Introduzione a R

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#.title[Introduzione a R]

#.subtitle[Primi passi con R]

###.location[ARCA - @DPSS]

###.author[Filippo Gambarota]

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# Primi passi con R

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# Installazione

Per l'installazione trovate le indicazioni nella sezione [Installare R e RStudio](https://psicostat.github.io/Introduction2R/install.html) del libro. In generale i passaggi sono:

- scaricare R e installare **R** per il vostro sistema operativo
- scaricare e installare **RStudio**

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# Come si presenta R

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# Console

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# RStudio

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# Questions?

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# I primi passi in R

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# R come calcolatrice

In R è possibile effettuare tutte le [operazioni matematiche](https://psicostat.github.io/Introduction2R/first-comands.html#math-operators) e algebriche dalle più semplici alle più avanzate

<div style="border: 1px solid #ddd; padding: 0px; overflow-y: scroll; height:400px; overflow-x: scroll; width:1000px; "><table class="table table-striped table-hover table-condensed table-responsive" style="color: black; margin-left: auto; margin-right: auto;">
 <thead>
  <tr>
   <th style="text-align:left;position: sticky; top:0; background-color: #FFFFFF;"> Funzione </th>
   <th style="text-align:left;position: sticky; top:0; background-color: #FFFFFF;"> Nome </th>
   <th style="text-align:left;position: sticky; top:0; background-color: #FFFFFF;"> Esempio </th>
  </tr>
 </thead>
<tbody>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> x + y </td>
   <td style="text-align:left;"> Addizione </td>
   <td style="text-align:left;"> &gt; 5 + 3 &lt;br /&gt;[1] 8 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> x - y </td>
   <td style="text-align:left;"> Sottrazione </td>
   <td style="text-align:left;"> &gt; 7 - 2 &lt;br /&gt;[1] 5 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> x * y </td>
   <td style="text-align:left;"> Moltiplicazione </td>
   <td style="text-align:left;"> &gt; 4 * 3 &lt;br /&gt;[1] 12 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> x / y </td>
   <td style="text-align:left;"> Divisione </td>
   <td style="text-align:left;"> &gt; 8 / 3 &lt;br /&gt;[1] 2.666667 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> x %% y </td>
   <td style="text-align:left;"> Resto della divisione </td>
   <td style="text-align:left;"> &gt; 7 %% 5 &lt;br /&gt;[1] 2 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> x %/% y </td>
   <td style="text-align:left;"> Divisione intera </td>
   <td style="text-align:left;"> &gt; 7 %/% 5 &lt;br /&gt;[1] 1 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> x ^ y </td>
   <td style="text-align:left;"> Potenza </td>
   <td style="text-align:left;"> &gt; 3 ^ 3 &lt;br /&gt;[1] 27 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> abs(x) </td>
   <td style="text-align:left;"> Valore assoluto </td>
   <td style="text-align:left;"> &gt; abs(3-5^2) &lt;br /&gt;[1] 22 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> sign(x) </td>
   <td style="text-align:left;"> Segno di un'espressione </td>
   <td style="text-align:left;"> &gt; sign(-8) &lt;br /&gt;[1] -1 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> sqrt(x) </td>
   <td style="text-align:left;"> Radice quadrata </td>
   <td style="text-align:left;"> &gt; sqrt(25) &lt;br /&gt;[1] 5 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> log(x) </td>
   <td style="text-align:left;"> Logaritmo naturale </td>
   <td style="text-align:left;"> &gt; log(10) &lt;br /&gt;[1] 2.302585 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> exp(x) </td>
   <td style="text-align:left;"> Esponenziale </td>
   <td style="text-align:left;"> &gt; exp(1) &lt;br /&gt;[1] 2.718282 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> sin(x)&lt;br /&gt;cos(x)&lt;br /&gt;tan(x)&lt;br /&gt;asin(x)&lt;br /&gt;acos(x)&lt;br /&gt;atan(x) </td>
   <td style="text-align:left;"> Funzioni trigonometriche </td>
   <td style="text-align:left;"> &gt;sin(pi/2) &lt;br /&gt;[1]1 &lt;br /&gt;&gt;cos(pi/2) &lt;br /&gt;[1]6.123234e-17 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> factorial(x) </td>
   <td style="text-align:left;"> Fattoriale </td>
   <td style="text-align:left;"> &gt; factorial(6) &lt;br /&gt;[1] 720 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> choose(n, k) </td>
   <td style="text-align:left;"> Coefficiente binomiale </td>
   <td style="text-align:left;"> &gt; choose(5,3) &lt;br /&gt;[1] 10 </td>
  </tr>
</tbody>
</table></div>

---
# Operatori matematici

- Importante considerare l'**ordine delle operazioni** analogo alle regole della matematica: `2 x 3 + 1` prima `2 x 3` e poi `+ 1`. Analogalmente in R:

```r
# Senza parentesi

2 * 3 + 1
```

```
## [1] 7
```

```r
# Con le parentesi

(2 * 3) + 1
```

```
## [1] 7
```

```r
# Con le parentesi forzando un ordine diverso

2 * (3 + 1)
```

```
## [1] 8
```

---
# Operatori relazionali

Gli operatori relazionali sono molto utili dentro le **funzioni**, per **selezionare elementi dalle strutture dati** (vedremo più avanti) e in generale per **controllare** alcune sezioni del nostro codice:

.pull-left[

```r
3 > 4
```

```
## [1] FALSE
```

```r
3 >= 3
```

```
## [1] TRUE
```

```r
10 < 100
```

```
## [1] TRUE
```

]

.pull-right[

```r
40 == 40
```

```
## [1] TRUE
```

```r
10 != 50
```

```
## [1] TRUE
```

]

---
# Operatori logici

Gli operatori logici permettono di **combinare espressioni relazionali** e ottenere sempre un valore `TRUE` o `FALSE`:

```r
3 > 4 & 10 < 100
```

```
## [1] FALSE
```

```r
10 < 100 | 50 > 2
```

```
## [1] TRUE
```

```r
!5 > 4
```

```
## [1] FALSE
```

---
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# R e gli oggetti

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# R e gli oggetti

> “Everything that exists in R is an object” - John Chambers

Il concetto di **oggetto** è fondamentale in R. Essenzialmente tutto quello che possiamo creare o utilizzare in R come un numero, un vettore, dei caratteri o delle funzioni sono creati come oggetti.

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# R e le funzioni

> “Everything that happen in R is a function call” - John Chambers

Anche il concetto di **funzione** è fondamentale in R. Essenzialmente tutto quello che facciamo è chiamare **funzioni** su oggetti ottenendo un nuovo oggetto o modificando un oggetto esistente

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# Cosa possiamo usare/creare in R?

- **Numeri**: 100, 20, 6, 5.6 sono tutti numeri intepretati e trattati come tali
- **Stringhe**: "ciao", "1" sono *caratteri* che vengono intepretati letteralmente devono essere dichiarati con `""`
- **Nomi**: ciao, x sono nomi (senza virgolette) e sono utilizzati per essere associati ad un oggetto (variabile, funzione, etc.)
    - **operatori**: sono delle funzioni (e quindi oggetti con un nome associato) che si utilizzano in modo particolare. `3 + 4` in questo caso `+` è un operatore (funzione) che si può usare anche come `+`(3, 4)

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# R e gli oggetti

- Come creare un oggetto?
- Oggetti e nomi
- Dove viene creato l'oggetto?
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# Come creare un oggetto?

La creazione di un oggetto avviene tramite il comando `<-` oppure `=` in questo modo: `nome <- oggetto`:

```r
x
```

```
## Error in eval(expr, envir, enclos): object 'x' not found
```

```r
10 # questo non è un oggetto, non è salvato
```

```
## [1] 10
```

```r
x <- 10 # ora il valore numerico 10 è associato al nome "x"

x
```

```
## [1] 10
```

---
# Convenzioni vs regole

Ci sono alcune cose da considerare quando si scrive codice ed in particolare si creano oggetti:

- **alcune modalità sono errate** --> R ci fornisce un messaggio di errore
- **alcune modalità sono sconsigliate** --> funziona tutto ma ci potrebbero essere problemi
- **alcune modalità sono stilisticamente errate** --> funziona tutto, nessun problema ma... anche l'occhio vuole la sua parte

---
# Oggetti e nomi

Il nome di un oggetto è importante sia per l'utente che per il software stesso:

```r

1 <- 10 # errore

_ciao <- 10 # errore

mean <- 10 # possibile ma pericoloso

`1` <- 10 # con i backticks si può usare qualsiasi nome ma poco pratico
```

```
## Error: <text>:4:2: unexpected symbol
## 3: 
## 4: _ciao
##     ^
```

```r
my_obj <- 10

my.obj <- 10

My_obj <- 10 # attenzione a maiuscole e minuscole
```

---
# Oggetti e nomi (proibiti)

In R ci sono anche dei nomi non solo sconsigliati ma proprio **proibiti** che nonostante siano sintatticamente corretti, non possono essere usati (per ovvie ragioni):

.pull-left[

```r

mean <- 10 # ok ma sconsigliato

function <- 10
```

```
## Error: <text>:4:10: unexpected assignment
## 3: 
## 4: function <-
##             ^
```

]

.pull-right[

```r
TRUE <- 4
```

```
## Error in TRUE <- 4: invalid (do_set) left-hand side to assignment
```

```r
T <- 2 # attenzione
```

]

---
# Dove viene creato l'oggetto?

Di default gli oggetti sono creati nel **global environment** accessibile con `ls()` o visibile in R Studio con anche alcune informazioni aggiuntive:

---
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# Non solo numeri (anticipazione)

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# Non solo numeri (anticipazione)

In R possiamo usare oltre ai numeri (in senso matematico) anche le **stringhe** ovvero parole, lettere intepretate così come sono:

```r
"ciao" # stringa formata da 5 caratteri
```

```
## [1] "ciao"
```

```r
x <- "ciao" # associo la stringa ad un oggetto

x + 1 # operazioni matematiche con stringhe (ha senso?)
```

```
## Error in x + 1: non-numeric argument to binary operator
```

```r
x == "ciao"
```

```
## [1] TRUE
```

```r
x > 10
```

```
## [1] TRUE
```

---
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# Funzioni

---
# Funzioni

Le funzioni sono un argomento relativamente complesso ed avanzato. Lo tratteremo più avanti nella sezione [Funzioni](https://arca-dpss.github.io/course-R/slides/4_programmazione/4_programmazione.html#6) del capitolo Programmazione in R. Siccome le usiamo fin da subito è importante avere chiari alcuni aspetti:

- Funzioni come oggetti
- Argomenti obbligatori, opzionali e default
- Ordine degli argomenti
- Documentazione

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# Funzioni come oggetti

Abbiamo già visto che ogni cosa in R è un oggetto. Anche le funzioni seppur molto diverse da altri elementi sono creati e trattati in R come oggetti:

```r
myfun <- function(x) {
  return(x + 3)
}

ls()
```

```
##  [1] "file"           "math_operators" "my_obj"         "My_obj"        
##  [5] "my.obj"         "myfun"          "names_function" "pdf"           
##  [9] "T"              "x"
```

Possiamo crearle, eliminarle o sovrascriverle come un normale oggetto. Vedremo più avanti come crearle ma tenete in considerazione che tutte le funzioni che usiamo sono create come oggetti e salvati nell'ambiente (quando facciamo `library()` sono rese disponibili)

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# Argomenti

Gli argomenti delle funzioni sono quelli che da *utenti* dobbiamo conoscere ed impostare nel modo corretto per fare in modo che la funzioni faccia quello per cui è stata pensata. Vediamo l'`help` della funzione `mean()`

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# Argomenti

- `x` è un oggetto (ovviamente 😄). [...] "currently there are methods for numeric/logical vectors...". Quindi `x` deve essere numerico o logico. Ha senso fare la media di caratteri? 🤔
- `trim`
- `na.rm`

Per impostare questi argomenti ci sono 2 regole:

- l'ordine non conta SE DEFINISCO NOME DELL'ARGOMENTO con `x = vettore`, `na.rm = TRUE`, etc.
- l'ordine conta SE NON DEFINISCO IL NOME DELL'ARGOMENTO. Posso quindi omettere `argomento = valore` ma devo rispettare l'ordine con cui è stata scritta la funzione

---
# Argomenti

In questo caso proviamo ad usare la funzione `mean()`:

```r
myvec <- rnorm(100, 10, 5)
mean(myvec) # x definito, trim non definito, na.rm non definito
```

```
## [1] 9.348336
```

```r
mean(myvec, trim = 0.10) # x definito, trim definito, na.rm non definito
```

```
## [1] 9.254736
```

```r
mean(myvec, na.rm = TRUE) # x definito trim non definito, na.rm definito
```

```
## [1] 9.348336
```

```r
mean(myvec, TRUE) # cosa succede?
```

```
## Error in mean.default(myvec, TRUE): 'trim' must be numeric of length one
```

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# Formula Syntax (extra, but useful)

- In R vedrete spesso l'utilizzo dell'operatore `~` per fare grafici, statistiche descrittive, modelli lineari etc. L'utilizzo di `y ~ x` permette di creare del codice R che non viene eseguito subito ma può essere eseguito successivamente in un ambiente specifico.
- è l'unico caso dove nomi non assegnati possono essere utilizzati senza errori
- questo tipo di programmazione si chiama **non-standard evaluation** perchè appunto non funziona come il solito codice R

```r
y # y non esiste e quindi ho un errore
```

```
## Error in eval(expr, envir, enclos): object 'y' not found
```

```r
y ~ x # usando ~ non ho errori perchè il codice non viene eseguito
```

```
## y ~ x
## <environment: 0x5d40c61beed8>
```

```r
`~`(y, x) # l'operatore ~ non è altro che una funzione come quelle che abbiamo visto fino ad ora 
```

```
## y ~ x
## <environment: 0x5d40c61beed8>
```

---
# Formula Syntax (extra, but useful)

Le formule vengono utilizzate in tantissimi contesti.

Per fare modelli di regressione

```r
# un modello linare -> dipendente ~ indipendenti
lm(y ~ x1 + x2)
```

Per fare aggregare un dataset

```r
# per aggregare un dataset (vedremo più avanti :) )
aggregate(y ~ x, data = data, FUN = mean)
```

Per fare grafici

```r
# per fare grafici
boxplot(y ~ x, data = data)
```

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# Formula Syntax (extra, but useful)

In generale, ogni volta che usate delle variabili *unquoted* (senza virgolette) e queste non sono dichiarate nell'ambiente, state probabilmente usando la **non-standard evaluation** e c'è una formula da qualche parte 😄. Per approfondire:

<div class="figure" style="text-align: center">
<img src="data:image/png;base64,#img/advancedR.jpg" alt="&lt;a href=&quot;https://adv-r.hadley.nz/metaprogramming.html&quot;&gt;Capitolo Metaprogramming&lt;/a&gt;" width="20%" />
<p class="caption"><a href="https://adv-r.hadley.nz/metaprogramming.html">Capitolo Metaprogramming</a></p>
</div>

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# Ambiente di lavoro ⚙️

---
# Ambiente di lavoro ⚙️

- Environment

- Working directory

- Packages

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# Environment

Il **working environment** è la vostra *scrivania* quando lavorate in R. Contiene tutti gli oggetti (variabili) creati durante la sessione di lavoro.

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# Working Directory

La working directory è la posizione (cartella) sul vostro PC dove R sta lavorando e nella quale R si aspetta di trovare i vostri file, se non specificato altrimenti

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# Packages

In R è possibile installare e caricare pacchetti aggiuntivi che non fanno altro che rendere disponibili librerie di funzioni create da altri utenti. Per utilizzare un pacchetto:

- Installare il pacchetto con `install.packages("nomepacchetto")`
- Caricare il pacchetto con `library(nomepacchetto)`
- Accedere ad una funzione senza caricare il pachetto `nomepacchetto::nomefunzione()`. Utile se serve solo una funzione o ci sono conflitti

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# Packages

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# Come lavorare in R

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# Scrivere e organizzare script

- Lo script è un file di testo dove il codice viene salvato e puo essere lanciato in successione
- Nello script è possibile combinare **codice** e **commenti**

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# R Projects

Gli `R projects` sono una feature implementata in R Studio per organizzare una cartella di lavoro

- permettono di impostare la **working directory** in automatico
- permettono di usare **relative path** invece che **absolute path**
- rendono più **riproducibile** e **trasportabile** il progetto
- permettono un **veloce accesso** ad un determinato progetto

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# R Projects

Per capire meglio il funzionamento degli R `R projects` e di come sono organizzati i file ho fatto un video che può chiarire la questione:

---
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# Come risolvere i problemi ~~nella vita~~ in R

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# Come risolvere i problemi ~~nella vita~~ in R

.pull-left[

In R gli errori sono:

- inevitabili
- parte del codice stesso
- educativi

Resta solo da capire come affrontarli

]

.pull-right[

]

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# R ed errori

Ci sono diversi livelli di **allerta** quando scriviamo codice:

- **messaggi**: la funzione ci restituisce qualcosa che è utile sapere, ma tutto liscio
- **warnings**: la funzione ci informa di qualcosa di *potenzialmente* problematico, ma (circa) tutto liscio
- **error**: la funzione non solo ci informa di un **errore** ma le operazioni richieste non sono state eseguite

Ne vedremo e vedrete molti usando R 😄

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# Come risolvere un errore?

.pull-left[

- capire il messaggio
- leggere la documentazione della funzione
- cercare il messaggio su Google
- chiedere aiuto nei forum dedicati

]

.pull-right[

]

---
# Come risolvere un errore?

- Ogni funzione ha una pagina di documentazione accessibile con `?nomefunzione`, `??nomefunzione` oppure `help(nomefunzione)`
- Possiamo cercare anche la documentazione del pacchetto
- Possiamo cercare su Google il nome della funzione o l'eventuale messaggio che riceviamo

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# Stack overflow

[**Stack overflow**](https://stackoverflow.com/) è un forum di discussione riguardo qualsiasi cosa coinvolga codice (statistica, programmazione, etc.). E' pieno di errori comuni, *How to do ...* e di risposte/soluzioni estremamente utili. Nel 90% dei casi il problema che avete è comune ed è già presente una soluzione.

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# Se non trovo una soluzione?

Se non trovo una soluzione posso chiedere. Fare una domanda riguardo un errore o un problema di codice non è semplice come sembra. Le fonti dell'errore possono essere molteplici (il mio specifico computer, un pacchetto che ho installato, il codice sorgente etc.). Ecco una guida per chiedere in modo efficace:

<div class="figure" style="text-align: center">
<img src="data:image/png;base64,#img/stackoverflow-question.png" alt="&lt;a href=&quot;https://stackoverflow.com/help/how-to-ask&quot;&gt;https://stackoverflow.com/help/how-to-ask&lt;/a&gt;" width="80%" />
<p class="caption"><a href="https://stackoverflow.com/help/how-to-ask">https://stackoverflow.com/help/how-to-ask</a></p>
</div>