Filtri ed estrazione

A partire da una struttura di dati (un vettore, una matrice, un data frame) è spesso necessario estrarre un sottoinsieme di dati.

Subsetting è l'operazione di estrazione di un sottoinsieme di valori da un vettore, una lista o un data frame.

Estrazione

Estrazione da vettori

Il modo più semplice per ottenere un sottoinsieme di dati da un vettore è attraverso l'operatore di estrazione [].

Per capirne il funzionamento, è utile ricordare che in R le strutture di dati principali (vettori, matrici, liste, data frame) sono delle collezioni ordinate di elementi.

Questo significa che ogni elemento ha una posizione nella collezione. La sintassi vettore1[5] permettere di accedere al quinto elemento del vettore vettore1.

Nell'esempio precedente 5 è l'indice che viene usato per selezionare un elemento del vettore. In R non esistono scalari, e dunque 5 equivale a c(5).

vettore1 <- c(2,4,6,8,10,12,14,16,18,20)
# seleziona il quinto elemento
vettore1[5]
## [1] 10
vettore1[c(5)]  # == vettore1[5]
## [1] 10
# seleziona tutti gli elementi tranne il 5
vettore1[c(-5)]
## [1]  2  4  6  8 12 14 16 18 20
# seleziona gli elementi con indice TRUE
vettore1[c(FALSE,FALSE,FALSE,FALSE,TRUE,
					 FALSE,FALSE,FALSE,FALSE,FALSE)]
## [1] 10

In questi esempi abbiamo visto alcune potenzialità dell'operatore di estrazione.

Se l'indice è un vettore numerico, verranno estratti gli elementi corrispondenti agli indici del vettore. Se l'indice è di numeri negativi, verranno esclusi dall'estrazione gli elementi corrispondenti.

Se l'indice è un vettore booleano della stessa lunghezza del vettore da cui si fa l'estrazione, verranno estratti gli elementi che corrispondono al valore TRUE dell'indice.

Se agli elementi vettore di partenza è stato associato un nome, l'indice può essere un vettore stringa contenente i nomi degli elementi da estrarre.

names(vettore1) <- c("due","quattro","sei","otto","dieci",
	"dodici","quattordici","sedici","diciotto","venti")
vettore1
##         due     quattro         sei        otto       dieci      dodici quattordici      sedici    diciotto 
##           2           4           6           8          10          12          14          16          18 
##       venti 
##          20
vettore1["dieci"]
## dieci 
##    10
vettore1[5]
## dieci 
##    10

Riciclare i vettori

Cosa succede se il filtro booleano ha una lunghezza minore del vettore da filtrare?

vettore1[c(TRUE,TRUE,FALSE)]
##         due     quattro        otto       dieci quattordici      sedici       venti 
##           2           4           8          10          14          16          20

Il vettore più corto viene riciclato - ovvero ripetuto tante volte da pareggiare la lunghezza del vettore più lungo.

Estrazione da matrici

matrice1 <- matrix(c(11,12,13,14,21,22,23,24,31,32,33,34),
									 nrow=4,ncol=3)
colnames(matrice1) <- c("C_A", "C_B", "C_C")
rownames(matrice1) <- c("R1","R2","R3","R4")
matrice1
##    C_A C_B C_C
## R1  11  21  31
## R2  12  22  32
## R3  13  23  33
## R4  14  24  34
# estrae l'elemento della seconda riga, seconda colonna
matrice1[2,2]
## [1] 22
# estrae la prima e la terza colonna della prima riga
matrice1[1,c(1,3)]
## C_A C_C 
##  11  31
# estrae tutta la terza riga
matrice1[3,]
## C_A C_B C_C 
##  13  23  33
# estrae la riga "R2"
matrice1["R2",]
## C_A C_B C_C 
##  12  22  32
# estrae righe e colonne per nome
matrice1["R3","C_A"] 
## [1] 13

L'estrazione di elementi di una matrice è una estensione a due dimensioni dell'estrazione di un vettore. La sintassi è matrice[indice righe, indice colonne].

Per estensione, l'estrazione di un array tridimensionale sarà array [indice dimensione 1, indice dimensione 2, indice dimensione 3].

L'indice vuoto estrae l'intero vettore di quella dimensione.

# estrae tutti gli elementi del vettore
vettore1[]
##         due     quattro         sei        otto       dieci      dodici quattordici      sedici    diciotto 
##           2           4           6           8          10          12          14          16          18 
##       venti 
##          20
# estrae tutte le righe della colonna 2
matrice1[,2]
## R1 R2 R3 R4 
## 21 22 23 24
# estrae tutte le colonne della riga 2
matrice1[2,]
## C_A C_B C_C 
##  12  22  32
# estrae l'intera matrice
matrice1[,]
##    C_A C_B C_C
## R1  11  21  31
## R2  12  22  32
## R3  13  23  33
## R4  14  24  34
(indici2d <- matrix(c(1,1,2,2,1,3,4,3),ncol = 2, byrow = TRUE))
##      [,1] [,2]
## [1,]    1    1
## [2,]    2    2
## [3,]    1    3
## [4,]    4    3
matrice1[indici2d]
## [1] 11 22 31 34

indici2d è una matrice r*2. Ogni riga è una coppia di valori che corrisponde alla riga e alla colonna dell'elemento da estrarre. Dunque questa sintassi ha estratto gli elementi matrice1[1,1], matrice1[2,2], matrice1[1,3], matrice1[4,3].

Estrazione da liste

lista1 <- list(
	nomi=c("Marco","Alessia"), 
	amici=c("Luigi","Francesco","Raffaella"), 
	provincia=c("Brescia"))
lista1
## $nomi
## [1] "Marco"   "Alessia"
## 
## $amici
## [1] "Luigi"     "Francesco" "Raffaella"
## 
## $provincia
## [1] "Brescia"
lista1$nomi
## [1] "Marco"   "Alessia"
# la sintassi [[]] estrae i valori dell'oggetto selezionato
lista1[[2]]
## [1] "Luigi"     "Francesco" "Raffaella"
# la sintassi [] estrae l'oggetto
lista1[2]
## $amici
## [1] "Luigi"     "Francesco" "Raffaella"

Estrazione di data frame

nome <- c("luigi","mario","antonella","luca")
anno <- c(1956,1945,1972, 1976)
condizione <- c("exp","controllo","exp","controllo")
soggetti <- data.frame (nome,anno,condizione)
soggetti
##        nome anno condizione
## 1     luigi 1956        exp
## 2     mario 1945  controllo
## 3 antonella 1972        exp
## 4      luca 1976  controllo
# stessa sintassi delle matrici
# tutte le righe, colonna 3
soggetti[,3]
## [1] "exp"       "controllo" "exp"       "controllo"
# riga 3, tutte le colonne
soggetti[3,]
##        nome anno condizione
## 3 antonella 1972        exp
# cella 3,3
soggetti[3,3]
## [1] "exp"
# il data frame è una lista, e dunque vale anche la sintassi $
soggetti$anno
## [1] 1956 1945 1972 1976
# il data frame è una lista, e dunque posso selezionare per colonna
soggetti[2]
##   anno
## 1 1956
## 2 1945
## 3 1972
## 4 1976
soggetti[soggetti$condizione=="exp",]
##        nome anno condizione
## 1     luigi 1956        exp
## 3 antonella 1972        exp

Subset

La funzione subset permette di filtrare vettori, matrici e data frame (per riga)

subset(soggetti,condizione=="controllo")
##    nome anno condizione
## 2 mario 1945  controllo
## 4  luca 1976  controllo
subset(soggetti,anno<1970, select=nome)
##    nome
## 1 luigi
## 2 mario

Filtri logici

Come abbiamo visto parlando di estrazione da vettori, gli indici possono essere dei vettori logici. I vettori logici possono essere creati attraverso l'applicazione di operatori logici ai vettori.

vettore_logico1 <- vettore1 > 10
vettore1[vettore_logico1]
##      dodici quattordici      sedici    diciotto       venti 
##          12          14          16          18          20

Usare la sintassi sql

sqldf package | R Documentation

library(sqldf)
## Error in library(sqldf): non c'è alcun pacchetto chiamato 'sqldf'
# seleziona tutte le variabili (*) di soggetti dove la condizione è 'exp'
risultato <- 
	sqldf("select * from soggetti where condizione == 'exp'")
## Error in sqldf("select * from soggetti where condizione == 'exp'"): non trovo la funzione "sqldf"
risultato
## $parametrico
## 
## 	Pearson's product-moment correlation
## 
## data:  varIntervalliA and varIntervalliB
## t = 43.316, df = 298, p-value < 2.2e-16
## alternative hypothesis: true correlation is not equal to 0
## 95 percent confidence interval:
##  0.9116033 0.9429911
## sample estimates:
##       cor 
## 0.9289481 
## 
## 
## $nonParametrico
## 
## 	Spearman's rank correlation rho
## 
## data:  varIntervalliA and varIntervalliB
## S = 340850, p-value < 2.2e-16
## alternative hypothesis: true rho is not equal to 0
## sample estimates:
##       rho 
## 0.9242547 
## 
## 
## $correlazioni
##    [1]  1.433095e-01  5.650421e-02 -1.568093e-02  3.584148e-02  6.464114e-02 -6.401965e-03  4.905579e-02
##    [8] -5.243771e-02  6.053860e-02 -7.849271e-02  9.506888e-02  3.004791e-02 -6.343436e-02  3.332468e-02
##   [15]  6.122942e-02 -5.343810e-02 -4.923285e-02  4.225194e-02 -8.521190e-02  7.016836e-02 -4.756137e-02
##   [22]  6.889962e-02 -1.507309e-01  1.876183e-02  4.404046e-02 -5.166466e-02  6.354944e-02 -2.254857e-02
##   [29] -7.152773e-03 -1.010714e-01 -5.180272e-02  1.037249e-01 -3.286572e-02 -2.077400e-02 -4.861244e-02
##   [36] -3.088950e-02 -7.214392e-02  5.788416e-03  8.232535e-02  3.610682e-02 -1.470253e-02 -5.918444e-02
##   [43]  1.907058e-03 -6.697551e-02  5.154983e-02  6.869543e-02 -5.794166e-02 -5.813889e-02  5.369087e-02
##   [50]  8.423216e-02 -1.555827e-01  1.120504e-01  4.960362e-02  2.240101e-02  2.053596e-02  3.658630e-02
##   [57]  7.580696e-02 -3.985074e-02  1.843212e-02  2.528238e-02 -1.480841e-02 -1.284086e-02  1.828097e-03
##   [64]  6.592531e-02 -3.169628e-02  1.007527e-01  3.531059e-02 -7.106386e-03  2.602454e-02 -2.529788e-02
##   [71]  3.474588e-02  1.381983e-02 -1.123075e-02  8.528450e-02 -8.083959e-03 -3.134532e-02 -4.624981e-02
##   [78]  1.840756e-03  2.318825e-03  5.043113e-02 -1.079928e-01 -1.002541e-01  4.769863e-02  6.345081e-02
##   [85] -1.669319e-02 -3.284058e-02  5.698730e-02 -4.781891e-02  9.842695e-03 -5.811339e-02  6.847351e-02
##   [92] -9.236063e-02 -1.640279e-02 -5.338247e-02 -1.433515e-02 -3.311823e-02 -1.296689e-01 -2.565922e-02
##   [99] -6.908754e-02  7.814353e-02 -3.734349e-02 -5.485789e-02  8.017213e-02 -2.337497e-02  1.925689e-01
##  [106]  5.362479e-02 -3.544649e-02  2.041869e-02  8.895879e-02  5.427490e-03  1.758670e-02 -8.144864e-03
##  [113]  4.025168e-02  1.046732e-01 -5.387538e-02  1.381790e-02  4.074317e-02  5.848020e-02  5.654344e-02
##  [120] -1.123971e-02 -4.354710e-02  8.776695e-03 -6.938889e-02 -5.564003e-02  5.423928e-02  7.035591e-02
##  [127]  5.009880e-02 -2.904675e-02  7.369531e-03  6.543070e-02  4.178775e-02  1.825039e-02 -1.689459e-01
##  [134] -3.752864e-02 -3.571122e-02  6.113463e-02 -5.281117e-02 -4.113340e-02  9.390339e-02  2.774732e-02
##  [141] -1.895779e-02 -4.197265e-02 -2.228010e-02  1.315151e-03 -1.382625e-01 -4.077409e-02 -2.224486e-02
##  [148] -4.350510e-02  8.841238e-03  3.148084e-02  6.720275e-03 -3.077615e-02 -2.008951e-02  2.931891e-02
##  [155]  1.224935e-01  2.667792e-02 -1.593080e-02  4.687280e-03  8.687039e-02  2.227631e-02 -7.330661e-02
##  [162] -2.462762e-03 -2.874314e-02 -1.920200e-02 -6.111314e-03 -4.608447e-02  8.315224e-02  2.422972e-03
##  [169] -5.441857e-02  4.620729e-02  8.908573e-02  1.020576e-01  3.102938e-03 -3.019656e-02 -4.536433e-02
##  [176] -3.672903e-02  3.481164e-02  1.394819e-02 -1.357355e-01 -6.034416e-02  1.288785e-01  1.177186e-01
##  [183]  1.098531e-01 -1.571032e-01 -7.774630e-02 -6.663932e-02 -4.061308e-03  3.334661e-02  8.255570e-02
##  [190] -7.496320e-02  5.660386e-02 -3.082843e-02 -6.268126e-05 -3.845115e-02 -1.011655e-02 -1.399955e-02
##  [197] -1.358416e-01  4.652181e-02  1.346208e-01  1.086742e-01  1.116802e-02  2.614885e-02 -3.529078e-02
##  [204]  5.092074e-02 -2.345446e-02 -1.286259e-01  8.176405e-02 -1.727158e-02 -3.478657e-02  5.084447e-02
##  [211] -5.141374e-02  9.198562e-03  1.490394e-02  8.126536e-02 -5.734728e-02 -6.783059e-02  3.111846e-02
##  [218] -3.547289e-02  7.814088e-02 -1.756427e-02  2.432091e-02 -5.096931e-02  8.922229e-03  4.997483e-02
##  [225]  3.121668e-03 -1.855897e-02  1.396740e-01  3.064615e-02  6.761783e-02  1.156787e-02  6.162350e-02
##  [232]  3.443286e-02 -8.533180e-02 -5.876787e-03  4.136672e-02  3.986949e-03  4.952089e-03  2.707358e-02
##  [239]  1.048888e-04  3.822643e-02 -2.608272e-02 -9.591129e-02 -1.233197e-03 -4.424034e-02  4.288249e-02
##  [246]  9.486844e-02 -1.001958e-02 -1.696308e-03  3.073290e-03  7.040328e-03  2.470402e-02  2.292829e-02
##  [253] -5.480884e-02 -6.921466e-02 -5.931900e-02 -1.831759e-02  5.185528e-02  2.751219e-02  8.241315e-03
##  [260] -8.376634e-03 -4.281085e-02  5.879593e-02  9.338359e-02  4.109698e-03 -4.616800e-02 -5.318585e-02
##  [267]  5.886968e-02  1.704930e-02 -1.045225e-02  4.177130e-02 -5.946201e-02  9.667337e-02 -8.232612e-02
##  [274]  6.348653e-03 -5.098116e-02 -1.748749e-02  5.643376e-02 -7.176956e-02 -3.092400e-02  1.942208e-02
##  [281]  7.791728e-02  2.247769e-02 -4.175437e-02  1.248032e-02  1.353088e-02  9.788129e-02  1.476971e-01
##  [288]  8.304626e-02 -9.805895e-02  5.007998e-02  1.752537e-02 -7.980538e-02 -4.810426e-02  2.024320e-02
##  [295]  4.451698e-02 -4.795357e-02 -3.404205e-02 -3.821114e-02 -7.990554e-02 -3.718957e-02 -1.836386e-02
##  [302] -7.495026e-02  3.179542e-02  3.336168e-02 -9.378891e-02 -1.598308e-02 -2.367670e-02 -1.075212e-01
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##  [911] -1.647263e-02  1.130939e-01  1.451015e-02  8.859464e-02 -2.255683e-03 -3.929076e-02 -9.492433e-03
##  [918]  3.918497e-02 -1.429281e-02 -5.479981e-02  1.393915e-01  1.380109e-03 -9.088138e-03  4.308482e-02
##  [925]  4.253846e-02 -2.044204e-02  5.184098e-02  4.284946e-02  1.099142e-01  2.457245e-02 -7.105000e-02
##  [932]  1.256061e-02  2.823799e-02 -1.862116e-02  5.501060e-03  7.652594e-03 -5.123601e-02 -1.715918e-02
##  [939] -4.370569e-02 -6.460415e-03 -7.801033e-02  2.355772e-02  1.442562e-01 -6.751080e-02 -7.327996e-02
##  [946]  7.341305e-03 -3.003248e-02  2.552816e-02 -7.968074e-02 -1.810408e-02 -5.589568e-02 -4.882224e-03
##  [953] -8.772128e-03 -8.523326e-03 -5.542134e-02 -6.814282e-02  5.149067e-02  9.186633e-02 -5.710761e-02
##  [960] -3.275868e-03  4.394731e-02 -1.251747e-01  3.010796e-02 -3.115877e-02  1.219483e-02 -1.172470e-01
##  [967]  1.136178e-02 -6.685095e-02  4.186079e-02 -2.143291e-02 -1.544198e-02  9.781494e-03  1.488168e-01
##  [974]  1.117758e-01  6.924922e-02  3.450829e-02  2.019179e-02  5.893306e-02 -2.332212e-04 -5.259289e-02
##  [981]  2.437589e-02  3.912018e-02  2.016580e-02 -7.593108e-03 -3.232171e-02  7.972441e-02  2.273140e-02
##  [988] -4.967534e-02 -1.156204e-01 -1.938092e-02 -1.260241e-01  2.657600e-02  2.541411e-02  3.535754e-02
##  [995] -4.490119e-02  2.687567e-02 -3.412584e-02  5.583190e-02 -6.730211e-02  5.290579e-02
##  [ reached getOption("max.print") -- omitted 9000 entries ]
## 
## $simConfidenza
##       2.5%      97.5% 
## -0.1152068  0.1124079 
## 
## $simP_value
## [1] -9.999e-05
rm(risultato)
# seleziona la variabile 'nome' da soggetti dove anno è maggiore di 1970
sqldf("select nome from soggetti where anno>1970")
## Error in sqldf("select nome from soggetti where anno>1970"): non trovo la funzione "sqldf"

Which

Dato un filtro booleano, la funzione which() ritorna l'indice di quei valori che corrispondono a TRUE

vettore1
##         due     quattro         sei        otto       dieci      dodici quattordici      sedici    diciotto 
##           2           4           6           8          10          12          14          16          18 
##       venti 
##          20
# quali valori sono uguali a 4
which(vettore1==4)
## quattro 
##       2
# l'indice dei valori superiori a 7
which(vettore1>7)
##        otto       dieci      dodici quattordici      sedici    diciotto       venti 
##           4           5           6           7           8           9          10
# quale cella ha il valore massimo?
which(vettore1==max(vettore1))
## venti 
##    10

Riferimenti

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