R 기술통계 함수 mean(), median(), range(), sd(), var(), min(), max(), IQR(), diff(), length(), rank()

통계는 크게 표본의 (a) 도수 분포와 중심화 경향, 그리고 퍼짐 정도를 측정하여 집단의 특성에 대해서 기술하는 기술통계(descriptive statistics)와, (b) 기술통계량을 가지고 모집단의 parameter 값 (모평균, 모분산 등)을 추정하고 가설을 검증하는 추정통계(inferential statistics)로 구분할 수 있습니다.

 

이번 포스팅에서는 R에서 벡터를 대상으로 사용할 수 있는 기술 통계 관련 함수에 대해서 알아보겠습니다.

 

R 기술통계 함수

 

-- 분포 및 중심화 경향 --

 

(1) 평균 : mean(x)

 

> x <- c(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) > mean(x) [1] 5.5

 

 

(2) 중앙값 : median(x)

 

> x <- c(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) > median(x) [1] 5.5 > y <- c(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) > median(y) [1] 5

 

벡터 x가 홀수개이면 정 가운데 값을 중앙값을 가져오지만, 위의 case와 같이 x가 짝수개 이면 정가운데의 양쪽 두개의 값을 가져다가 평균을 내서 중앙값을 계산합니다.

 

 

(3) 최소값 : min(x)

 

> min(x) [1] 1 > min(y) [1] 1

 

 

which.min(my_vec) 은 최소값이 있는 위치의 index 를 반환합니다. NA가 포함되어 있는 vector의 경우 min(my_vec) 이 NA를 반환한데 반해서 (NA에 대한 전처리 필요), my_vec[wich.min(my_vec)] 처럼 최소값을 ndexing을 해오면 '-12'를 반환했습니다.

 

> my_vec <- c(-5, 3, 10, 3, -12, NA) > my_vec [1] -5 3 10 3 -12 NA > > min(my_vec) [1] NA > > which.min(my_vec) # index of min value in 'my_vec' vector [1] 5 > > my_vec[which.min(my_vec)] [1] -12

 

 

 

(4) 최대값 : max(x)

 

> max(x) [1] 10 > max(y)

 

> my_vec <- c(-5, 3, 10, 3, -12, NA) > my_vec [1] -5 3 10 3 -12 NA > > max(my_vec) [1] NA > > which.max(my_vec) # index of max value in 'my_vec' vector [1] 3 > > my_vec[which.max(my_vec)] [1] 10

 

 

 

(5) 범위 : range(x)

 

> range(x) [1] 1 10 > range(y) [1] 1 9

 

 

(6) IQR(Inter-Quartile Range) : IQR(x)

 

> IQR(x) [1] 4.5 > IQR(y) [1] 4

 

 

(7) 중심화 경향 및 분포 요약 : summary(x)

 

> summary(x) Min. 1st Qu. Median Mean 3rd Qu. Max. 1.00 3.25 5.50 5.50 7.75 10.00

 

숫자형 벡터의 경우 summary() 함수가 위의 1번에서 6번까지 함수를 한번에 처리할 수 있는 유용한 함수가 되겠습니다.

 

 

-- 퍼짐 정도 --

 

(8) 분산 : var(x)

 

> var(x) [1] 9.166667 > var(y) [1] 7.5

 

 

(9) 표준편차 : sd(x)

 

> sd(x); sd(y) [1] 3.02765 [1] 2.738613

 

참고) 세미콜론 ';' 을 사용하면 같은 줄에 R 명령어를 연속으로 해서 쓸 수 있습니다

 

 

-- 확률분포의 비대칭 정도 --

 

(10) 왜도

 

> install.packages("fBasics") # 왜도, 첨도 분석 가능한 package 설치 > library(fBasics) # package 호출 > hist(mtcars$mpg)             > skewness(mtcars$mpg) [1] 0.610655 attr(,"method") [1] "moment"

 

 

R에 왜도와 첨도를 위한 함수가 내장되어 있지 않기 때문에 별도 패키지(fBasics)를 설치해야 합니다.

자동차 정보가 들어있는 mtcars 데이터 프레임의 연비에 대해서 히스토그램을 그려보니 평균보다 왼쪽으로 치우쳐 있고 오른쪽으로 꼬리가 긴 분포를 띠고 있네요. 그러면 왜도(skewness) 가 '0'보다 크게 나타납니다. (공식이 평균에서 관측치를 뺀 값을 3제곱 하기 때문이예요) 위 예에서는 왜도가 0.61로 '0'보다 크게 나왔지요. 정규분포의 평균과 일치하면 왜도는 '0'이 되고, 반대로 평균보다 오른쪽으로 값이 치우쳐 있고 왼쪽으로 꼬리가 길면 왜도는 '0'보다 작은 값이 나옵니다.

 

 

(11) 첨도

 

> kurtosis(mtcars$mpg) [1] -0.372766 attr(,"method") [1] "excess"

 

관측값이 정규분포보다 뾰쪽한가 아닌가를 가늠하는 쳑도가 첨도입니다. '3'보다 크면 정규분포보다 더 뾰족한 모양이고, '3'보다 작으면 정규분포보다 덜 뾰족한 모양이라고 해석하면 되겠습니다. (패키지에 따라서는 '3'을 빼서 '0'으로 표준화해서 값을 제시하기도 합니다)

 

 

-- 기타 함수 --

 

(12) 합 : sum(x)

 

> sum(x) [1] 55 > sum(y) [1] 45

 

 

(13) n차 차분 : diff(x, lag=n)

 

> diff(x, lag=1) [1] 1 1 1 1 1 1 1 1 1 > diff(x, lag=2) [1] 2 2 2 2 2 2 2 2 > diff(x, lag=3) [1] 3 3 3 3 3 3 3

 

관측값에서 직전 관측값을 뺀 차분을 구하는 함수입니다. 시계열분석할 때 정상화하기 위해서 차분을 이용하는데요, 시차(lag)를 분석 목적에 따라 또 데이터 특성에 따라서 입력해주면 됩니다. 디폴트는 lag=1 이 되겠습니다.

 

 

(14) 길이, 관측값 개수 : length()

 

> # 벡터에 length() 사용 시 > length(x) [1] 10 > length(y) [1] 9  > > # 데이터 프레임에 length()사용 시 > length(mtcars) [1] 11 > > # 데이터 프레임의 특정 변수에 length($) 사용 시 > length(mtcars$mpg) [1] 32

 

벡터에서 length()는 관측값 개수를 계산해서 보여줍니다.

데이터 프레임에서는 column 개수를 나타내주고요, 데이터 프레임의 특정 변수를 지정하면 그 특정 변수의 관측값의 개수를 세서 보여줍니다.

 

 

(15) 순위 : rank()

 

> rank(x) [1] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > > rank(-x) [1] 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 > > mtcars$mpg [1] 21.0 21.0 22.8 21.4 18.7 18.1 14.3 24.4 22.8 19.2 17.8 16.4 17.3 15.2 10.4 10.4 14.7 32.4 30.4 33.9 21.5 15.5 [23] 15.2 13.3 19.2 27.3 26.0 30.4 15.8 19.7 15.0 21.4 > > rank(mtcars$mpg, + na.last = TRUE, + ties.method = c("max")) [1] 20 20 25 22 15 14 4 26 25 17 13 11 12 8 2 2 5 31 30 32 23 9 8 3 17 28 27 30 10 18 6 22   > ##----------------------- > ## rank() {base package} > ##----------------------- > > # if there are no ties(i.e., equal values), no problem at all > x <- c(1, 5, 9, 7) > rank(x) [1] 1 2 4 3 > > > # if there are ties, ties can be handled in several ways > y <- c(1, 1, 1, 5, 9, 7) > > # returns average, default setting > rank(y) [1] 2 2 2 4 6 5 > rank(y, ties.method = c("average")) [1] 2 2 2 4 6 5 > > # first occurrence wins > rank(y, ties.method = c("first")) [1] 1 2 3 4 6 5 > > # ties broken at random > rank(y, ties.method = c("random")) [1] 3 2 1 4 6 5 > > rank(y, ties.method = c("random")) # ...random one more time [1] 1 3 2 4 6 5 > > rank(y, ties.method = c("random")) # ...random...again [1] 1 2 3 4 6 5 > > # rank by max value as used classically > rank(y, ties.method = c("max")) [1] 3 3 3 4 6 5 > > # rank by min value as in Sports > rank(y, ties.method = c("min")) [1] 1 1 1 4 6 5

 

rank는 순위대로 정렬해주는게 아니라 순위의 색인을 나타내줍니다.

디폴트는 작은 값부터 1을 부여해주고, 큰 것 부터 1을 부여하려면 '-'를 붙여주면 됩니다.

 

동일한 값(Ties, i.e, equal values)이 있을 경우 rank() 함수는 "average" (default), "first", "random", "max", "min" 등의 옵션을 제공합니다.

 

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