Índice
- O Curso R
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- Tutoriais
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- Apostila
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- 6. Testes de Hipótese (em preparação!)
- Exercícios
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- Material de Apoio
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- Área dos Alunos
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- Cursos Anteriores
-
IBUSP
Outras Insitutições
Linques
Visitantes
Outras Insitutições
O objetivo desse curso é fazê-lo adquirir rapidamente certa familiaridade com o software R.
Ao final desse curso você deverá ter atingido dez metas, devendo ser capaz de:
O R não é um “aplicativo” que lhe possibilita através de uma interface gráfica amigável realizar algumas tarefas sem saber exatamente o que está fazendo.
O R é um ambiente de trabalho para realização de análises estatísticas.
Como software, suas características principais são:
Nesse ponto você já deve ter atingido a meta 1. |
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Se isso não aconteceu, re-leia o material acima e realize uma profunda meditação. |
Se mesmo assim você não alcançou a meta 1, procure um amigo que entenda de computação para traduzir o que você leu acima. Nesse caso, o curso está deixando de ser relâmpago. |
Do ponto de vista da análise de dados, o R tem uma filosofia que o diferencia radicalmente dos outros softwares estatísticos:
PORTANTO, reflita nos seguintes pontos antes de prosseguir:
Você pode ter certeza que o R não é para você se:
Nesse ponto você já deve ter atingido a meta 2. Mas cuidado com o auto-engano! |
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Nesse curso assumimos que você já tem o R instalado e funcionando no seu computador. Não será discutida a instalação, pois essa operação é análoga a instalação de qualquer software no sistema operacional que você trabalha. Para obter o R e informações de como instalá-lo, visite o site: http://www.r-project.org/ .
Para iniciar o R você deve:
Apesar das diferenças de interface devido a o sistema operacional, ao iniciar o R você deverá obter uma janela muito parecida com a seguinte janela:
R version 2.7.0 (2008-04-22) Copyright (C) 2008 The R Foundation for Statistical Computing ISBN 3-900051-07-0 R é um software livre e vem sem GARANTIA ALGUMA. Você pode redistribuí-lo sob certas circunstâncias. Digite 'license()' ou 'licence()' para detalhes de distribuição. R é um projeto colaborativo com muitos contribuidores. Digite 'contributors()' para obter mais informações e 'citation()' para saber como citar o R ou pacotes do R em publicações. Digite 'demo()' para demonstrações, 'help()' para o sistema on-line de ajuda, ou 'help.start()' para abrir o sistema de ajuda em HTML no seu navegador. Digite 'q()' para sair do R. [Área de trabalho anterior carregada] >
O R é uma linguagem interativa, ou seja, que permite ao usuário enviar um comando por vez e receber o resultado1). Para isso, usamos a linha de comando, que tem o sinal “>
” quando o R está pronto para receber um comando.
Os outros dois estados da linha de comando são o de execução e o de espera para a conlusão do comando. No modo de execução não é exibido nenhum sinal e não é possível digitar outro comando. Você só perceberá isso se der um comando que tenha um tempo de execução muito longo. Experimente o seguinte comando:
> for(i in 1:10000) prod(1:i) >
O estado de espera ocorre quando o usuário envia um comando incompleto, o que é indicado por um sinal de “+
”:
> log(1 + ) [1] 0 >
Na primeira linha, não fechamos os parênteses da função log
e demos enter. O R responde com o sinal de espera (+
), indicando que o comando está incompleto. Digitando o parêntese que falta e apertando a tecla enter novamente o R retorna o resultado do comando, precedido de um índice numérico.
Ao longo desse curso, os exemplos mostrados dentro do R (como o exemplo acima) são totalmente funcionais. Você deveria ser capaz de digitá-los no seu computador, mas os resultados apresentados pelo R nem sempre serão mostrados nos exemplos.
Para tirar o máximo proveito desse curso relâmpago, você deve repetir todos os comandos exemplificados e não ter medo de experimentar variações dos exemplos apresentados.
Se você voltar à mensagem inicial que o R apresenta, verá que ele já lhe ensina alguns comandos:
license
2) detalha as condições de distribuição do R.contributors
lista a equipe do time-cerne de desenvolvimento.citation
ensina como citar o R em trabalhos acadêmicos.demo
inicia uma sessão interativa de demonstração do R.help
para obter uma página de ajuda on-line.help.start
para iniciar um navegador de internet com as páginas de auxílio.q
é o comando para encerrar a sessão e sair do R ( no inglês q = quit ).
Da mesma forma que pessoas pouco letradas pensam que pessoas cultas possuem dicionário só para enfeitar a estante de livros e que raramente os utilizam, os iniciantes no R tendem a pensar que a função help
é para iniciantes.
Ledo engano!! Até os maiores experts em R utilizam o comando help
com frequência, pelo simples fato que a quantidade de funções e comandos no R é tão grande que é humanamente impossível alguém conhecer todos eles e com todos os seu detalhes.
Use e abuse da função help
. Para obter ajuda da própria função utilize o comando:
> help( help )
Outros exemplos:
> help( "*" ) # auxílio sobre o símbolo "*" > help( sin ) # auxílio sobre a função "sin" = seno > ?sin # variante da função "help" > help( datasets ) # auxílio sobre os conjuntos de dados (datasets) que vêm com o R
Como foi dito, no R tudo é considerado um objeto. Até mesmo as funções que você vem utilizando são objetos.
Para ver um objeto no R, basta digitar o seu NOME. O nome de uma função é o comando sem os parênteses:
> help > q > citation
No R é fácil criar objetos numéricos3):
> x = 2 > x > y = 7 > y > z = x * y > z > w = x - y > w
Vejamos alguns exemplos com objetos vetoriais:
> k = c(1.3, -5, 6.7, 4.8) > k > x * k > m = c(0, 1, 1, 0, 1, 1) > m > m * k
Você deve imaginar que ao iniciar uma sessão do R e criar uma série de objetos, você está fazendo isso numa ÁREA DE TRABALHO (workspace).
Para saber quais objetos você criou no seu workspace use a função:
> ls()
Para apagar os objetos indesejados, utilize a função rm
, fornecendo os objetos que você deseja apagar:
> rm(x, y, z, w) > ls()
É importante lembrar que ao criar os objetos, o R não grava automaticamente o workspace no seu disco. Fica tudo na memória do computador. Basta uma interrupção momentânea de energia e você perde tudo. Por isso, é importante lembrar de periodicamente gravar o seu workspace, principalmente nas sessões mais longas:
> save.image() # grava o seu workspace com o nome genérico: ".RData" > save.image(file="minha_sessao_inicial_de_R.RData") # grava o seu workspace com o nome indicado
Lembre-se que na maioria dos sistemas operacionais, arquivos cujo o nome se inicia com um ponto (como “.RData”) são arquivos ocultos!
Nesse ponto você deve ter alcançado a meta 3. |
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Inseguro? Experimente criar uma nova área de trabalho, criando variações das operações acima e gravando o workspace. Inicie uma nova sessão no workspace que foi gravado! |
O R é um ambiente para análise de dados. Não é um ambiente para digitação ou organização dos seus dados.
O aplicativo mais utilizado para digitar e organizar os dados são as planilhas eletrônicas, como o Excell e assemelhados. As planilhas conseguem gravar os dados em vários formatos, além do formato nativo da planilha4).
No caso do R, o melhor é gravar os dados no formato CSV (CSV = Comma-Separeted Values).
O formato CSV consiste em uma única tabela (spreadsheet) da sua planilha eletrônica, onde os valores são gravados linha-a-linha, sendo que numa mesma linha os valores são separados por vírgulas.
O formato UNIVERSAL de tabela de dados para análise estatística é o seguinte:
No formato CSV, cada linha será uma observação e as colunas serão separadas por vírgulas.
Como exemplo trabalharemos com um arquivo que apresenta três parcelas, cada uma em um “caxetal” diferente. As primeiras linhas desse arquivo formam a seguinte tabela: <csv> “local”,“parcela”,“arvore”,“fuste”,“cap”,“h”,“especie” “chauas”,1,1,1,210,80,“Myrcia sulfiflora” “chauas”,1,3,1,170,80,“Myrcia sulfiflora” “chauas”,1,4,1,720,70,“Syagrus romanzoffianus” “chauas”,1,5,1,200,80,“Tabebuia cassinoides” “chauas”,1,6,1,750,170,“indet.1” “chauas”,1,7,1,320,80,“Myrcia sulfiflora” “chauas”,1,8,1,480,160,“Tabebuia cassinoides” “chauas”,1,9,1,240,140,“Tabebuia cassinoides” </csv>
Grave o arquivo no diretório que estiver trabalhando com o R: exemplo-caixeta.csv.
Esse arquivo pode ser visualizado em qualquer editor de textos, pois o formato CSV é um formato texto:
"local","parcela","arvore","fuste","cap","h","especie" "chauas",1,1,1,210,80,"Myrcia sulfiflora" "chauas",1,3,1,170,80,"Myrcia sulfiflora" "chauas",1,4,1,720,70,"Syagrus romanzoffianus" "chauas",1,5,1,200,80,"Tabebuia cassinoides" "chauas",1,6,1,750,170,"indet.1" "chauas",1,7,1,320,80,"Myrcia sulfiflora" "chauas",1,8,1,480,160,"Tabebuia cassinoides" "chauas",1,9,1,240,140,"Tabebuia cassinoides"
Note nos seguintes pontos:
Para ler esse arquivo no R, basta utilizar a função read.csv
.
Cuidado!! Se você digitar simplesmente:
> read.csv(file="exemplo-caixeta.csv")
as linhas do arquivo aparecerão na tela mas não serão gravadas em nada.
É necessário gravar a leitura do arquivo num objeto:
> cax = read.csv(file="exemplo-caixeta.csv")
Agora se você digitar o nome do objeto:
> cax
o R lhe apresentará todas as 198 linhas de dados!!
Para visualizar apenas as primeiras linhas do dataframe (objeto de dados) use o comando head
:
> head(cax) local parcela arvore fuste cap h especie 1 chauas 1 1 1 210 80 Myrcia sulfiflora 2 chauas 1 3 1 170 80 Myrcia sulfiflora 3 chauas 1 4 1 720 70 Syagrus romanzoffianus 4 chauas 1 5 1 200 80 Tabebuia cassinoides 5 chauas 1 6 1 750 170 indet.1 6 chauas 1 7 1 320 80 Myrcia sulfiflora
Um grande problema surge quando se utiliza uma planilha eletrônica onde o separador decimal também é a vírgula.
Nesse caso, o arquivo CSV será uma grande confusão, pois a vírgula não só delimitará cada coluna da tabela de dados como também indicará o separador decimal do números que não forem inteiros.
Dois aspectos devem ser considerados:
O arquivo exemplo-caixeta-2.csv é um exemplo de arquivo CSV com ponto-e-vírgula como separação de valores. No R, esse arquivo deverá ser lidos com o argumento sep
definindo o símbolo usado na separação de valores:
> cax2 = read.csv(file="exemplo-caixeta-2.csv",sep=";") > head( cax2 )
A página de auxílio da função read.csv
detalha diferentes formas de leitura de dados que podem ser utilizadas no R.
O comando head
sempre apresenta as primeiras linhas da tabela de dados (data frame).
Se quisermos apenas uma variável (coluna) desse data frame, basta unir o nome do data frame (cax
) ao nome da coluna desejada com o símbolo especial “$”:
> cax$local > cax$cap
Novas variáveis (colunas) podem ser criadas também utilizando o símbolo “$”. Por exemplo:
> pi # constante universal PI [1] 3.141593 > cax$dap = (cax$cap/10) / pi # cálculo do DAP (cm) a partir do CAP (mm) > cax$g = (pi/4) * (cax$dap/100)^2 # cálculo da área transversal (m2) a partir do DAP (cm) > cax$vol.cilindrico = cax$g * (cax$h/10) # cálculo do volume cilíndrico a partir da área transv. e da altura (dm) > head(cax)
Note que:
pi
no R está reservada para representar a constante universal pi.cax$dap =
estamos criando uma nova variável (coluna) no dataframe cax
com o nome dap
, cujos valores serão o resultado da expressão matemática apresentada após o sinal de igualdade. O mesmo acontece com as colunas g
e vol.cilindrico
_.Não há como apagar as variáveis de dentro de um data frame! É necessário criar um novo data frame apenas com as variáveis desejadas, mas isso não é assunto para um curso relâmpago!
As metas 4 e 5 foram atingidas? |
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Se você está inseguro, repita todos os passos dos itens 4 e 5 com os seus próprios dados! |
A forma mais simples de descrever quantitativamente observações é agrupá-las em categorias e contar quantas observações pertence a cada categoria.
No R a forma mais direta de obter contagens (frequências) é através da função table
. Tomando como exemplo o dataframe cax
, podemos nos perguntar quantas árvores foram observadas em cada caixetal (variável local
):
> table(cax$local)
Também é interessante saber o número de árvores por local
e parcela
:
> table(cax$local, cax$parcela)
Observação: note que os argumentos de uma função são separados por vírgula (,) |
Podemos verificar a abundância de cada espécie (especie
) em cada caixetal (local
):
> table( cax$especie, cax$local )
Dados de contagem também podem ser apresentado na forma de gráficos de barra:
> barplot( table(cax$local) )
Observação: veja que no R você pode construir um comando chamando função dentro de função em vários níveis. No exemplo acima, o resultado da função table foi colocado como argumento para a função barplot . |
Formas alternativas de construir esses gráficos são:
> barplot( table(cax$fuste) ) > plot( table(cax$fuste) )
Um gráfico de abundância das espécies presentes nos três caixetais:
> par( mar=c(5,10,4,2) ) # Define margens do gráfico, aumentando a esquerda > barplot(sort(table(cax$especie)), horiz=T, las=1, xlab="Abundância") # Gráfico horizontal c/ nomes horizontais > dev.off() # Fecha a janela gráfica
Observação: no exemplo acima temos um comando com três funções aninhadas (table dentro de sort , que está dentro de barplot ). |
Embora seja convencional apresentar o gráfico de abundância com barras, um gráfico na forma de pontos é de construção mais simples, sendo mais informativo:
> dotchart( sort(table(cax$especie)), xlab="Abundância" )
A função summary
retorna uma conjunto de estatísticas descritivas (sumário) de todas as variáveis de um data frame de acordo com o seu tipo:
> summary(cax)
Note que para as variáveis parcela
e arvore
esse sumário não faz sentido, uma vez que elas são simples variáveis indentificadoras da parcela e da árvore6).
Mas o sumário também pode ser obtida para cada variável individualmente:
> summary(cax$dap) > summary(cax$h) > summary(cax$especie)
O R também possui funções para as diversas estatísticas descritivas de variáveis quantitativas:
Estatística Descritiva | Nome da Função |
---|---|
Média | mean |
Mediana | median |
Mínimo | min |
Máximo | max |
Amplitude de variação | range |
Quartis e quantis | quantile |
Distância Interquartil (Inter Quarter Range) | IQR |
Variância | var |
Desvio padrão (Standard Deviation) | sd |
Desvio abosluto mediano (Mean Absolut Deviation) | mad |
> mean(cax$dap) > mdap = mean(cax$dap) > mdap > > median(cax$dap) > min(cax$dap) > max(cax$dap) > range(cax$fuste) > quantile(cax$h) > IQR(cax$h) > var(cax$h) > sd(cax$h)
O R é um ambiente de trabalho onde a análise gráfica de dados é de fácil execução. Entretanto, é necessário diferenciar dois tipos de gráficos:
Vejamos alguns gráficos para análise exploratória de dados.
Histogramas são gráficos tradicionais na análise exploratória de dados, pois nos apresentam um gráfico da distribuição de probabilidade da variável analisada.
> hist( cax$dap ) > hist( cax$h, col="red" ) > hist( cax$h, col="blue", probability=T )
Uma possibilidade de gráfico que o R permite é adicionar uma curva de densidade probabilística ao histograma, para melhor estudar o comportamento da variável.
> hist( cax$dap, probability=T , col="blue") > lines( density(cax$dap) , col="red")
Um gráfico tipo texto análogo ao histograma é o tradicional gráfico de ramo-folha da análise exploratória de dados:
> stem(cax$dap) > stem(cax$h)
Os boxplots são gráficos de uso frequente para se estudar o comportamento das variáveis. Sua construção no R é direta e simples:
> boxplot( cax$dap ) > boxplot( dap ~ local, data=cax )
Transformar um gráfico de análise em um gráfico de apresentação demanda o conhecimento sobre as ferramentas gráficas presentes no R:
> par( mar=c(5,10,4,2) ) # Altera as margens da janela gráfica > boxplot( dap ~ especie, data=cax , horizontal=T, las=1) # Boxplot > dev.off() # Fecha a janela gráfica
A função plot
é a função básica para construção de gráficos de dispersão para duas variáveis quantitativas:
> plot( cax$dap, cax$h ) > scatter.smooth( cax$dap, cax$h )
Você se sente seguro em relação às metas 6 e 7? |
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Não? Então utilize os seus próprios dados para calcular estatísticas descritivas e construir gráficos exploratórios . |
Utilizaremos alguns modelos lineares para estudar a relação entre o DAP (variável dap
) e a altura total (variável h
) das árvores dos caxetais.
A função lm
(linear model) é a função utilizada para construir um modelo linear. O primeiro passo é construir um modelo linear gravando-o num objeto na área de trabalho.
> hipso1 = lm( formula = h ~ dap, data=cax ) > hipso1 = lm( h ~ dap, data=cax )
O primeiro argumento da função lm
é uma fórmula estatística (formula = h ~ dap
) que descreve a variável h
como variável resposta e a variável dap
como variável preditora. Ela deve ser lida da seguinte forma: modele h
como uma função linear de dap
.
O segundo argumento (data=cax
) define que as variáveis da fórmula estão no data frame cax
.
Vejamos o objeto hipso1
:
> hipso1
Mas que decepção!! O R não fez nada?
O R fez muita coisa! Ele construiu um modelo linear e o gravou no objeto hipso1
. A questão agora é o que você deseja saber desse objeto que é um modelo linear?
O primeiro interesse é analisar o comportamento dos resíduos do modelo linear, para verificar se o modelo é apropriado aos dados. Para isso basta utilizar a função plot
com o objeto hipso1
.
> plot( hipso1 )
O R entra num modo interativo diferente, apresentando sequencialmente, à medida que você tecle <Return>
, um gráfico diferente que lhe permite avaliar o comportamento dos resíduos do modelo. Esses gráficos são os gráficos necessários para se verificar as pressuposições básicas do modelo linear clássico.
E para se fazer inferência sobre as estimativas dos coeficientes de regressão e sobre a qualidade do ajuste do modelo? Se utiliza as funções summary
e anova
:
> summary( hipso1 ) > anova( hipso1 )
Você pode ajustar quantos modelos você desejar para estudar a mesma relação.
Podemos considerar que a relação entre DAP e altura é linear na escala logarítmica, assim um modelo apropriado seria:
> hipso2 = lm( log(h) ~ log(dap) , data=cax) > plot(hipso2) > summary(hipso2)
Ou então podemos verificar o modelo conhecido na Mensuração Florestal como Modelo Schumacher:
> hipso3 = lm( log(h) ~ I(1/dap) , data=cax) > plot(hipso3) > summary(hipso3)
Alguém aprecia parábolas ?
> hipso4 = lm( h ~ dap + I(dap^2) , data=cax) > plot(hipso4) > summary(hipso4)
Como podemos visualizar todos esses modelos junto com a relação DAP - altura ?
> scatter.smooth( cax$dap, cax$h) > hipso1 > curve( 40.182 + 5.218*x, 0, 26, col="blue", add=T ) > > hipso2 > curve( exp( 3.2031 + 0.5574*log(x) ), 0, 26, col="red", add=T ) > > hipso3 > curve( exp( 4.639 - 1.871/x ), 0, 26, col="darkgreen", add=T ) > > hipso4 > curve( 10.4109 + 11.1879*x - 0.2325*x^2, 0, 26, col="orange", add=T )
A abordagem mais apropriada é consideramos que cada caxetal talvez tenha uma relação altura-DAP diferente:
> hipso.plus = lm( h ~ dap * local, data=cax) > plot( hipso.plus ) > summary( hipso.plus )
As metas 8 e 9 foram alcançadas? |
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Não? Construa mais modelos com os seus próprios dados. |
Bem! Chegamos a nossa meta final: as fontes para continuar se desenvolvendo no R.
Embora ambos sejam semelhantes no conteúdo, o segundo site é mais didático e está mais atualizado.
Essa lista está longe de ser exaustiva!! Existem muitos outros recursos para aprender o R, essas são apenas algumas dicas iniciais.
Dez metas alcançadas? |
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Cada meta é um passo. Todo caminho se percorre passo a passo. Continue caminhando! |
Be an useR ! Be happy ! |
João Luís Ferreira Batista
Laboratório de Biometria Ecológica
Centro de Métodos Quantitativos
Departamento de Ciências Florestais
Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz"
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
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