R语言学习丨矩阵和数组基础知识
今天笔记内容包含R语言中矩阵和数组基础知识。
R语言矩阵
创建矩阵
矩阵内可以是数字、符号、数学式，类似于常见的二维数组，有m行（row）n列（col）的矩阵m×n。
R 语言的矩阵可以使用 matrix() 函数来创建，语法格式如下：
matrix(data = NA, nrow = 1, ncol = 1, byrow = FALSE,dimnames = NULL)
参数说明：
-
data 向量，矩阵的数据
-
nrow 行数
-
ncol 列数
-
byrow 逻辑值，为 FALSE 按列排列，为 TRUE 按行排列
-
dimname 设置行和列的名称，该参数用含有两个向量（字符串）的列表组成。
> # 按行排列创建矩阵
> zhen_1 = matrix(c(1:12),nrow = 3,byrow = TRUE)
> print(zhen_1)
[,1] [,2] [,3] [,4]
[1,] 1 2 3 4
[2,] 5 6 7 8
[3,] 9 10 11 12
> # 定义行和列的名称
> rownames_1 = c("a1","a2","a3")
> colnames_2 = c("b1","b2","b3","b4")
> # 输出矩阵
> out_1 = matrix(c(1:12),nrow = 3,byrow = TRUE,dimnames = list(rownames_1,colnames_2))
> print(out_1)
b1 b2 b3 b4
a1 1 2 3 4
a2 5 6 7 8
a3 9 10 11 12
转置矩阵
R 语言矩阵提供了t()函数，可以实现矩阵的行列互换，变化效果如下：
我们对刚刚创建的out_1矩阵进行转置后输出，如下：
> out_1 = matrix(c(1:12),nrow = 3,byrow = TRUE,dimnames = list(rownames_1,colnames_2))
> print(out_1)
b1 b2 b3 b4
a1 1 2 3 4
a2 5 6 7 8
a3 9 10 11 12
> print(t(out_1)) #输出转置矩阵用t（）
a1 a2 a3
b1 1 5 9
b2 2 6 10
b3 3 7 11
b4 4 8 12
调用矩阵元素
可以元素的列索引和行索引，类似坐标形式，获取矩阵元素，如下：
> print(out_1) #获取整个矩阵
b1 b2 b3 b4
a1 1 2 3 4
a2 5 6 7 8
a3 9 10 11 12
> print(out_1[1,2]) # 获取第1行第2列的元素
[1] 2
> print(out_1[2,]) # 获取第2行的元素
b1 b2 b3 b4
5 6 7 8
矩阵的计算
大部分人已经学过线性代数，了解矩阵的加减乘除法则，值得注意的是只有行和列数都相同的矩阵才能加减运算，只有第一个矩阵的列数等于第二个矩阵的行数才能相乘。接下来进行演示：
> # 矩阵相加，相减只需把加号改成减号
> out_sum = m_1 + m_2 # 两个矩阵都是2×3
> cat("结果：","\n")
结果：
> print(out_sum)
[,1] [,2] [,3]
[1,] 14 -2 4
[2,] 18 8 6
> # 矩阵相乘
> out_cheng = m_1 * m_2
> cat("结果：","\n")
结果：
> print(out_cheng)
[,1] [,2] [,3]
[1,] 49 1 4
[2,] 81 16 9
> # 矩阵相除
> out_chu = m_1 / m_2
> cat("结果：","\n")
结果：
> print(out_chu)
[,1] [,2] [,3]
[1,] 1 1 1
[2,] 1 1 1
数组
R 语言可以创建一维或多维数组，数组是一个同一类型的集合，矩阵就是一个二维数组。
数组创建使用array()函数，该函数使用向量作为输入参数，可以使用 dim 设置数组维度。语法格式如下：
array(data = NA, dim = length(data), dimnames = NULL)
- data 向量，数组元素。
- dim 数组的维度，默认是一维数组。
- dimnames 维度的名称，必须是个列表
例如创建一个3×3的二维数组，用于后续演示，方法如下：
> v1 = c(1,2,3)
> v2 = c(4,5,6,7,8,9)
> shuzu = array(c(v1,v2),dim = c(3,3,2))
> print(shuzu)
, , 1
[,1] [,2] [,3]
[1,] 1 4 7
[2,] 2 5 8
[3,] 3 6 9
, , 2
[,1] [,2] [,3]
[1,] 1 4 7
[2,] 2 5 8
[3,] 3 6 9
- 设置各维度的名称
> column.names = c("col1","col2","col3") #设置列名
> row.names = c("row1","row2","row3") #设置行名
> matrix.names = c("m1","m2") #设置矩阵名
> out_3 = array(c(v1,v2),dim = c(3,3,2),dimnames = list(row.names,column.names,matrix.names)) #设置数组名
> print(out_3) #输出
, , m1
col1 col2 col3
row1 1 4 7
row2 2 5 8
row3 3 6 9
, , m2
col1 col2 col3
row1 1 4 7
row2 2 5 8
row3 3 6 9
#上述m1和m2矩阵应用于笔记后面的演示，不再重复
- 访问数组元素
数组的元素有坐标位置，索引顺序为（行，列，维度），例如[3,2,4]表示第4个矩阵第3行第2列的元素。
, , m2 #第二个矩阵
col1 col2 col3
row1 1 4 7
row2 2 5 8
row3 3 6 9
> print(out_3[3,1,2])
[1] 3 #输出结果正确
- 操作数组元素
可以通过访问矩阵的元素来访问数组，例如从数组中的一个矩阵创建新矩阵，然后进行矩阵加减运算，演示如下：
> matrix_1 = shuzu[,,1]
> matrix_2 = shuzu[,,2]
> sum_1 = matrix_1 + matrix_2
> print(sum_1)
[,1] [,2] [,3]
[1,] 2 8 14
[2,] 4 10 16
[3,] 6 12 18
apply（）函数能够对数组跨纬度计算，语法格式为：apply(x, margin, fun)
- x 数组
- margin 数据名称（1代表行，2代表列，c(1,2)代表行和列）
- fun 计算函数
> print(shuzu)
, , 1 #数组的第一个矩阵
[,1] [,2] [,3]
[1,] 1 4 7
[2,] 2 5 8
[3,] 3 6 9
, , 2 #数组的第二个矩阵
[,1] [,2] [,3]
[1,] 1 4 7
[2,] 2 5 8
[3,] 3 6 9
> out_4 = apply(shuzu,1,sum) #对数组所有矩阵按照每一行的方式求和
> print(out_4)
[1] 24 30 36 #第一行数据24=1+4+7+1+4+7，确实能行！
快速记忆：
# 计算数组中所有矩阵对应行的数字之和
result <- apply(shuzu, c(1), sum)
# 计算数组中所有矩阵对应列的数字之和
result <- apply(shuzu, c(2), sum)
# 计算数组中每个矩阵内部的所有数字之和
result <- apply(shuzu, c(3), sum)
参考资料：
https://www.runoob.com/r
公众号：生信分析笔记
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