【译文】如何在R语言中使用SQL命令
2016-03-28 17:25
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【译文】如何在R语言中使用SQL命令
作者 Fisseha Berhane对于有SQL背景的R语言学习者而言,sqldf是一个非常有用的包,因为它使我们能在R中使用SQL命令。只要掌握了基本的SQL技术,我们就能利用它们在R中操作数据框。关于sqldf包的更多信息,可以参看cran。
在这篇文章中,我们将展示如何在R中利用SQL命令来连接、检索、排序和筛选数据。我们也将展示怎么利用R语言的函数来实现这些功能。最近我在处理一些FDA(译者注:食品及药物管理局)的不良事件数据。这些数据非常混乱:有缺失值,有重复记录,有不同时间建立的数据集的可比性问题,不同数据集中变量名称和数量也不统一(比如一个数据集里叫sex,另一个里叫gender),还有疏忽错误等问题。但正因如此,这些数据对于数据科学家或者爱好者而言到是理想的练手对象。
本文使用的FDA不良事件数据可以从公开渠道获得,csv格式的数据表可以从国家经济研究局下载。通过R从国家经济研究局的网站下载数据相对更容易,我建议你使用相应的R代码来下载并探索数据。
不良事件数据集是以季度为发布周期,每个季度的数据包括了人口信息、药物/生物信息、不良事件详情,结果和诊断情况等信息。
让我们下载数据并使用SQL命令来连接、排序和筛选该数据集中包含的大量数据框。
加载R包
require(downloader) library(dplyr) library(sqldf) library(data.table) library(ggplot2) library(compare) library(plotrix)
基本的错误处理函数tryCatch()
我们将使用这个函数来处理下载的数据。因为数据以季度频率发布,每年都会有四个观测值(每年有四条记录)。运行这个函数能自动下载数据,但如果某些季度数据从网上无法获取(尚未公布),该函数会返回一条错误信息表示无法找到数据集。现在让我们下载数据的压缩包并将其解压。try.error = function(url) { try_error = tryCatch(download(url,dest="data.zip"), error=function(e) 4000 e) if (!inherits(try_error, "error")){ download(url,dest="data.zip") unzip ("data.zip") } else if (inherits(try_error, "error")){ cat(url,"not found\n") } }
下载不良事件数据
我们可以得到自2004年起的FDA不良事件数据。本文将使用2013年以来公布的数据,我们将检查截至当前时间的最新数据并下载。Sys.time() 函数会返回当前的日期和时间。
data.table包中的year()函数会从之前返回的当前时间中提取年份信息。
我们将下载人口、药物、诊断/指示,结果和反应(不良事件)数据。
year_start=2013 year_last=year(Sys.time()) for (i in year_start:year_last){ j=c(1:4) for (m in j){ url1<-paste0("http://www.nber.org/fda/faers/",i,"/demo",i,"q",m,".csv.zip") url2<-paste0("http://www.nber.org/fda/faers/",i,"/drug",i,"q",m,".csv.zip") url3<-paste0("http://www.nber.org/fda/faers/",i,"/reac",i,"q",m,".csv.zip") url4<-paste0("http://www.nber.org/fda/faers/",i,"/outc",i,"q",m,".csv.zip") url5<-paste0("http://www.nber.org/fda/faers/",i,"/indi",i,"q",m,".csv.zip") try.error(url1) try.error(url2) try.error(url3) try.error(url4) try.error(url5) } } http://www.nber.org/fda/faers/2015/demo2015q4.csv.zip not found ... http://www.nber.org/fda/faers/2016/indi2016q4.csv.zip not found
根据上面的错误信息,截至成文时间(2016年3月13日),我们最多可以获得2015年第三季度的不良事件数据。
list.files()函数会字符串向量的形式返回当前工作目录下所有文件的名字。
我会使用正则表达式对各个数据集的类别进行筛选。比如^demo.*.csv表示所有名字以demo开头的csv文件。
filenames <- list.files(pattern="^demo.*.csv", full.names=TRUE) cat('We have downloaded the following quarterly demography datasets') filenames
我们已经下载了下列季度人口数据
"./demo2012q1.csv" "./demo2012q2.csv" "./demo2012q3.csv" "./demo2012q4.csv" "./demo2013q1.csv" "./demo2013q2.csv" "./demo2013q3.csv" "./demo2013q4.csv" "./demo2014q1.csv" "./demo2014q2.csv" "./demo2014q3.csv" "./demo2014q4.csv" "./demo2015q1.csv" "./demo2015q2.csv" "./demo2015q3.csv"
让我们用data.table包中的fread()函数来读入这些数据集,以人口数据为例:
demo=lapply(filenames,fread)
接着让我们把它们转换数据结构并合并成一个数据框:
demo_all=do.call(rbind,lapply(1:length(demo),function(i) select(as.data.frame(demo[i]),primaryid,caseid, age,age_cod,event_dt,sex,reporter_country))) dim(demo_all) 3554979 7
我们看到人口数据有超过350万行观测(记录)。
译者注:下面的内容都是重复这个流程,可以略过
现在让我们合并所有的药品数据
filenames <- list.files(pattern="^drug.*.csv", full.names=TRUE) cat('We have downloaded the following quarterly drug datasets:\n') filenames drug=lapply(filenames,fread) cat('\n') cat('Variable names:\n') names(drug[[1]]) drug_all=do.call(rbind,lapply(1:length(drug), function(i) select(as.data.frame(drug[i]),primaryid,caseid, drug_seq,drugname,route)))
我们已经下载了下列季度药品数据集
"./drug2012q1.csv" "./drug2012q2.csv" "./drug2012q3.csv" "./drug2012q4.csv" "./drug2013q1.csv" "./drug2013q2.csv" "./drug2013q3.csv" "./drug2013q4.csv" "./drug2014q1.csv" "./drug2014q2.csv" "./drug2014q3.csv" "./drug2014q4.csv" "./drug2015q1.csv" "./drug2015q2.csv" "./drug2015q3.csv"
每张表中的变量名分别为:
"primaryid" "drug_seq" "role_cod" "drugname" "val_vbm" "route" "dose_vbm" "dechal" "rechal" "lot_num" "exp_dt" "exp_dt_num" "nda_num"
合并所有的诊断/指示数据集
filenames <- list.files(pattern="^indi.*.csv", full.names=TRUE) cat('We have downloaded the following quarterly diagnoses/indications datasets:\n') filenames indi=lapply(filenames,fread) cat('\n') cat('Variable names:\n') names(indi[[15]]) indi_all=do.call(rbind,lapply(1:length(indi), function(i) select(as.data.frame(indi[i]),primaryid,caseid, indi_drug_seq,indi_pt)))
已经下载的数据集为:
"./indi2012q1.csv" "./indi2012q2.csv" "./indi2012q3.csv" "./indi2012q4.csv" "./indi2013q1.csv" "./indi2013q2.csv" "./indi2013q3.csv" "./indi2013q4.csv" "./indi2014q1.csv" "./indi2014q2.csv" "./indi2014q3.csv" "./indi2014q4.csv" "./indi2015q1.csv" "./indi2015q2.csv" "./indi2015q3.csv"
变量名为:
"primaryid" "caseid" "indi_drug_seq" "indi_pt"
合并病人的结果数据:
filenames <- list.files(pattern="^outc.*.csv", full.names=TRUE) cat('We have downloaded the following quarterly patient outcome datasets:\n') filenames outc_all=lapply(filenames,fread) cat('\n') cat('Variable names\n') names(outc_all[[1]]) names(outc_all[[4]]) colnames(outc_all[[4]])=c("primaryid", "caseid", "outc_cod") outc_all=do.call(rbind,lapply(1:length(outc_all), function(i) select(as.data.frame(outc_all[i]),primaryid,outc_cod)))
下载的数据集如下:
"./outc2012q1.csv" "./outc2012q2.csv" "./outc2012q3.csv" "./outc2012q4.csv" "./outc2013q1.csv" "./outc2013q2.csv" "./outc2013q3.csv" "./outc2013q4.csv" "./outc2014q1.csv" "./outc2014q2.csv" "./outc2014q3.csv" "./outc2014q4.csv" "./outc2015q1.csv" "./outc2015q2.csv" "./outc2015q3.csv"
变量名:
"primaryid" "outc_cod" "primaryid" "caseid" "outc_code"
最后来合并反应(不良事件)数据集(译者注:这部分无聊地我要哭了)
filenames <- list.files(pattern="^reac.*.csv", full.names=TRUE) cat('We have downloaded the following quarterly reaction (adverse event) datasets:\n') filenames reac=lapply(filenames,fread) cat('\n') cat('Variable names:\n') names(reac[[3]]) reac_all=do.call(rbind,lapply(1:length(indi), function(i) select(as.data.frame(reac[i]),primaryid,pt)))
下载的数据集有:
"./reac2012q1.csv" "./reac2012q2.csv" "./reac2012q3.csv" "./reac2012q4.csv" "./reac2013q1.csv" "./reac2013q2.csv" "./reac2013q3.csv" "./reac2013q4.csv" "./reac2014q1.csv" "./reac2014q2.csv" "./reac2014q3.csv" "./reac2014q4.csv" "./reac2015q1.csv" "./reac2015q2.csv" "./reac2015q3.csv"
变量名为:
"primaryid" "pt"
让我们看看不同的数据类型各有多少行
all=as.data.frame(list(Demography=nrow(demo_all),Drug=nrow(drug_all), Indications=nrow(indi_all),Outcomes=nrow(outc_all), Reactions=nrow(reac_all))) row.names(all)='Number of rows' all
SQL命令
记住sqldf包使用SQLiteCOUNT
# SQL版本
sqldf("SELECT COUNT(primaryid)as 'Number of rows of Demography data'
FROM demo_all;")
# R版本
nrow(demo_all)
3554979
LIMIT命令(显示前几行)
# SQL版本 sqldf("SELECT * FROM demo_all LIMIT 6;")
# R版本 head(demo_all,6)
R1=head(demo_all,6) SQL1 =sqldf("SELECT * FROM demo_all LIMIT 6;") all.equal(R1,SQL1) TRUE
*译者注:这部分代码验证了SQL命令和R代码的等价性,下同。
WHERE命令
SQL2=sqldf("SELECT * FROM demo_all WHERE sex ='F';") R2 = filter(demo_all, sex=="F") identical(SQL2, R2) TRUE
SQL3=sqldf("SELECT * FROM demo_all WHERE age BETWEEN 20 AND 25;") R3 = filter(demo_all, age >= 20 & age <= 25) identical(SQL3, R3) TRUE
GROUP BY 和 ORDER BY
# SQL版本 sqldf("SELECT sex, COUNT(primaryid) as Total FROM demo_all WHERE sex IN ('F','M','NS','UNK') GROUP BY sex ORDER BY Total DESC ;")
# R版本 demo_all %>% filter(sex %in%c('F','M','NS','UNK')) %>% group_by(sex) %>% summarise(Total = n()) %>% arrange(desc(Total))
SQL3 = sqldf("SELECT sex, COUNT(primaryid) as Total FROM demo_all GROUP BY sex ORDER BY Total DESC ;") R3 = demo_all%>%group_by(sex) %>% summarise(Total = n())%>%arrange(desc(Total)) compare(SQL3,R3, allowAll=TRUE) TRUE dropped attributes
利用SQL命令进行数据清洗并绘制3D饼图
SQL=sqldf("SELECT sex, COUNT(primaryid) as Total FROM demo_all WHERE sex IN ('F','M','NS','UNK') GROUP BY sex ORDER BY Total DESC ;") SQL$Total=as.numeric(SQL$Total pie3D(SQL$Total, labels = SQL$sex,explode=0.1,col=rainbow(4), main="Pie Chart of adverse event reports by gender",cex.lab=0.5, cex.axis=0.5, cex.main=1,labelcex=1)
输出的图如下:
Inner Join
让我们把药品数据和指数数据基于主id和药品序列内连。首先,我们要检查下变量名,看看如何合并两个数据集。
names(indi_all) names(drug_all) "primaryid" "indi_drug_seq" "indi_pt" "primaryid" "drug_seq" "drugname" "route" names(indi_all)=c("primaryid", "drug_seq", "indi_pt" ) # 使两个数据集变量名一致 R4= merge(drug_all,indi_all, by = intersect(names(drug_all), names(indi_all))) # R版本合并 R4=arrange(R3, primaryid,drug_seq,drugname,indi_pt) # R版本排序 SQL4= sqldf("SELECT d.primaryid as primaryid, d.drug_seq as drug_seq, d.drugname as drugname, d.route as route,i.indi_pt as indi_pt FROM drug_all d INNER JOIN indi_all i ON d.primaryid= i.primaryid AND d.drug_seq=i.drug_seq ORDER BY primaryid,drug_seq,drugname, i.indi_pt") # SQL版本 compare(R4,SQL4,allowAll=TRUE) TRUE # 两种方法等价 R5 = merge(reac_all,outc_all,by=intersect(names(reac_all), names(outc_all))) SQL5 =reac_outc_new4=sqldf("SELECT r.*, o.outc_cod as outc_cod FROM reac_all r INNER JOIN outc_all o ON r.primaryid=o.primaryid ORDER BY r.primaryid,r.pt,o.outc_cod") compare(R5,SQL5,allowAll = TRUE) TRUE # 绘制不同性别的年龄概率分布密度图 ggplot(sqldf('SELECT age, sex FROM demo_all WHERE age between 0 AND 100 AND sex IN ("F","M") LIMIT 10000;'), aes(x=age, fill = sex))+ geom_density(alpha = 0.6)
绘制出的图如下:
ggplot(sqldf("SELECT d.age as age, o.outc_cod as outcome FROM demo_all d INNER JOIN outc_all o ON d.primaryid=o.primaryid WHERE d.age BETWEEN 20 AND 100 LIMIT 20000;"),aes(x=age, fill = outcome))+ geom_density(alpha = 0.6)
输出如下:
ggplot(sqldf("SELECT de.sex as sex, dr.route as route FROM demo_all de INNER JOIN drug_all dr ON de.primaryid=dr.primaryid WHERE de.sex IN ('M','F') AND dr.route IN ('ORAL','INTRAVENOUS','TOPICAL') LIMIT 200000;"),aes(x=route, fill = sex))+ geom_bar(alpha=0.6)
输出如下:
ggplot(sqldf("SELECT d.sex as sex, o.outc_cod as outcome FROM demo_all d INNER JOIN outc_all o ON d.primaryid=o.primaryid WHERE d.age BETWEEN 20 AND 100 AND sex IN ('F','M') LIMIT 20000;"),aes(x=outcome,fill=sex))+ geom_bar(alpha = 0.6)
输出如下(译者注:哥们儿挺住,你就快看完了!!!):
UNION ALL
demo1= demo_all[1:20000,] demo2=demo_all[20001:40000,] R6 <- rbind(demo1, demo2) SQL6 <- sqldf("SELECT * FROM demo1 UNION ALL SELECT * FROM demo2;") compare(R6,SQL6, allowAll = TRUE) TRUE
INTERSECT
R7 <- semi_join(demo1, demo2) SQL7 <- sqldf("SELECT * FROM demo1 INTERSECT SELECT * FROM demo2;") compare(R7,SQL7, allowAll = TRUE) TRUE
EXCEPT
R8 <- anti_join(demo1, demo2) SQL8 <- sqldf("SELECT * FROM demo1 EXCEPT SELECT * FROM demo2;") compare(R8,SQL8, allowAll = TRUE) TRUE
我们下篇文章再见!如果你有任何建议和意见,请在下方留言。
翻译感悟:这篇文章的作者不厌其烦地演示了利用如何sqldf包在R中实现大部分常用的SQL命令,并将其结果和直接调用相应的R函数的结果做了对照,证明了二者的等价性。我十分敬佩作者能走完这个及其枯燥的流程。但我不想再翻译第二篇这种风格的文章了。。。
注:原文刊载于datascience+网站
链接:http://datascienceplus.com/performing-sql-selects-on-r-data-frames/
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