Разведочный анализ данных: создание графиков в системе R

Тема 4
Сергей Мастицкий
БГУ, Минск, май 2014

4.1. Общий протокол для
выполнения РАД
Zuur et al. (2010) A protocol for data exploration to avoid common
statistical problems. Methods in Ecology & Evolution 1: 3-14

 Линейная регрессия и ANOVA-подобные методы
 Обобщенные линейные модели (GLM)
 Обобщенные аддитивные модели (GAM)
 Деревья принятия решений
 Анализ выживаемости
 Нейронные сети
 Кластерный анализ
 Метод главных компонент (PCA)
 Многомерное шкалирование (MDS)
 Анализ временных рядов, etc.
Author: Sergey Mastitsky

Мусор на входе – мусор на выходе
В частности, исследователи часто игнорируют
математические допущения, лежащие в основе
тех или иных методов

 Для всех Xi
 Yi должны быть распределены нормально
 дисперсия Yi должна быть однородной
 Yi должны быть независимы (=отсутствие
временной или пространственной корреляции)
 Отсутствие наблюдений-выборосов
 Остатки должны распределяться нормально
iii XY   10

…анализу данных должно
предшествовать тщательное
изучение их свойств
Разведочный анализ данных (Exploratory data
analysis, EDA) может занимать более 50% всего
времени, затрачиваемого на анализ!

 1. Формулировка биологической гипотезы.
Выполнение исследования и сбор данных
 2. Изучение свойст данных:
- Выбросы среди Y и X
- Однородность дисперсии Y
- Нормальность распределения Y и X
- Проблемы с нулевыми значениями Y
- Коллинеарность среди предикторов (X)
- Взаимодействия среди предикторов
- Независимость значений Y
 3. Подгонка статистической модели

 Выявление выбросов:
http://r-analytics.blogspot.de/2012/05/blog-post_28.html
 Проверка однородности групповых дисперсий:
http://r-analytics.blogspot.de/2012/06/blog-post.html
 Проверка нормальности распределения:
 Выявление избыточного количества нулевых значений:
 Выявление коллинеарности:
http://r-analytics.blogspot.de/2012/07/blog-post.html
 Выявление взаимодействий между предикторами:
 Выявление автокорреляции

“…нет более мощного статистического
инструмента, чем хорошо подобранный
график” (Chambers et al., 1983)
Всегда начинайте анализ данных с их
визуалиции при помощи графиков, подходящих
ситуации
Chambers, J. M., Cleveland, W. S., Kleiner, B. and Tukey, P. A. (1983) Graphical Methods for Data
Analysis. Wadsworth & Brooks/Cole

 Встроенные примеры:
> demo(graphics)
 R Graph Gallery:
http://rgraphgallery.blogspot.com/
 ggplot2:
http://docs.ggplot2.org/current/

4.2. Основы создания
графиков в R: диаграммы
рассеяния
Подробнее см.:
http://r-analytics.blogspot.de/2011/10/r-plot.html
http://r-analytics.blogspot.de/2011/10/r_18.html

> LWdata = read.table(
file = "pH_down_experiment.txt",
header = TRUE,
sep = "t")
> names(LWdata)
> head(LWdata)
> LWdata

 Функция общего назначения (generic
function)
 Позволяет выполнять тонкую настройку
внешнего вида графиков => имеет очень
много аргументов
 Мы коснемся только самых азов этой
огромной темы

> plot(LWdata$Length, LWdata$Weight)
> # или используя интерфейс формулы:
> plot(LWdata$Weight ~ LWdata$Length)
10 15 20 25 30 35
0.00.20.40.60.81.01.2
Length
Weight

attach() делает содержимое таблицы
данных видимым в т.н. поисковом
окружении R => нет необходимости в $
> attach(LWdata)
> plot(Weight ~ Length)

> plot(log(Weight) ~ log(Length))
> # Изменям заголовки осей:
> plot(log(Weight) ~ log(Length),
xlab = "log transformed Length",
ylab = "log transformed Weight")

2.5 3.0 3.5
-4-3-2-10
log(Length)
log(Weight)
выброс

> identify(log(Weight) ~ log(Length))
Кликните рядом с
подозрительной точкой,
а затем - ESC…
2.5 3.0 3.5
-4-3-2-10
log(Length)
log(Weight)
205

> detach(LWdata)
> LWdata <- LWdata[-205, ]
> attach(LWdata)
> # сработало?
> plot(log(Weight) ~ log(Length))

ylab = "log transformed Weight",
pch = 2)
Упражнение:
Попробуйте другие значения pch …

2.5 3.0 3.5
-4-3-2-10
log transformed Length
logtransformedWeight

pch = 2, cex = 0.6)

pch = 2, cex = 0.6, col = 2)
Также применяется col = "red"
См. colors()

pch = 20, col = 2)

pch = 20,
col = as.numeric(Treatment))
> # вот как это работает:
> as.numeric(Treatment)

pch = 20, col = ifelse(
Treatment == "Control", 1, 2))
условие
да
нет

> contr <- lm(log(
Weight[Treatment == "Control"]) ~
log(
Length[Treatment == "Control"]))
> other <- lm(log(
Weight[Treatment != "Control"]) ~
log(
Length[Treatment != "Control"]))

> abline(contr, lty = 1, lwd = 2)
> abline(other, lty =5, lwd = 2,
col = "blue")

main = "Length/Weight relationship",
pch = 20, col = ifelse(
Treatment == "Control", 1, 2))
> abline(contr, lty = 1, lwd = 2)
> abline(other, lty = 5, lwd = 2,
col = "blue")

! Не забудьте:
detach(LWdata)
2.5 3.0 3.5
-4-3-2-10
Length/Weight relationship
log transformed Length
logtransformedWeight

графиков в R: гистограммы
и диаграммы плотности
вероятности

 Дают представление о форме
распределения данных
 В R гистограммы строятся очень просто:
> hist(LWdata$Length)
> hist(LWdata$Weight)

Histogram of LWdata$Length
LWdata$Length
Frequency
5 10 15 20 25 30 35
010203040
Histogram of LWdata$Weight
LWdata$Weight
Frequency
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
020406080100

> hist(LWdata$Length, breaks = 50)
Histogram of LWdata$Length
LWdata$Length
Frequency
10 15 20 25 30 35
0246812

 Часто лучше гистограмм отображают
свойства данных
 Кривые плотности рассчитываеются при
помощи функции density()
 Эти кривые потом добавляются к графику
при помощи функции lines()

# Расчет кривых для каждой группы:
> attach(LWdata)
> trControl = density(Length[Treatment ==
"Control"])
> trA = density(Length[Treatment == "A"])
> trB = density(Length[Treatment == "B"])
> trC = density(Length[Treatment == "C"])
# Построение графика:
> plot(trControl, main =" ",
ylim = c(0, 0.065), lty = 1)

# Добавление кривых:
> lines(trA, col = 2)
> lines(trB, col = 3)
> lines(trC, col = 4)
# Добавление легенды:
> legend("topright",
lty = c(1, 1, 1, 1), col = c(1:4),
legend = c("Control", "A", "B", "C"),
bty = "n")

0 10 20 30 40
0.000.020.040.06
N = 90 Bandwidth = 2.452
Density
Control
A
B
C

графиков в R: графики
квантилей

 Позволяют проверить нормальность
распределения данных
 Наблюдаемые значени vs. их ожидаемые
квантили => должна получаться
примерно прямая диагональная линия
 В R:
> qqnorm(LWdata$Length)
> qqnorm(LWdata$Weight)

-3 -2 -1 0 1 2 3
101520253035
Theoretical Quantiles
SampleQuantiles
-3 -2 -1 0 1 2 3
0.00.20.40.60.81.01.2
Theoretical Quantiles
SampleQuantiles

графиков в R: диаграммы
размахов

Медиана
0.75 квантиль (Q3)
0.75 квантиль (Q1)
ИКР
max в пределах
Q3 + 1.5ИКР
“выброс”
min в
пределах
Q1 - 1.5ИКР

> boxplot(Weight/Length ~ Treatment)
Control A B C
0.0050.0150.0250.035

графиков в R: столбиковые
диаграммы

 Обобщают информацию о качественных
переменных
 Для создания служит функция barplot() (см.
?barlot)
 Часто требуется кросс-табуляция при помощи
xtabs()для подготовки таблицы
сопряженности:
> xtabs(~ Treatment)
Treatment
Control A B C
90 89 90 92

> barplot(xtabs(~ Treatment))
Control A B C
020406080

Разведочный анализ данных: создание графиков в системе R

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

En vedette

En vedette (18)

Similaire à Разведочный анализ данных: создание графиков в системе R

Similaire à Разведочный анализ данных: создание графиков в системе R (20)

Разведочный анализ данных: создание графиков в системе R