初心者セッション
R入門〜データハンドリング

2020/8/1 Tokyo.R #87

はじめに

誰？

松村優哉
Twitter: y__mattu
人材・HR Tech系で働くデータ屋さん
学生時代: 計量経済学、ベイズ統計、因果推論、マーケティング
R歴: 6年目
https://ymattu.github.io/
http://y-mattu.hatenablog.com/
Tokyo.R 運営(初心者セッションとか)

icon

著書(共著)

R ユーザのための RStudio[実践]入門
− tidyverse によるモダンな分析フローの世界−

rstudiobook

通称: 「宇宙本」

RStudio 入門(@y__mattu)
スクレイピングによるデータ取得(@y__mattu)
dplyr を中心としたデータハンドリング(@yutannihilation)
ggplot2 による可視化(@kyn02666)
R Markdown によるレポーティング(@kazutan)

この資料の目的

R 初心者（触ったことはあるけど、なんかよくわからない）が、雰囲気を掴む

R と RStudio について
tidyverse について
テーブルデータの読み込み
データハンドリング
統計学・モデリング・可視化については触れません。

注意

わりと駆け抜けます
参考リンクも多いので資料は後でじっくり御覧ください。
パッケージ名だけでも覚えてかえっていただけると嬉しいです。

RとRStudioについて

Rとは

統計解析およびその周辺環境に強いプログラミング言語
- データの読み込み（ローカル, Webページ, DB）
- データハンドリング
- モデリング
- 可視化
最近はWebアプリを作れたり、いろいろできるようになってきた
プログラミング未経験でも始めやすい(個人的の感想)

R の環境構築

R のインストールは、CRANから、自分のOSに合ったものを。
2020/8/1時点の最新版は、4.0.2
3.X.X→4.X.Xの変更点
- R 4.0.0 リリース - Qiita
- R 4.0.0 の破壊的変更まとめ - Qiita

rver4

おすすめのIDE（統合開発環境）は、RStudio

R のパッケージ

R のパッケージを使うことで、世界中で開発されている便利な手法を使える
パッケージに含まれている関数を呼び出すことで、様々な拡張機能を使う
パッケージは、関数の集まり
CRANに登録されているものは、install.packages("パッケージ名") でインストール
- 例: install.packages("ggplot2")

パッケージ内の関数の表記

readr パッケージの read_csv 関数を使いたいとき

# 方法 1
library(readr)
dat <- read_csv("hoge.csv")
# 方法 2
dat <- readr::read_csv("hoge.csv")

tidyverse

tidyverse について

tidyverse(概念)

ざっくり:

R でやるいろんな操作(データハンドリング、可視化、スクレイピング、分析、etc)を直感的で統一的なインターフェースでできるようになったら嬉しくない?

tidyverse パッケージ

上記の概念を実現するためのコアパッケージ群
install.packages("tidyverse")でインストール

tidyverse を読み込み

library(tidyverse)

── Attaching packages ───────────────────────────────────────────────────────────────────────── tidyverse 1.2.1 ──

✓ ggplot2 3.3.0     ✓ purrr   0.3.4
✓ tibble  3.0.1     ✓ dplyr   0.8.5
✓ tidyr   1.1.0     ✓ stringr 1.4.0
✓ readr   1.3.1     ✓ forcats 0.4.0

── Conflicts ──────────────────────────────────────────────────────────────────────────── tidyverse_conflicts() ──
x dplyr::filter() masks stats::filter()
x dplyr::lag()    masks stats::lag()

読み込まれるパッケージ

ggplot2: 可視化
dplyr: データの操作
tidyr: データを tidy に
readr: データの読み書き
purrr: 関数型プログラミング
stringr: 文字列の操作
forcats: 因子型データの操作
tibble: tibble というモダンなデータフレーム

データの読み込み

R でのデータ読み込みのベストプラクティス

RStudio でプロジェクトを作成
- ファイルの位置が分かりやすくなります
様々な読み込み関数を使って読み込み
- ローカルにあるファイル(今日の中心)
- データベース(パッケージの紹介のみ)
- Web スクレイピング(またの機会に…)

RStudio でプロジェクトを作成

Project → New Project

project1

New Directory → New Project

newdir

newproj

ディレクトリ名を入力

dirname

Done!

読み込みの関数は、プロジェクトの中のファイルを探しにいきます。
書籍によっては setwd() を書いているものもありますが、RStudioプロジェクトでは必要ありません。

いよいよデータの読み込み

ローカルにあるファイル

csv

`read.csv()`

パッケージを使わない方法

dat <- read.csv("sample.csv")

R < 4.0.0 では stringsAsFactors = TRUE がデフォルトになっているので、stringsAsFactors = FALSE をつけることを推奨します。

dat <- read.csv("sample.csv", stringsAsFactors = FALSE)

`readr::read_csv()`

高速で、列の型をいい感じにやってくれる(オススメ)

dat <- readr::read_csv("sample.csv")

`data.table::fread()`

readr::read_csv() よりも高速
デフォルトでは、data.table というデータフレームとは別の形で読み込まれるのでデータフレームがいいときは data.table = FALSE

library(data.table)
dat <- fread("sample.csv", data.table = FALSE)

高速ってどのくらい速いの？

速度検証

検証用データ

ECサイトのログデータ
(を意識して作ったデータ)
csv
100 万行× 3 列
約 45MB
https://github.com/ymattu/SampleData

検証環境

macOS Mojave 10.14.6
Corei7
メモリ 16GB
R 3.6.3

時間を計測

system.time(dat <- read.csv("data/Sales.csv"))

   user  system elapsed 
  3.916   0.162   4.294

system.time(dat2 <- readr::read_csv("data/Sales.csv"))

   user  system elapsed 
  0.925   0.051   1.097

system.time(dat3 <- data.table::fread("data/Sales.csv"))

   user  system elapsed 
  1.349   0.039   0.820

もっとちゃんと時間を知りたい

microbench パッケージ
比較したい関数を1000回ずつとか実行して見やすく表示してくれる

library(microbenchmark)
file <- "data/Sales.csv"
compare <- microbenchmark("read.csv()" = read.csv(file),
                          "readr::read_csv()" = readr::read_csv(file),
                          "data.table::fread()" = data.table::fread(file),
                          times = 1000)

結果1

compare

expr	min	lq	mean	median	uq	max	neval
read.csv()	1871.3155	2222.0066	2361.4660	2347.1315	2452.3060	4529.984	1000
readr::read_csv()	548.7358	811.9076	882.2824	860.2287	935.6320	1759.994	1000
data.table::fread()	557.9172	617.1047	648.5004	643.6659	664.1492	1138.720	1000

結果2

tsv

`read.delim()`

read.delim()は区切り値のファイルを読む標準関数
read.csv()は sep = ","をつけたもの

# R < 4.0.0ではstringsAsFactors = FALSEを忘れずに
dat <- read.delim("sample.tsv", stringsAsFactors = FALSE)

`readr::read_tsv()`

library(readr)
dat <- read_tsv("sample.tsv")

`data.table::fread()`

区切り値は勝手に判断

library(data.table)
dat <- fread("sample.tsv", data.table = FALSE)

その他の区切り値

`read.delim()`

# R < 4.0.0ではstringsAsFactors = FALSEを忘れずに
dat <- read.delim("sample.tsv", stringsAsFactors = FALSE, sep = "|")

`readr::read_delim()`

dat <- readr::read_delim("sample.tsv", "|")

`data.table::fread()`

dat <- data.table::fread("sample.tsv", data.table = FALSE)

結局？

どれがいいのか

readrパッケージの read_***()関数が一番オススメ
速い、エンコーディングの調整が難しくない(後述)

	read.***	read_***	fread
速さ(45MB)	3秒	0.8 秒	0.6秒
区切り値の判定ミス	×	×	△
エンコーディング	○	○	△

xlsx, xls

エクセルファイル

エクセルファイルを読み込めるパッケージ

xlsx
gdata
XLConnect
openxlsx
readxl → オススメ(速い、列の型をいい感じに読める)

読み込み方

dat <- readxl::read_excel("sample.xlsx", sheet = "シート名")
# シート名はシート番号でも OK

その他の拡張子

SAS(.sas7bdat), STATA(.dta), SPSS(.sav)形式

haven パッケージで読み込み

SAS

dat <- haven::read_sas("sample.sas7bdat")

STATA

dat <- haven::read_dta("sample.dta")

SPSS

dat <- haven::read_sav("sample.sav")

文字コードの指定

エンコーディング問題

Windows の文字コードは Shift-JIS（CP932）
Mac の文字コードは UTF8
Windows で作られた（日本語を含む）ファイルを Mac で読むときは Encoding=cp932
Mac で作られた（日本語を含む）ファイルを Windows で読むときは Encoding=UTF8

csv を CP932 で読む

R の標準関数

dat <- read.csv("sample.csv", stringAsFactors = FALSE, fileEncoding = "cp932")

readr

dat <- readr::read_csv("sample.csv", locale = locale(encoding = "cp932"))

data.table

dat <- data.table::fread("sample.csv", data.table = FALSE) %>%
  dplyr::mutate(VAR1 = iconv(VAR1, from = "UTF8", to = "CP932"))

関数とかオプションとか
覚えられない

RStudio の GUI 読み込み

dataimport

RStudio の GUI 読み込み

dataimport2

データベース(クラウド)編

データベースやクラウド上のデータ

企業にデータは膨大なのでクラウドにデータを置くことがとても多い
こういうデータを R から直接触れたら嬉しいですよね！

便利パッケージたち

DBI(データベースへの接続)
dplyr(dbplyr)(データベースのテーブル操作)
sparklyr(Spark, AWS S3)
bigrquery(Big Query)
RStudio の Connection タブ

データベース関連の参考資料たち

Web スクレイピング

時間がないので省略

book

もっといろいろ読み込めないの？

R は他にもいろいろなデータを読み込めます

地理情報データ
画像
音声
etc…

ググると、意外といろいろ出てきます

データハンドリング

データハンドリングでやること、例えば

縦横変換
絞り込み(列・行)
新しい変数の作成
集計
テーブルのマージ
etc… →分析できる形に整形

データハンドリング編のコンテンツ

tidy data
dplyr
FAQ

本日の主役は

dplyr tidyr

特徴

パッケージを使わないやり方より

(大きいデータだと特に)
速い
簡単
≒　わかりやすい
他の tidyverse のパッケージと相性がいい

データハンドリング編のゴール

tidy data についてざっくり理解する
R の dplyr パッケージで簡単な集計ができるようになること
dplyr や他のパッケージで何ができるのかをなんとなく把握して、「ググり力」を身につける

tidy data

データの形式

２つのデータ形式(例: カテゴリごとの購買金額(千円))

Wide 型

Long 型

tidy data

2016 年に Hadley Wickham 氏が提唱
定義
- 1つの列が1つの変数を表す
- 1つの行が1つの観測を表す
- 1つのテーブルが1つのデータセットを含む
Rでのtidy data は、Long 型。

tidyr 1.0.0 (2019/09/11〜)

gather_spread

詳しくは

Tokyo.R #79 の応用セッションを参照。

参考: tidyr (〜2019/09/11)

gather_spread

dplyr

本日のデータ

EC サイトのログデータ

を意識して作ったダミーデータ
https://github.com/ymattu/sampledata_small

データの読み込み方

RStudio のプロジェクトを作成
Terminal ペインで以下を実行
git clone https://github.com/ymattu/sampledata_small
readr パッケージの関数で読み込み

sales <- read_csv("sampledata_small/csv/Sales.csv")
product <- read_csv("sampledata_small/csv/Products.csv")
user_master <- read_csv("sampledata_small/csv/UserMaster.csv")

dplyr

列選択

sales %>%
  select(UserID) %>%
  head()

%>%

パイプ演算子

“これまでの処理を次の関数の第 1 引数として渡す」という働き”

1:3 %>%
  sum()

[1] 6

# これと全く同じ
sum(1:3)

どう書くのか問題

思考の流れと書く流れ

パイプ演算子を使うときのポイント

結果 <- スタート地点 を書いて、やりたい処理をパイプでつないでいく

列選択のやりかたいろいろ 2

例

select(product, 1:3) # 列番号が連続している場合
select(product, ProductID:Price) # 列名でも連続していれば同様
select(product, -CreatedDate) # 特定の列を除く
select(product, -4) # 特定の列番号を除く
select(product, starts_with("p"), ignore.case = TRUE) # 大文字小文字を無視
select(product, matches("^(Product|Price)")) # "Product"または"Price"で始まる列を選択

列追加

税込み価格を計算

product %>%
  mutate(zeikomi = Price * 1.1) %>%
  head(4)

行の絞り込み

user_master %>%
  filter(Age >= 20, Sex == "F") # 年齢 20 歳以上の女性

集計

グルーピング + 集計

sales %>%
  group_by(UserID) %>%
  summarise(buy_count = n())

ここまでやったところで

パッケージを使わないでできないの？

できるものもあります。
select, filter あたりはできます。
でもめんどくさい
しかもデータが大きいと遅い
このあたり、私の過去資料もみてね
でも$はお手軽だしよく使います。

`$`で 1 列だけ取り出す

product$Category %>%
  unique()

[1] "雑貨・日用品"           "花・グリーン"          
[3] "食品"                   "衣料品"                
[5] "ヘルス＆ビューティー"   "家具・インテリア・家電"

日付の操作

lubridate パッケージ

lubridate

日付の操作をよしなにやってくれるパッケージ

library(lubridate)
ymd("20110604")

[1] "2011-06-04"

ymd(20120101) + years(1)

[1] "2013-01-01"

詳しくはこちらやこちらを参照

データハンドリングでの使い所

たくさんあるけど例えば

sales %>%
  mutate(buy_year = year(Timestamp)) %>%
  head()

ここから集計につなげる

ユーザー、年ごとに集計

sales %>%
  mutate(buy_year = year(Timestamp)) %>%
  group_by(UserID, buy_year) %>%
  summarise(buy_count = n()) %>%
  arrange(UserID) %>% 
  head()

その他、代表的な
（面倒くさい）型たち

文字列型

stringr パッケージ
https://kazutan.github.io/kazutanR/stringr-intro.html

因子型(factor 型)

forcats パッケージ
https://kazutan.github.io/kazutanR/forcats_test.html

テーブルのマージ

複数のテーブルを考える

a

b

基本は SQL と同じ

`inner_join()`

a

b

inner_join(a, b, by = "x1")

`left_join()`

a

b

left_join(a, b, by = "x1")

`full_join()`

a

b

full_join(a, b, by = "x1")

`anti_join()`

a

b

anti_join(a, b, by = "x1")

FAQ

dplyr とかだと何で
R の標準関数より速いの？

Answer : C++を使っているから

dplyrや readrでは、メインの処理を C++でやり、結果を R で受け取る、という構造になっています。
Rcpp パッケージが活躍!

たくさんのテーブルを join したい!

例えばこんな感じ(a, b, c 3 つのデータ)

  x1    x3
1  A  TRUE
2  B FALSE
3  D  TRUE

こうする…?

a %>%
  full_join(b, by = "x1") %>%
  full_join(c, by = "x1")

数が増えると大変!

たくさんのテーブルを join したい!

Answer : 初心者セッションの範囲をこえますが、
purrrパッケージを使うと簡単です。

datlist <- list(a, b, c)
datlist %>%
  purrr::reduce(~full_join(.x, .y, by = "x1"))

purrr パッケージの参考資料→そろそろ手を出す purrr

まとめ

言いたいこと

（イマドキな）R でのデータ操作では tidyverse は必須
基礎的なことは Tokyo.R 初心者セッションや、宇宙本で!
応用は、まずパッケージ名を知ることから(purrr, broom, etc…)
ぜひ使いこなせるようになりましょう。

本資料について

revealjs パッケージで作りました。
以下の URL で公開しています。
https://ymattu.github.io/TokyoR87/slide.html#/

初心者セッション R入門〜データハンドリング

2020/8/1 Tokyo.R #87

はじめに

誰？

著書(共著)

R ユーザのための RStudio[実践]入門 − tidyverse によるモダンな分析フローの世界−

この資料の目的

Contents

注意

RとRStudioについて

Rとは

R の環境構築

R のパッケージ

パッケージ内の関数の表記

tidyverse

tidyverse について

tidyverse(概念)

tidyverse パッケージ

tidyverse を読み込み

データの読み込み

R でのデータ読み込みのベストプラクティス

RStudio でプロジェクトを作成

Project → New Project

New Directory → New Project

ディレクトリ名を入力

Done!

いよいよデータの読み込み

ローカルにあるファイル

csv

read.csv()

readr::read_csv()

data.table::fread()

高速ってどのくらい速いの？

速度検証

検証用データ

検証環境

時間を計測

もっとちゃんと時間を知りたい

結果1

結果2

tsv

read.delim()

readr::read_tsv()

data.table::fread()

その他の区切り値

read.delim()

readr::read_delim()

data.table::fread()

結局？

どれがいいのか

xlsx, xls

エクセルファイル

エクセルファイルを読み込めるパッケージ

読み込み方

その他の拡張子

SAS(.sas7bdat), STATA(.dta), SPSS(.sav)形式

SAS

STATA

SPSS

文字コードの指定

エンコーディング問題

csv を CP932 で読む

R の標準関数

readr

data.table

関数とかオプションとか 覚えられない

RStudio の GUI 読み込み

RStudio の GUI 読み込み

データベース(クラウド)編

データベースやクラウド上のデータ

便利パッケージたち

データベース関連の参考資料たち

Web スクレイピング

時間がないので省略

もっといろいろ読み込めないの？

R は他にもいろいろなデータを読み込めます

データハンドリング

データハンドリングでやること、例えば

データハンドリング編のコンテンツ

本日の主役は

初心者セッション
R入門〜データハンドリング

R ユーザのための RStudio[実践]入門
− tidyverse によるモダンな分析フローの世界−

`read.csv()`

`readr::read_csv()`

`data.table::fread()`

`read.delim()`

`readr::read_tsv()`

`data.table::fread()`

`read.delim()`

`readr::read_delim()`

`data.table::fread()`

関数とかオプションとか
覚えられない

`$`で 1 列だけ取り出す

その他、代表的な
（面倒くさい）型たち

`inner_join()`

`left_join()`

`full_join()`

`anti_join()`

dplyr とかだと何で
R の標準関数より速いの？