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`tidyverse` 长表、宽表的处理

news 2025/7/21 9:58:35

1. 整洁数据（Tidy Data）的核心概念

整洁数据的基本原则是：

每个变量是一列。
每个观测是一行。
每个值是一个单元格。

这种数据格式非常适合数据分析和可视化，因为大多数数据分析工具（如 dplyr 和 ggplot2）都是基于这种格式设计的。

2. `pivot_longer()`：将宽数据转换为长数据

pivot_longer() 函数用于将宽数据（wide data）转换为长数据（long data）。宽数据的特点是变量分布在多列中，而长数据的特点是变量集中在少数几列中。

基本语法

pivot_longer(data,cols,names_to,values_to,values_drop_na = FALSE,names_sep = NULL,names_pattern = NULL
)

data：要转换的数据框。
cols：需要转换的列。
names_to：列名对应的变量名。
values_to：单元格值对应的变量名。
values_drop_na：是否删除缺失值。
names_sep 或 names_pattern：用于处理复杂列名，将列名拆分为多个变量。

示例

假设我们有一个宽数据集 billboard，其中列名包含变量信息：

billboard <- data.frame(artist = c("Adele", "Beyonce"),song = c("Hello", "Formation"),week1 = c(100, 200),week2 = c(150, 250),week3 = c(120, 220)
)

使用 pivot_longer() 将其转换为长数据：

library(tidyr)billboard_long <- billboard %>%pivot_longer(cols = week1:week3,          # 指定需要转换的列names_to = "week",           # 列名对应的变量名values_to = "sales"          # 单元格值对应的变量名)print(billboard_long)

输出结果：

# A tibble: 6 × 4artist song  week  sales<chr>  <chr> <chr> <dbl>
1 Adele  Hello week1   100
2 Adele  Hello week2   150
3 Adele  Hello week3   120
4 Beyonce Formation week1   200
5 Beyonce Formation week2   250
6 Beyonce Formation week3   220

3. `pivot_wider()`：将长数据转换为宽数据

pivot_wider() 函数用于将长数据（long data）转换为宽数据（wide data）。长数据的特点是变量集中在少数几列中，而宽数据的特点是变量分布在多列中。

基本语法

pivot_wider(data,names_from,values_from,id_cols = NULL
)

data：要转换的数据框。
names_from：列名的来源列。
values_from：值的来源列。
id_cols：唯一标识行的列。

示例

假设我们有一个长数据集 cms_patient_experience，其中每个组织的测量结果分布在多行中：

cms_patient_experience <- data.frame(organization = c("Org1", "Org1", "Org2", "Org2"),measure = c("Quality", "Safety", "Quality", "Safety"),score = c(80, 90, 85, 95)
)

使用 pivot_wider() 将其转换为宽数据：

cms_patient_experience_wide <- cms_patient_experience %>%pivot_wider(names_from = measure,  # 列名的来源列values_from = score,  # 值的来源列id_cols = organization  # 唯一标识行的列)print(cms_patient_experience_wide)

输出结果：

# A tibble: 2 × 3organization Quality Safety<chr>         <dbl>  <dbl>
1 Org1             80     90
2 Org2             85     95

好的，我来详细解释一下第4部分的内容，特别是如何处理复杂列名，以及如何使用 pivot_longer() 函数中的 names_to、names_sep 和 names_pattern 参数。

第4部分：处理复杂列名

1. 问题背景

在实际数据中，列名可能包含多个变量的信息。例如，列名可能是“变量名_变量值1_变量值2”的形式。这种情况下，我们需要将这些列名拆分为多个变量，以便更好地进行数据分析。

2. 示例数据集

假设我们有一个数据集 who2，列名中包含诊断方法、性别和年龄范围等信息：

who2 <- data.frame(country = c("Country1", "Country2"),diag1_male_0_14 = c(10, 20),diag1_female_0_14 = c(15, 25),diag2_male_15_24 = c(30, 40),diag2_female_15_24 = c(35, 45)
)

在这个数据集中：

diag1_male_0_14 表示诊断方法为 diag1，性别为 male，年龄范围为 0_14 的数据。
diag1_female_0_14 表示诊断方法为 diag1，性别为 female，年龄范围为 0_14 的数据。
以此类推。

3. 目标

我们需要将这些列名拆分为多个变量，以便将数据转换为长格式（long format）。具体来说，我们需要将列名中的信息提取出来，形成以下几列：

diag：诊断方法
gender：性别
age_range：年龄范围
value：对应的值

4. 使用 `pivot_longer()` 函数

pivot_longer() 函数可以将宽数据转换为长数据。我们可以通过 names_to 参数指定新的列名，通过 names_sep 或 names_pattern 参数来拆分列名。

参数说明

cols：指定需要转换的列。
names_to：指定列名对应的变量名。
- 如果列名中包含多个变量信息，可以使用 names_to = c("变量1", "变量2", ...)。
- 如果列名中包含变量名和变量值，可以使用 .value 作为特殊占位符。
names_sep：用于拆分列名的分隔符。
names_pattern：用于拆分列名的正则表达式。

示例代码

library(tidyr)who2_long <- who2 %>%pivot_longer(cols = -country,  # 排除 country 列names_to = c(".value", "gender", "age_range"),  # 使用 .value 提取变量名和变量值names_pattern = "(\\w+)_(\\w+)_(\\d+)_?(\\d+)?")print(who2_long)

5. 参数解释

cols = -country：表示排除 country 列，只对其他列进行操作。
names_to = c(".value", "gender", "age_range")：
- .value 是一个特殊占位符，表示列名中变量名的部分（如 diag1、diag2）。
- gender 和 age_range 是我们希望提取的其他变量信息。
names_pattern = "(\\w+)_(\\w+)_(\\d+)_?(\\d+)?"：
- 这是一个正则表达式，用于匹配列名的结构。
- (\\w+) 匹配一个或多个字母或数字，对应 diag1、diag2。
- (\\w+) 匹配性别部分，如 male、female。
- (\\d+)_?(\\d+)? 匹配年龄范围，如 0_14、15_24。

6. 输出结果

# A tibble: 8 × 5country diag       gender age_range value<chr>   <chr>      <chr>  <chr>     <dbl>
1 Country1 diag1      male   0_14        10
2 Country1 diag1     female 0_14        15
3 Country1 diag2      male   15_24       30
4 Country1 diag2     female 15_24       35
5 Country2 diag1      male   0_14        20
6 Country2 diag1     female 0_14        25
7 Country2 diag2      male   15_24       40
8 Country2 diag2     female 15_24       45