1 Basics 1
1.1 First steps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1 An overgrown calculator . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.2 Assignments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.3 Vectorized arithmetic . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.4 Standard procedures . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.5 Graphics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2 R language essentials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.1 Expressions and objects . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.2 Functions and arguments . . . . . . . . . . . . . 11
1.2.3 Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2.4 Quoting and escape sequences . . . . . . . . . . 13
1.2.5 Missing values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2.6 Functions that create vectors . . . . . . . . . . . . 14
1.2.7 Matrices and arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.8 Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.2.9 Lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.2.10 Data frames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2.11 Indexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.2.12 Conditional selection . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.2.13 Indexing of data frames . . . . . . . . . . . . . . 23
1.2.14 Grouped data and data frames . . . . . . . . . . 25
xii Contents
1.2.15 Implicit loops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.2.16 Sorting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.3 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2 The R environment 31
2.1 Session management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.1.1 The workspace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.1.2 Textual output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.1.3 Scripting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1.4 Getting help . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.1.5 Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.1.6 Built-in data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.1.7 attach and detach . . . . . . . . . . . . . . 36
2.1.8 subset, transform, and within . . . . . . . . 37
2.2 The graphics subsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2.1 Plot layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2.2 Building a plot from pieces . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.3 Using par . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.2.4 Combining plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.3 R programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.3.1 Flow control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.3.2 Classes and generic functions . . . . . . . . . . . 46
2.4 Data entry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.4.1 Reading from a text file . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.4.2 Further details on read.table . . . . . . . . . . 50
2.4.3 The data editor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.4.4 Interfacing to other programs . . . . . . . . . . . 52
2.5 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3 Probability and distributions 55
3.1 Random sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.2 Probability calculations and combinatorics . . . . . . . . 56
3.3 Discrete distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.4 Continuous distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.5 The built-in distributions in R . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.5.1 Densities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.5.2 Cumulative distribution functions . . . . . . . . 62
3.5.3 Quantiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.5.4 Random numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.6 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4 Descriptive statistics and graphics 67
4.1 Summary statistics for a single group . . . . . . . . . . . 67
4.2 Graphical display of distributions . . . . . . . . . . . . . 71
4.2.1 Histograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Contents xiii
4.2.2 Empirical cumulative distribution . . . . . . . . 73
4.2.3 Q–Q plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.2.4 Boxplots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.3 Summary statistics by groups . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.4 Graphics for grouped data . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.4.1 Histograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.4.2 Parallel boxplots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.4.3 Stripcharts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.5 Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.5.1 Generating tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.5.2 Marginal tables and relative frequency . . . . . . 87
4.6 Graphical display of tables . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.6.1 Barplots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.6.2 Dotcharts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.6.3 Piecharts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.7 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5 One- and two-sample tests 95
5.1 One-sample t test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.2 Wilcoxon signed-rank test . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.3 Two-sample t test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
5.4 Comparison of variances . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.5 Two-sample Wilcoxon test . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.6 The paired t test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.7 The matched-pairs Wilcoxon test . . . . . . . . . . . . . 106
5.8 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
6 Regression and correlation 109
6.1 Simple linear regression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
6.2 Residuals and fitted values . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
6.3 Prediction and confidence bands . . . . . . . . . . . . . . 117
6.4 Correlation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
6.4.1 Pearson correlation . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
6.4.2 Spearman’s r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
6.4.3 Kendall’s t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
6.5 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
7 Analysis of variance and the Kruskal–Wallis test 127
7.1 One-way analysis of variance . . . . . . . . . . . . . . . 127
7.1.1 Pairwise comparisons and multiple testing . . . 131
7.1.2 Relaxing the variance assumption . . . . . . . . . 133
7.1.3 Graphical presentation . . . . . . . . . . . . . . . 134
7.1.4 Bartlett’s test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
7.2 Kruskal–Wallis test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
7.3 Two-way analysis of variance . . . . . . . . . . . . . . . 137
xiv Contents
7.3.1 Graphics for repeated measurements . . . . . . . 140
7.4 The Friedman test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
7.5 The ANOVA table in regression analysis . . . . . . . . . 141
7.6 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
8 Tabular data 145
8.1 Single proportions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
8.2 Two independent proportions . . . . . . . . . . . . . . . 147
8.3 k proportions, test for trend . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
8.4 r × c tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
8.5 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
9 Power and the computation of sample size 155
9.1 The principles of power calculations . . . . . . . . . . . 155
9.1.1 Power of one-sample and paired t tests . . . . . . 156
9.1.2 Power of two-sample t test . . . . . . . . . . . . . 158
9.1.3 Approximate methods . . . . . . . . . . . . . . . 158
9.1.4 Power of comparisons of proportions . . . . . . . 159
9.2 Two-sample problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
9.3 One-sample problems and paired tests . . . . . . . . . . 161
9.4 Comparison of proportions . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
9.5 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
10 Advanced data handling 163
10.1 Recoding variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
10.1.1 The cut function . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
10.1.2 Manipulating factor levels . . . . . . . . . . . . . 165
10.1.3 Working with dates . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
10.1.4 Recoding multiple variables . . . . . . . . . . . . 169
10.2 Conditional calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
10.3 Combining and restructuring data frames . . . . . . . . 171
10.3.1 Appending frames . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
10.3.2 Merging data frames . . . . . . . . . . . . . . . . 173
10.3.3 Reshaping data frames . . . . . . . . . . . . . . . 175
10.4 Per-group and per-case procedures . . . . . . . . . . . . 178
10.5 Time splitting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
10.6 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
11 Multiple regression 185
11.1 Plotting multivariate data . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
11.2 Model specification and output . . . . . . . . . . . . . . 187
11.3 Model search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
11.4 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
Contents xv
12 Linear models 195
12.1 Polynomial regression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
12.2 Regression through the origin . . . . . . . . . . . . . . . 198
12.3 Design matrices and dummy variables . . . . . . . . . . 200
12.4 Linearity over groups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
12.5 Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
12.6 Two-way ANOVA with replication . . . . . . . . . . . . 207
12.7 Analysis of covariance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
12.7.1 Graphical description . . . . . . . . . . . . . . . . 209
12.7.2 Comparison of regression lines . . . . . . . . . . 212
12.8 Diagnostics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
12.9 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
13 Logistic regression 227
13.1 Generalized linear models . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
13.2 Logistic regression on tabular data . . . . . . . . . . . . 229
13.2.1 The analysis of deviance table . . . . . . . . . . . 234
13.2.2 Connection to test for trend . . . . . . . . . . . . 235
13.3 Likelihood profiling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
13.4 Presentation as odds-ratio estimates . . . . . . . . . . . . 239
13.5 Logistic regression using raw data . . . . . . . . . . . . . 239
13.6 Prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
13.7 Model checking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
13.8 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
14 Survival analysis 249
14.1 Essential concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
14.2 Survival objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
14.3 Kaplan–Meier estimates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
14.4 The log-rank test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
14.5 The Cox proportional hazards model . . . . . . . . . . . 256
14.6 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
15 Rates and Poisson regression 259
15.1 Basic ideas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
15.1.1 The Poisson distribution . . . . . . . . . . . . . . 260
15.1.2 Survival analysis with constant hazard . . . . . . 260
15.2 Fitting Poisson models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
15.3 Computing rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
15.4 Models with piecewise constant intensities . . . . . . . . 270
15.5 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
16 Nonlinear curve fitting 275
16.1 Basic usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
16.2 Finding starting values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
xvi Contents
16.3 Self-starting models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
16.4 Profiling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
16.5 Finer control of the fitting algorithm . . . . . . . . . . . 287
16.6 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
A Obtaining and installing R and the ISwR package 289
B Data sets in the ISwR package 293
C Compendium 325
D Answers to exercises 337
Bibliography 355
Index 357
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发表于 2013-2-15 11:55:13