nominator <- x-min(x)

Étape 2) Nous calculons le dénominateur: . Nous pouvons reproduire l'idée de l'étape 1 et stocker le calcul dans une variable :

denominator <- max(x)-min(x)

Étape 3) Nous effectuons la division entre le nominateur et le dénominateur.

normalize <- nominator/denominator

Étape 4) Pour renvoyer la valeur à la fonction appelante, nous devons passer normalize dans return() pour obtenir la sortie de la fonction.

return(normalize)

Étape 5) Nous sommes prêts à utiliser la fonction en enveloppant tout à l’intérieur du support.

normalize <- function(x){
  # step 1: create the nominator
  nominator <- x-min(x)
  # step 2: create the denominator
  denominator <- max(x)-min(x)
  # step 3: divide nominator by denominator
  normalize <- nominator/denominator
  # return the value
  return(normalize)
}

Testons notre fonction avec la variable c1 :

normalize(data_frame$c1)

Cela fonctionne parfaitement. Nous avons créé notre première fonction.

Les fonctions constituent un moyen plus complet d’effectuer une tâche répétitive. Nous pouvons utiliser la formule de normalisation sur différentes colonnes, comme ci-dessous :

data_frame$c1_norm_function <- normalize (data_frame$c1)
data_frame$c2_norm_function <- normalize	(data_frame$c2)
data_frame$c3_norm_function <- normalize	(data_frame$c3)

Même si l’exemple est simple, nous pouvons déduire la puissance d’une formule. Le code ci-dessus est plus facile à lire et évite surtout les erreurs lors du collage des codes.

Fonctions avec condition

Parfois, nous devons inclure des conditions dans une fonction pour permettre au code de renvoyer différentes sorties.

Dans les tâches d'apprentissage automatique, nous devons diviser l'ensemble de données entre une rame et un ensemble de test. La rame permet à l’algorithme d’apprendre à partir des données. Afin de tester les performances de notre modèle, nous pouvons utiliser l'ensemble de test pour renvoyer la mesure de performance. R n'a pas de fonction pour créer deux ensembles de données. Nous pouvons écrire notre propre fonction pour faire cela. Notre fonction prend deux arguments et s'appelle split_data(). L'idée derrière est simple, nous multiplions la longueur de l'ensemble de données (c'est-à-dire le nombre d'observations) par 0.8. Par exemple, si nous voulons diviser l'ensemble de données 80/20 et que notre ensemble de données contient 100 lignes, alors notre fonction multipliera 0.8*100 = 80. 80 lignes seront sélectionnées pour devenir nos données d'entraînement.

Nous utiliserons l'ensemble de données sur la qualité de l'air pour tester notre fonction définie par l'utilisateur. L'ensemble de données sur la qualité de l'air comporte 153 lignes. On peut le voir avec le code ci-dessous :

nrow(airquality)

Sortie :

## [1] 153

Nous procéderons de la manière suivante :

split_data <- function(df, train = TRUE)
Arguments:
-df: Define the dataset
-train: Specify if the function returns the train set or test set. By default, set to TRUE

Notre fonction a deux arguments. Le train d’arguments est un paramètre booléen. S'il est défini sur TRUE, notre fonction crée l'ensemble de données de train, sinon, elle crée l'ensemble de données de test.

Nous pouvons procéder comme nous l’avons fait avec la fonction normalise(). Nous écrivons le code comme s'il ne s'agissait que d'un code à usage unique, puis enveloppons le tout avec la condition dans le corps pour créer la fonction.

Étape 1:

Nous devons calculer la longueur de l'ensemble de données. Cela se fait avec la fonction nrow(). Nrow renvoie le nombre total de lignes dans l'ensemble de données. Nous appelons la longueur variable.

length<- nrow(airquality)
length

Sortie :

## [1] 153

Étape 2:

On multiplie la longueur par 0.8. Il renverra le nombre de lignes à sélectionner. Il devrait être 153*0.8 = 122.4

total_row <- length*0.8
total_row

Sortie :

## [1] 122.4

Nous souhaitons sélectionner 122 lignes parmi les 153 lignes de l'ensemble de données sur la qualité de l'air. Nous créons une liste contenant des valeurs de 1 à total_row. Nous stockons le résultat dans la variable appelée split

split <- 1:total_row
split[1:5]

Sortie :

## [1] 1 2 3 4 5

split choisit les 122 premières lignes de l'ensemble de données. Par exemple, nous pouvons voir que notre répartition variable rassemble les valeurs 1, 2, 3, 4, 5 et ainsi de suite. Ces valeurs constitueront l'index lorsque nous sélectionnerons les lignes à renvoyer.

Étape 3:

Nous devons sélectionner les lignes de l'ensemble de données sur la qualité de l'air en fonction des valeurs stockées dans la variable fractionnée. Cela se fait comme ceci :

train_df <- airquality[split, ] 
head(train_df)

Sortie :

##[1]    Ozone Solar.R Wind Temp Month Day
##[2]  51    13     137 10.3   76     6  20
##[3]  15    18      65 13.2   58     5  15
##[4]  64    32     236  9.2   81     7   3
##[5]  27    NA      NA  8.0   57     5  27
##[6]  58    NA      47 10.3   73     6  27
##[7]  44    23     148  8.0   82     6  13

Étape 4:

Nous pouvons créer l'ensemble de données de test en utilisant les lignes restantes, 123:153. Cela se fait en utilisant – devant split.

test_df <- airquality[-split, ] 
head(test_df)

Sortie :

##[1] Ozone Solar.R Wind Temp Month Day
##[2]  123    85     188  6.3   94     8  31
##[3]  124    96     167  6.9   91     9   1
##[4]  125    78     197  5.1   92     9   2
##[5]  126    73     183  2.8   93     9   3
##[6]  127    91     189  4.6   93     9   4
##[7]  128    47      95  7.4   87     9   5

Étape 5:

Nous pouvons créer la condition à l’intérieur du corps de la fonction. N'oubliez pas que nous avons un train d'arguments qui est un booléen défini sur TRUE par défaut pour renvoyer la rame. Pour créer la condition, nous utilisons la syntaxe if :

  if (train ==TRUE){ 
    train_df <- airquality[split, ] 
      return(train)		
  } else {
    test_df <- airquality[-split, ] 
      return(test)		
  }

Ça y est, nous pouvons écrire la fonction. Nous devons seulement changer la qualité de l'air en df parce que nous voulons essayer notre fonction sur n'importe quel trame de données, pas seulement la qualité de l'air :

split_data <- function(df, train = TRUE){
  length<- nrow(df)
  total_row <- length *0.8
  split <- 1:total_row
  if (train ==TRUE){ 
    train_df <- df[split, ] 
      return(train_df)		
  } else {
    test_df <- df[-split, ] 
      return(test_df)		
  }
}

Essayons notre fonction sur l'ensemble de données sur la qualité de l'air. nous devrions avoir une rame de 122 lignes et une rame de test de 31 lignes.

train <- split_data(airquality, train = TRUE)
dim(train)

Sortie :

## [1] 122   6

test <- split_data(airquality, train = FALSE)
dim(test)

Sortie :

## [1] 31  6