[R] dplyr 패키지의 윈도우 함수 (3) Cumulative aggregates : cumall() 함수, cumany() 함수, cummean() 함수, (4) Recycled aggregates

지난번 포스팅에서는 R dplyr 패키지의 Window function 중에서 행 전체를 위로 올릴 때 사용하는 lead() 함수, 행 전체를 아래로 내릴 때 사용하는 lag() 함수에 대해서 알아보았습니다.

(☞ 바로 가기 : http://rfriend.tistory.com/242 )

(* 참고 : Window function : n개의 행을 input으로 받아서 n개의 행을 output으로 반환하는 함수)

 

이번에는 R dplyr 패키지의 Window funciton 에 대한 마지막 포스팅으로

 - (3) Cumulative aggregates : cumall() 함수, cumany() 함수, cummean() 함수와 

 - (4) Recycled aggrerates 에 대해서 소개하겠습니다.

 

 

[ Types of Window functions in {dplyr} package ]

 

 

 

예제로 사용할 데이터를 먼저 간단히 소개하고 나서 cumulative aggretages, recycled aggregates 함수로 넘어가겠습니다. 예제로 사용할 데이터는 MASS 패키지에 내장되어 있는 Cars93 데이터프레임의 차종(Type), 가격(Price) 변수입니다.

 

> ##------------------------------------------------ > ## R dplyr package > ## > window function - Cumulative aggregates > ## : cumany(), cumall(), cummean() > ##------------------------------------------------ > > # install.packages("dplyr") > library(dplyr) > library(MASS) > > str(Cars93) 'data.frame': 93 obs. of 27 variables: $ Manufacturer : Factor w/ 32 levels "Acura","Audi",..: 1 1 2 2 3 4 4 4 4 5 ... $ Model : Factor w/ 93 levels "100","190E","240",..: 49 56 9 1 6 24 54 74 73 35 ... $ Type : Factor w/ 6 levels "Compact","Large",..: 4 3 1 3 3 3 2 2 3 2 ... $ Min.Price : num 12.9 29.2 25.9 30.8 23.7 14.2 19.9 22.6 26.3 33 ... $ Price : num 15.9 33.9 29.1 37.7 30 15.7 20.8 23.7 26.3 34.7 ... $ Max.Price : num 18.8 38.7 32.3 44.6 36.2 17.3 21.7 24.9 26.3 36.3 ... $ MPG.city : int 25 18 20 19 22 22 19 16 19 16 ... $ MPG.highway : int 31 25 26 26 30 31 28 25 27 25 ... $ AirBags : Factor w/ 3 levels "Driver & Passenger",..: 3 1 2 1 2 2 2 2 2 2 ... $ DriveTrain : Factor w/ 3 levels "4WD","Front",..: 2 2 2 2 3 2 2 3 2 2 ... $ Cylinders : Factor w/ 6 levels "3","4","5","6",..: 2 4 4 4 2 2 4 4 4 5 ... $ EngineSize : num 1.8 3.2 2.8 2.8 3.5 2.2 3.8 5.7 3.8 4.9 ... $ Horsepower : int 140 200 172 172 208 110 170 180 170 200 ... $ RPM : int 6300 5500 5500 5500 5700 5200 4800 4000 4800 4100 ... $ Rev.per.mile : int 2890 2335 2280 2535 2545 2565 1570 1320 1690 1510 ... $ Man.trans.avail : Factor w/ 2 levels "No","Yes": 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 ... $ Fuel.tank.capacity: num 13.2 18 16.9 21.1 21.1 16.4 18 23 18.8 18 ... $ Passengers : int 5 5 5 6 4 6 6 6 5 6 ... $ Length : int 177 195 180 193 186 189 200 216 198 206 ... $ Wheelbase : int 102 115 102 106 109 105 111 116 108 114 ... $ Width : int 68 71 67 70 69 69 74 78 73 73 ... $ Turn.circle : int 37 38 37 37 39 41 42 45 41 43 ... $ Rear.seat.room : num 26.5 30 28 31 27 28 30.5 30.5 26.5 35 ... $ Luggage.room : int 11 15 14 17 13 16 17 21 14 18 ... $ Weight : int 2705 3560 3375 3405 3640 2880 3470 4105 3495 3620 ... $ Origin : Factor w/ 2 levels "USA","non-USA": 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 ... $ Make : Factor w/ 93 levels "Acura Integra",..: 1 2 4 3 5 6 7 9 8 10 ... > table(Cars93$Type) Compact Large Midsize Small Sporty Van 16 11 22 21 14 9

 

 

 

직관적으로 결과를 비교하기 편하도록 Cars93 데이터프레임에서 (a) 차종(Type), 가격(Price) 의 두개의 변수만 선별하고, (b) 차종(Tpye) 중에서 관측치 개수가 적은 'Large'와 'Van' 만 남긴 후에, (c) 차종(Type), 가격(Price) 를 기준으로 오름차순으로 정렬하여 "Cars93_1" 이라는 새로운 데이터프레임을 만들어 보겠습니다.

 

> # select 'Type', 'Price' variable from Cars93 dataframe > select <- dplyr::select # to avoid conflict select() function b/w dplyr and MASS > > Cars93_1 <- Cars93 %>% + select(Type, Price) %>% + filter(Type %in% c("Large", "Van")) %>% + arrange(Type, Price) > > Cars93_1 Type Price 1 Large 18.4 2 Large 18.8 3 Large 19.3 4 Large 20.7 5 Large 20.8 6 Large 20.9 7 Large 23.7 8 Large 24.4 9 Large 29.5 10 Large 34.7 11 Large 36.1 12 Van 16.3 13 Van 16.6 14 Van 19.0 15 Van 19.1 16 Van 19.1 17 Van 19.5 18 Van 19.7 19 Van 19.9 20 Van 22.7

 

 

 

간소화해서 새로 만든 Cars93_1 데이터프레임에서 차종(Type) 별로 최소(min) 가격, 평균(mean) 가격, 중앙값(median) 가격, 최대(max) 가격을 구해보겠습니다.

 

> # calculating min/mean/median/max Price by Type > Cars93_1 %>% + group_by(Type) %>% + summarise(n = n(), # number by Type + Price_min = min(Price, na.rm = T), + Price_mean = mean(Price, na.rm = T), + Price_median = median(Price, na.rm = T), + Price_max = max(Price, na.rm = T)) # A tibble: 2 x 6 Type n Price_min Price_mean Price_median Price_max <fctr> <int> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> 1 Large 11 18.4 24.3 20.9 36.1 2 Van 9 16.3 19.1 19.1 22.7

 

 

 

 

자, 이제 데이터셋 준비가 다 되었으니 본론으로 넘어가보겠습니다. 

 

함수에 대해서 말로 설명해놓기는 했습니다만, 잘 안 와닿을 것 같습니다.  예제를 보면서 각 함수가 어떤 기능을 하는지 찬찬히 살펴보시면 도움이 될거 같아요.  위의 요약통계량을 보니 가격 최소값 '18'을 조건으로 cumall()과 cumany()를 사용하면 "Large"와 "Van"이 서로 다른 결과를 반환하겠네요.

 

 

(1) Cumulative aggregates : cumall() 함수, cumany() 함수, cummean() 함수

 

(1-1) cumall () 함수 : 조건을 모두 만족(cumulative &&)하는 (그룹의) 전체 행 반환

 

> # cumall() > Cars93_1 %>% + group_by(Type) %>% + filter(cumall(Price > 18)) Source: local data frame [11 x 2] Groups: Type [1] Type Price <fctr> <dbl> 1 Large 18.4 2 Large 18.8 3 Large 19.3 4 Large 20.7 5 Large 20.8 6 Large 20.9 7 Large 23.7 8 Large 24.4 9 Large 29.5 10 Large 34.7 11 Large 36.1

 

 

 

좀더 이해하기 쉽도록 아래에 원래의 Cars93_1 데이터프레임과 차종(Type)별 cumall(Price > 18) 조건으로 선별(filtering)을 한 후의 결과를 비교해놓았습니다.  "Van" 차종의 경우 가격(Price)이 18 이하인 관측치(12번, 13번) 2개 존재하므로 cumall(Price > 18) 에서 제시한 "모든 관측치가 만족(%%)" 조건을 만족하지 않으므로 "모든 행이 제외"되었습니다.

 

 

 

 

(1-2) cumany() 함수 : 조건을 만족(cumulative ||)하는 (그룹 내) 행만 반환

 

> # cumany() > Cars93_1 %>% + group_by(Type) %>% + filter(cumany(Price > 18)) Source: local data frame [18 x 2] Groups: Type [2] Type Price <fctr> <dbl> 1 Large 18.4 2 Large 18.8 3 Large 19.3 4 Large 20.7 5 Large 20.8 6 Large 20.9 7 Large 23.7 8 Large 24.4 9 Large 29.5 10 Large 34.7 11 Large 36.1 12 Van 19.0 13 Van 19.1 14 Van 19.1 15 Van 19.5 16 Van 19.7 17 Van 19.9 18 Van 22.7

 

 

 

좀더 이해하기 쉽도록 아래에 원래의 Cars93_1 데이터프레임과 차종(Type)별 cumany(Price > 18) 조건으로 필터링한 결과를 비교해놓았습니다. 12번째, 13번째 행의 "Van" 차종의 관측치가 cumany(Price > 18) 조건을 만족하지 않으므로 제외되었습니다.

 

 

 

 

 

(1-3) cummean() 함수 : (그룹별로) 행을 하나씩 이동해가면서 누적으로 평균 반환

 

mutate() 함수와 함께 사용해서 새로운 cummean.Price 변수를 만들어보겠습니다.

 

> # cummean() > Cars93_1 %>% + group_by(Type) %>% + mutate(cummean.Price = cummean(Price)) Source: local data frame [20 x 3] Groups: Type [2] Type Price cummean.Price <fctr> <dbl> <dbl> 1 Large 18.4 18.40000 2 Large 18.8 18.60000 3 Large 19.3 18.83333 4 Large 20.7 19.30000 5 Large 20.8 19.60000 6 Large 20.9 19.81667 7 Large 23.7 20.37143 8 Large 24.4 20.87500 9 Large 29.5 21.83333 10 Large 34.7 23.12000 11 Large 36.1 24.30000 12 Van 16.3 16.30000 13 Van 16.6 16.45000 14 Van 19.0 17.30000 15 Van 19.1 17.75000 16 Van 19.1 18.02000 17 Van 19.5 18.26667 18 Van 19.7 18.47143 19 Van 19.9 18.65000 20 Van 22.7 19.10000

 

 

 

group_by(Type) 함수를 같이 써서 차종(Type)별로 행을 하나씩 아래로 내려가면서 그룹 내 첫 행부터 행당 행까지의 누적 관측치를 모두 사용해서 평균(cumulative mean)을 구했음을 알 수 있습니다. (말로 설명하려니 힘든데요, 말로 된 설명만 봐서는 무슨 말이지 좀 어렵지요? ^^;;;  아래 설명 그림 참고하세요)

 

 

 

 

Cumulative aggregates 소개는 마치고, 이제 Recycled aggregates로 넘아가보겠습니다.

평균이나 중앙값과 같이 (그룹별) 요약통계량을 생성한 후에, 이 요약통계량 벡터를 재활용(Recycling)해서 조건을 부여해 filtering 하는 방법을 아래에 소개합니다.  이름은 Recycled aggregates 라고 거창하게 붙이긴 했는데요, 아래의 예시를 보시면 뭐 별거 없습니다.

 

 

(2) Recycled aggregates      : group_by(factor) %>% filter(dataframe, x > mean(x)),      : group_by(factor) %>% filter(dataframe, x > median(x))

 

(2-1) group_by(factor) %>% filter(dataframe, x > mean(x))
       : 그룹별로 평균 값(mean)보다 큰 행(rows)만 선별

 

> ##------------------------------------------------ > ## R dplyr package > ## > window function - Recycled aggregates > ## : filter(dataframe, x > mean(x)) > ## : filter(dataframe, x > median(x)) > ##------------------------------------------------ > Cars93_1 %>% + group_by(Type) %>% + summarise(n = n(), # number by Type + Price_mean = mean(Price, na.rm = T), + Price_median = median(Price, na.rm = T)) # A tibble: 2 x 4 Type n Price_mean Price_median <fctr> <int> <dbl> <dbl> 1 Large 11 24.3 20.9 2 Van 9 19.1 19.1 > > > # filter(dataframe, x > mean(x)) > Cars93_1 %>% + group_by(Type) %>% + filter(Price > mean(Price)) Source: local data frame [8 x 2] Groups: Type [2] Type Price <fctr> <dbl> 1 Large 24.4 2 Large 29.5 3 Large 34.7 4 Large 36.1 5 Van 19.5 6 Van 19.7 7 Van 19.9 8 Van 22.7 >

 

 

 

 

 

(2-2) group_by(factor) %>% filter(dataframe, x > median(x))

      : 그룹별로 중앙값(median) 보다 큰 행(rows)만 선별

 

> # filter(dataframe, x > median(x)) > Cars93_1 %>% + group_by(Type) %>% + filter(Price > median(Price)) Source: local data frame [9 x 2] Groups: Type [2] Type Price <fctr> <dbl> 1 Large 23.7 2 Large 24.4 3 Large 29.5 4 Large 34.7 5 Large 36.1 6 Van 19.5 7 Van 19.7 8 Van 19.9 9 Van 22.7

 

 

많은 도움 되었기를 바랍니다.

 

 

참고로, {base} package에 기본으로 내장되어 있는 함수들인
 - 누적 합 (cumulative sums) : cumsum()
 - 누적 곱 (cumulative products) : cumprod()
 - 누적 최소값 (cumulative minima) : cummin()
 - 누적 최대값 (cumulative maxima) : cummax()

에 대해서는 여기( ☞ http://rfriend.tistory.com/231 )를 참고하세요.

 

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