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Le logiciel R
L'information contenue dans ce livre a été choisie et organisée de la meilleure 70. Le logiciel R - Ma?triser le langage. Prise en main.
Le logicielR
Ma^triser le langage
Eectuer des analyses
(bio)statistiquesPierre Lafaye de Micheaux R´emy Drouilhet
Benoit Liquet
A Dominique, a Luka et a MathiasA mes parents
A tous ceux qui ont contribue, contribuent et contribueront a eveiller nos consciencesA Pierre et a sa perseverance
Avant-propos
Cet ouvrage est fonde sur les notes d'un cours dispense pendant quelques annees a l'Institut universitaire de technologie de Grenoble 2, au sein du depar- tement Statistique et informatique decisionnelle (STID). Il a donc eteAvant-propos xi
Deuxieme edition
Nous tenons a remercier Hubert Raymondaud pour nous avoir donne la motivation necessaire pour ecrire cette seconde edition, qui s'accro^t de pres de 200 pages. Plusieurs erreurs mineures ont ete corrigees, certaines notions clariees et de nombreuses astuces ou renvois vers d'autres ressources ont ete ajoutes au l du texte. La section A.4, intituleePARTIE I : LES BASES DU LOGICIEL
a) Les con ceptsd eb ase,l' organisationd esdon nees( chapitre1) . b) I mportation-exportatione tpr oductiond ed onnees( chapitre2) . c)M anipulationde don nees( chapitre3) .
d)Ret sa documentation (chapitre 4). e) T echniquesp ourt racerde scou rbese td esgr aphiques( chapitre5) . f)Mai ntenanced ess essions( chapitre7) .
PARTIE II : STATISTIQUES
ELEMENTAIRES
a) V ariablesal eatoires,l oiset s imulations( chapitre10) . b)S tatistiquede scriptive(c hapitre9) .
c) In tervallesd ec onancee tt estsd' hypotheses( chapitre11). d) R egressionl ineairesi mplee tm ultiple( chapitre12) . e)An alysed ev ariance elementaire( chapitre13) .
PARTIE III : CONCEPTS AVANC
ES a) M athematiquesde b ase: cal culmat riciel,in tegration,opt imisation (chapitre 8). b)P rogrammatione nR(chapitre 6).
Avant-propos xiii
Mises en relief
Nous avons souhaite soigner le mode de presentation de l'ouvrage (la forme) pour que l'information (le contenu) soit digeste. Par consequent, des encadres qui permettent la mise en relief de certaines informations importantes an de fa- ciliter la comprehension des notions abordees sont disposes a plusieurs endroits strategiques du livre. Ces encadres se distinguent par des ic^ones apparaissant dans la marge.Astuce Information supplementaire relative au sujet traite.Attention
Souligne un point important a ne pas negliger.
Remarque
Propose conseils et trucs pratiques.
Renvoi
Fait reference a un autre chapitre ou a un site internet.Expert
Elements avances dont la lecture peut ^etre omise en premier lieu.LinuxInformation reservee aux utilisateurs Linux.
MacInformation reservee aux utilisateurs Macintosh.
xiv Le logicielRSolutions des exercices et des travaux pratiques Les corriges des exercices et des seances de travaux pratiques sont fournis sur le site internet associe au livre (http://www.biostatisticien.eu/springeR). Par ailleurs, quelques projets plus ambitieux que les travaux pratiques se- ront rendus accessibles sur ce site.Conventions de police
La l ettreRdesigne le logicielR.
Nou sut iliseronsl 'ecritureitaliquepour designer des termes empruntes a la langue anglaise commedata.frameoupackageou bien des termes latins commeversusoua priori. Nou su tiliseronsu nep oliced ecar acteres achasse fixe(environnementVerbatim) pour noter des instructionsR.
Nou su tiliseronsu nep oliced ecar acterese nPetites capitalespour designer un jeu de donnees et une police avec descaracteres sans em- pattementpour designer le nom du chier physique contenant ce jeu de donnees. Cette derniere police de caracteres sera utilisee pour indiquer n'importe quel chier ou dossier mentionne dans cet ouvrage.Sommaire
Avant-proposix
Liste des figuresxxix
Liste des tableauxxxxiii
Notations math
´ematiquesxxxv
A Pr´esentation du logicielR1
A.1 Presentation du logiciel
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1A.1.1 Origines
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 A.1.2 Pourquoi utiliserR?. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 A.2Ret les statistiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 A.3Ret les graphiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 A.4 L'interface graphique deR(GUI). . . . . . . . . . . . . . . 5 A.5 Mes premiers pas enR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 A.5.1 Utilisation deRCommander. . . . . . . . . . . . . . 6A.5.1.1 Lancement deRCommander. . . . . . . . . 6
A.5.1.2 Manipulation de donnees avecRCommander8
A.5.1.3 Quelques manipulations statistiques avecRCom- mander. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 A.5.1.4 Rajouter des fonctionnalites a l'interface deRCommander. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
A.5.2 UtiliserRvia la console. . . . . . . . . . . . . . . . 20 A.5.2.1 La force deRillustree sur un exemple. . . 21A.5.2.2 Un survol de la syntaxe deRvia des com-
mandes a taper . . . . . . . . . . . . . . . . . 25B Quelques jeux de donn
´ees et probl´ematiques31
B.1 Indice de masse corporelle (IMC) chez des enfants . . . . . 31B.2 Poids de naissance
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 B.3 Epaisseur de l'intima-media. . . . . . . . . . . . . . . . . . 33B.4 Alimentation chez des personnes ^agees
. . . . . . . . . . . . 34 xvi Le logicielRB.5 Etude cas temoins sur l'infarctus du myocarde. . . . . . . 35 B.6 Tableau resumant l'utilisation des jeux de donnees . . . . . 36I Les bases du logiciel R
3 71 Les concepts de base, l"organisation des donn
´ees39
1.1 Votre premiere session
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391.1.1Rest une calculatrice. . . . . . . . . . . . . . . . . 40
1.1.2 Achage des resultats et redirection dans des variables
411.1.3 Strategie de travail
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 431.1.4 Utilisation de fonctions
. . . . . . . . . . . . . . . . 471.2 Les donnees dansR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
1.2.1 Nature (ou type, ou mode) des donnees
. . . . . . . 501.2.1.1 Type numerique (numeric). . . . . . . . . 50
1.2.1.2yType complexe (complex). . . . . . . . . 51
1.2.1.3 Type booleen ou logique (logical). . . . 52
1.2.1.4 Donnees manquantes (NA). . . . . . . . . 52
1.2.1.5 Type cha^nes de caracteres (character). 53
1.2.1.6yDonnees brutes (raw). . . . . . . . . . . . 54
Recapitulatif
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541.2.2 Structures de donnees
. . . . . . . . . . . . . . . . . 551.2.2.1 Les vecteurs (vector). . . . . . . . . . . . 55
1.2.2.2 Les matrices (matrix), les tableaux (arrays)56
1.2.2.3 Les listes (list). . . . . . . . . . . . . . . 58
1.2.2.4 Le tableau individusvariables (data.frame)59
1.2.2.5 Les facteurs (factor) et les variables ordi-
nales (ordered). . . . . . . . . . . . . . . . 601.2.2.6 Les dates
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621.2.2.7 Les series temporelles
. . . . . . . . . . . . 62Recapitulatif
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63Termes a retenir
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Exercices
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Fiche de TP
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 652 Importation-exportation et production de donn
´ees67
2.1 Importer des donnees
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672.1.1 Importer des donnees depuis un chier texte ASCII
672.1.1.1 Lecture de donnees avecread.table(). . 68
2.1.1.2 Lecture de donnees avecread.ftable(). 71
2.1.1.3 Lecture de donnees avec la fonctionscan()72
2.1.2 Importer des donnees depuis Excel ou le tableur d'Open-
Oce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 732.1.2.1 Utiliser le copier-coller
. . . . . . . . . . . 73Sommaire xvii
2.1.2.2 Passer par un chier ASCII intermediaire
. 742.1.2.3 Utiliser despackagesspecialises. . . . . . 74
2.1.3 Importer des donnees depuis SPSS, Minitab, SAS ou
Matlab
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 752.1.4 Les gros chiers de donnees
. . . . . . . . . . . . . . 752.2 Exporter des donnees
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 772.2.1 Exporter des donnees vers un chier texte ASCII
. . 772.2.2 Exporter des donnees vers Excel ou OpenOce Calc
772.3 Creation de donnees
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 772.3.1 Entrer des donnees jouets
. . . . . . . . . . . . . . . 772.3.2 Generer des donnees pseudo-aleatoires
. . . . . . . . 792.3.3 Entrer des donnees issues d'un support papier
. . . 792.4yLecture/ecriture dans les bases de donnees. . . . . . . . . 81
2.4.1 Creer une base de donnees et une table
. . . . . . . 812.4.2 Creer une source de donnees compatible avec MySQL
822.4.3Ecrire dans une table. . . . . . . . . . . . . . . . . 83
2.4.4 Lire dans une table
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 84Termes a retenir
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Exercices
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Fiche de TP
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863 Manipulation de donn
´ees, fonctions91
3.1 Operations sur les vecteurs, matrices et listes
. . . . . . . . 913.1.1 Arithmetique vectorielle
. . . . . . . . . . . . . . . . 913.1.2 Le recyclage
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 923.1.3 Fonctions basiques
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 933.1.4 Operations sur les matrices ou lesdata.frames. . . 94
3.1.4.1 Informations sur l'architecture
. . . . . . . 943.1.4.2 Fusion de tables
. . . . . . . . . . . . . . . 953.1.4.3 La fonctionapply(). . . . . . . . . . . . 99
3.1.4.4 La fonctionsweep(). . . . . . . . . . . . 100
3.1.4.5 La fonctionstack(). . . . . . . . . . . . 100
3.1.4.6 La fonctionaggregate(). . . . . . . . . . 101
3.1.4.7 La fonctiontransform(). . . . . . . . . . 102
3.1.5 Operations sur les listes
. . . . . . . . . . . . . . . . 1023.2 Operations logiques et relationnelles
. . . . . . . . . . . . . 1033.3 Operations ensemblistes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1053.4 Extraction et insertion d'elements
. . . . . . . . . . . . . . 1063.4.1 Extraction/Insertion dans les vecteurs
. . . . . . . . 1063.4.2 Extraction/Insertion dans les matrices
. . . . . . . . 1083.4.3 Extraction/Insertion dans lesarrays. . . . . . . . . 112
3.4.4 Extraction/Insertion dans les listes
. . . . . . . . . . 1133.5 Manipulation de cha^nes de caracteres
. . . . . . . . . . . . 116 xviii Le logicielR3.6 Manipulation de dates et d'unites de temps. . . . . . . . . 1193.6.1 Achage de la date courante
. . . . . . . . . . . . . 1193.6.2 Extraction de dates
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1193.6.3 Operations sur des dates
. . . . . . . . . . . . . . . 1213.7 Structures de contr^ole
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1233.7.1 Instructions de condition
. . . . . . . . . . . . . . . 1243.7.2 Instructions de boucles
. . . . . . . . . . . . . . . . 1273.8 Creation de fonctions
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1293.9yRepresentation des nombres a virgule xe,
ottante. . . . 1363.9.1 Representation d'un nombre a l'aide d'une base
. . 1373.9.2 Representation a virgule
ottante . . . . . . . . . . 1383.9.2.1 Denitions
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1383.9.2.2 Limite de cette representation due a la man-
tisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1393.9.2.3Eviter certaines chausse-trappes numeriques140
3.9.2.4 Limite de cette representation due a l'expo-
sant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142Termes a retenir
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145Exercices
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145Fiche de TP
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1474Ret sa documentation153
4.1 Aide integree au logicielR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
4.1.1 La commandehelp(). . . . . . . . . . . . . . . . . 153
4.1.2 Quelques commandes complementaires
. . . . . . . 1554.2yAide accessible sur l'Internet. . . . . . . . . . . . . . . . . 157
4.2.1 Moteurs de recherche
. . . . . . . . . . . . . . . . . 1584.2.2 Forums de discussion
. . . . . . . . . . . . . . . . . 1584.2.3 Listes de diusion (mailing lists). . . . . . . . . . . 158
4.2.4 Discussion relayee par l'Internet (IRC)
. . . . . . . 1594.2.5Wiki. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
4.3yLitterature surR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
4.3.1 Sur le web
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1594.3.2 En format papier
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160Termes a retenir
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161Exercices
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161Fiche de TP
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1615 Techniques pour tracer des courbes et des graphiques163
5.1 Les fen^etres graphiques
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1635.1.1 Fen^etre graphique de base, manipulation, sauvegarde
1635.1.2 Decoupage de la fen^etre graphique :layout(). . . 165
5.2 Les fonctions de trace de bas niveau
. . . . . . . . . . . . . 168Sommaire xix
5.2.1 Les fonctionsplot()etpoints(). . . . . . . . . . 168
5.2.2 Les fonctionssegments(),lines()etabline(). . 170
5.2.3 La fonctionarrows(). . . . . . . . . . . . . . . . . 172
5.2.4 La fonctionpolygon(). . . . . . . . . . . . . . . . 173
5.2.5 La fonctioncurve(). . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
5.2.6 La fonctionbox(). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
5.3 La gestion des couleurs
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1755.3.1 La fonctioncolors(). . . . . . . . . . . . . . . . . 175
5.3.2 Le codage hexadecimal des couleurs
. . . . . . . . . 1765.3.3 La fonctionimage(). . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
5.4 L'ajout de texte
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1815.4.1 La fonctiontext(). . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
5.4.2 La fonctionmtext(). . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
5.5 Titres, axes et legendes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1835.5.1 La fonctiontitle(). . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
5.5.2 La fonctionaxis(). . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
5.5.3 La fonctionlegend(). . . . . . . . . . . . . . . . . 186
5.6 L'interaction avec le graphique
. . . . . . . . . . . . . . . . 1875.6.1 La fonctionlocator(). . . . . . . . . . . . . . . . 187
5.6.2 La fonctionidentify(). . . . . . . . . . . . . . . . 188
5.7yLa gestion ne des parametres graphiques :par(). . . . . 188
5.8yGraphiques avances :rgl,latticeetggplot2. . . . . . . 200
Termes a retenir
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202Exercices
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202Fiche de TP
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2046 Programmation enR209
6.1 Preambule
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2096.2 Developper des fonctions
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2106.2.1 Mise en route rapide : declaration, creation et appel
de fonctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2106.2.2 Concepts de base sur les fonctions
. . . . . . . . . . 2116.2.2.1 Corps de fonction
. . . . . . . . . . . . . . 2116.2.2.2 Liste de parametres formels et eectifs
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