Rの線形回帰とグループ化
lm()関数を使用して、Rで線形回帰を実行します。私のデータは、年（22年）のフィールドと州（50州）のフィールドを持つ年次時系列です。最後にlm応答のベクトルが得られるように、各状態の回帰を当てはめたいと思います。各状態に対してforループを実行し、ループ内で回帰を実行し、各回帰の結果をベクトルに追加することを想像できます。しかし、それはあまりRに似ていません。 SASでは「by」ステートメントを実行し、SQLでは「group by」を実行します。これを行うRの方法は何ですか？
lme4パッケージを使用する1つの方法を次に示します。
library(lme4)
d <- data.frame(state=rep(c('NY', 'CA'), c(10, 10)),
year=rep(1:10, 2),
response=c(rnorm(10), rnorm(10)))
xyplot(response ~ year, groups=state, data=d, type='l')
fits <- lmList(response ~ year | state, data=d)
fits
#------------
Call: lmList(formula = response ~ year | state, data = d)
Coefficients:
(Intercept) year
CA -1.34420990 0.17139963
NY 0.00196176 -0.01852429
Degrees of freedom: 20 total; 16 residual
Residual standard error: 0.8201316
plyr パッケージを使用したアプローチは次のとおりです。
d <- data.frame(
state = rep(c('NY', 'CA'), 10),
year = rep(1:10, 2),
response= rnorm(20)
)
library(plyr)
# Break up d by state, then fit the specified model to each piece and
# return a list
models <- dlply(d, "state", function(df)
lm(response ~ year, data = df))
# Apply coef to each model and return a data frame
ldply(models, coef)
# Print the summary of each model
l_ply(models, summary, .print = TRUE)
2009年以降、dplyrがリリースされました。これは、実際にSASが行うことと非常に似ているこの種のグループ化を行う非常に素晴らしい方法を提供します。
library(dplyr)
d <- data.frame(state=rep(c('NY', 'CA'), c(10, 10)),
year=rep(1:10, 2),
response=c(rnorm(10), rnorm(10)))
fitted_models = d %>% group_by(state) %>% do(model = lm(response ~ year, data = .))
# Source: local data frame [2 x 2]
# Groups: <by row>
#
# state model
# (fctr) (chr)
# 1 CA <S3:lm>
# 2 NY <S3:lm>
fitted_models$model
# [[1]]
#
# Call:
# lm(formula = response ~ year, data = .)
#
# Coefficients:
# (Intercept) year
# -0.06354 0.02677
#
#
# [[2]]
#
# Call:
# lm(formula = response ~ year, data = .)
#
# Coefficients:
# (Intercept) year
# -0.35136 0.09385
係数とRsquared/p.valueを取得するには、broomパッケージを使用できます。このパッケージは以下を提供します。
3つのS3ジェネリック：整頓。回帰の係数など、モデルの統計的知見を要約します。拡張、予測、残差、クラスター割り当てなどの元のデータに列を追加します。一目で、モデルレベルの統計の1行の概要を提供します。
library(broom)
fitted_models %>% tidy(model)
# Source: local data frame [4 x 6]
# Groups: state [2]
#
# state term estimate std.error statistic p.value
# (fctr) (chr) (dbl) (dbl) (dbl) (dbl)
# 1 CA (Intercept) -0.06354035 0.83863054 -0.0757668 0.9414651
# 2 CA year 0.02677048 0.13515755 0.1980687 0.8479318
# 3 NY (Intercept) -0.35135766 0.60100314 -0.5846187 0.5749166
# 4 NY year 0.09385309 0.09686043 0.9689519 0.3609470
fitted_models %>% glance(model)
# Source: local data frame [2 x 12]
# Groups: state [2]
#
# state r.squared adj.r.squared sigma statistic p.value df
# (fctr) (dbl) (dbl) (dbl) (dbl) (dbl) (int)
# 1 CA 0.004879969 -0.119510035 1.2276294 0.0392312 0.8479318 2
# 2 NY 0.105032068 -0.006838924 0.8797785 0.9388678 0.3609470 2
# Variables not shown: logLik (dbl), AIC (dbl), BIC (dbl), deviance (dbl),
# df.residual (int)
fitted_models %>% augment(model)
# Source: local data frame [20 x 10]
# Groups: state [2]
#
# state response year .fitted .se.fit .resid .hat
# (fctr) (dbl) (int) (dbl) (dbl) (dbl) (dbl)
# 1 CA 0.4547765 1 -0.036769875 0.7215439 0.4915464 0.3454545
# 2 CA 0.1217003 2 -0.009999399 0.6119518 0.1316997 0.2484848
# 3 CA -0.6153836 3 0.016771076 0.5146646 -0.6321546 0.1757576
# 4 CA -0.9978060 4 0.043541551 0.4379605 -1.0413476 0.1272727
# 5 CA 2.1385614 5 0.070312027 0.3940486 2.0682494 0.1030303
# 6 CA -0.3924598 6 0.097082502 0.3940486 -0.4895423 0.1030303
# 7 CA -0.5918738 7 0.123852977 0.4379605 -0.7157268 0.1272727
# 8 CA 0.4671346 8 0.150623453 0.5146646 0.3165112 0.1757576
# 9 CA -1.4958726 9 0.177393928 0.6119518 -1.6732666 0.2484848
# 10 CA 1.7481956 10 0.204164404 0.7215439 1.5440312 0.3454545
# 11 NY -0.6285230 1 -0.257504572 0.5170932 -0.3710185 0.3454545
# 12 NY 1.0566099 2 -0.163651479 0.4385542 1.2202614 0.2484848
# 13 NY -0.5274693 3 -0.069798386 0.3688335 -0.4576709 0.1757576
# 14 NY 0.6097983 4 0.024054706 0.3138637 0.5857436 0.1272727
# 15 NY -1.5511940 5 0.117907799 0.2823942 -1.6691018 0.1030303
# 16 NY 0.7440243 6 0.211760892 0.2823942 0.5322634 0.1030303
# 17 NY 0.1054719 7 0.305613984 0.3138637 -0.2001421 0.1272727
# 18 NY 0.7513057 8 0.399467077 0.3688335 0.3518387 0.1757576
# 19 NY -0.1271655 9 0.493320170 0.4385542 -0.6204857 0.2484848
# 20 NY 1.2154852 10 0.587173262 0.5170932 0.6283119 0.3454545
# Variables not shown: .sigma (dbl), .cooksd (dbl), .std.resid (dbl)
私の意見では、混合線形モデルはこの種のデータに対するより良いアプローチです。固定された以下のコードは、全体的な傾向に影響を与えます。ランダム効果は、個々の状態のトレンドがグローバルトレンドとどのように異なるかを示します。相関構造では、一時的な自己相関が考慮されます。 Pinheiro＆Bates（SおよびS-Plusの混合エフェクトモデル）をご覧ください。
library(nlme)
lme(response ~ year, random = ~year|state, correlation = corAR1(~year))
_data.table_を使用した素敵なソリューションが@ZachによるCrossValidatedに here に投稿されました。回帰係数r ^ 2も繰り返し取得できることを付け加えます。
_## make fake data
library(data.table)
set.seed(1)
dat <- data.table(x=runif(100), y=runif(100), grp=rep(1:2,50))
##calculate the regression coefficient r^2
dat[,summary(lm(y~x))$r.squared,by=grp]
grp V1
1: 1 0.01465726
2: 2 0.02256595
_summary(lm)からの他のすべての出力と同様に：
_dat[,list(r2=summary(lm(y~x))$r.squared , f=summary(lm(y~x))$fstatistic[1] ),by=grp]
grp r2 f
1: 1 0.01465726 0.714014
2: 2 0.02256595 1.108173
_## make fake data
ngroups <- 2
group <- 1:ngroups
nobs <- 100
dta <- data.frame(group=rep(group,each=nobs),y=rnorm(nobs*ngroups),x=runif(nobs*ngroups))
head(dta)
#--------------------
group y x
1 1 0.6482007 0.5429575
2 1 -0.4637118 0.7052843
3 1 -0.5129840 0.7312955
4 1 -0.6612649 0.9028034
5 1 -0.5197448 0.1661308
6 1 0.4240346 0.8944253
#------------
## function to extract the results of one model
foo <- function(z) {
## coef and se in a data frame
mr <- data.frame(coef(summary(lm(y~x,data=z))))
## put row names (predictors/indep variables)
mr$predictor <- rownames(mr)
mr
}
## see that it works
foo(subset(dta,group==1))
#=========
Estimate Std..Error t.value Pr...t.. predictor
(Intercept) 0.2176477 0.1919140 1.134090 0.2595235 (Intercept)
x -0.3669890 0.3321875 -1.104765 0.2719666 x
#----------
## one option: use command by
res <- by(dta,dta$group,foo)
res
#=========
dta$group: 1
Estimate Std..Error t.value Pr...t.. predictor
(Intercept) 0.2176477 0.1919140 1.134090 0.2595235 (Intercept)
x -0.3669890 0.3321875 -1.104765 0.2719666 x
------------------------------------------------------------
dta$group: 2
Estimate Std..Error t.value Pr...t.. predictor
(Intercept) -0.04039422 0.1682335 -0.2401081 0.8107480 (Intercept)
x 0.06286456 0.3020321 0.2081387 0.8355526 x
## using package plyr is better
library(plyr)
res <- ddply(dta,"group",foo)
res
#----------
group Estimate Std..Error t.value Pr...t.. predictor
1 1 0.21764767 0.1919140 1.1340897 0.2595235 (Intercept)
2 1 -0.36698898 0.3321875 -1.1047647 0.2719666 x
3 2 -0.04039422 0.1682335 -0.2401081 0.8107480 (Intercept)
4 2 0.06286456 0.3020321 0.2081387 0.8355526 x
私の答えは少し遅れましたが、同様の機能を探していました。 Rの 'by'組み込み関数もグループ化を簡単に行えるようです：
？byには、グループごとに適合し、sapplyで係数を抽出する次の例が含まれています。
require(stats)
## now suppose we want to extract the coefficients by group
tmp <- with(warpbreaks,
by(warpbreaks, tension,
function(x) lm(breaks ~ wool, data = x)))
sapply(tmp, coef)
この問題にpurrr::mapアプローチを追加する価値があると思います。
library(tidyverse)
d <- data.frame(state=rep(c('NY', 'CA'), c(10, 10)),
year=rep(1:10, 2),
response=c(rnorm(10), rnorm(10)))
d %>%
group_by(state) %>%
nest() %>%
mutate(model = map(data, ~lm(response ~ year, data = .)))
これらの結果でbroomパッケージを使用するためのさらなるアイデアについては、@ Paul Hiemstraの答えを参照してください。
上記のlm()関数は簡単な例です。ところで、データベースには次の形式のような列があると思います。
年の状態var1 var2 y ...
私の観点では、次のコードを使用できます。
require(base)
library(base)
attach(data) # data = your data base
#state is your label for the states column
modell<-by(data, data$state, function(data) lm(y~I(1/var1)+I(1/var2)))
summary(modell)
問題は、ループ内で変更された数式を使用して回帰関数を呼び出す方法に関するもののようです。
ダイヤモンドデータセットを使用してそれを行う方法は次のとおりです。
attach(ggplot2::diamonds)
strCols = names(ggplot2::diamonds)
formula <- list(); model <- list()
for (i in 1:1) {
formula[[i]] = paste0(strCols[7], " ~ ", strCols[7+i])
model[[i]] = glm(formula[[i]])
#then you can plot the results or anything else ...
png(filename = sprintf("diamonds_price=glm(%s).png", strCols[7+i]))
par(mfrow = c(2, 2))
plot(model[[i]])
dev.off()
}