R语言笔记5：控制结构

R语言基础系列前情提要：

1数据类型（向量、数组、矩阵、列表和数据框）
2读写数据所需的主要函数、与外部环境交互
3数据筛选——提取对象的子集
4：向量、矩阵的数学运算

Control Structures in R

R语言中控制结构可以用来控制程序的执行流程

常见控制结构的命令：

if and else: 测试逻辑条件
for: 用于执行固定次数的循环
while: 用于在某个条件成立时执行循环
repeat: 执行无限循环
break: 终止并跳出循环
next: 跳过循环中的当前迭代
return: 从函数中退出

If-else

如果条件成立，程序就做某件事

否则（另一种条件下）。程序做另一件事

if(<condition>) {## do something
}
else {## do something else
}

Else不是必须的，如果只需要在某条件成立时执行某个任务，那么只要使用if语句就可以了

if(<condition>) {## do something
}
## Continue with rest of code

如果条件不止一个/不止两个的时候，可以添加一个/多个 elseif语句，但最后必须以 else结尾：

if(<condition1>) {## do something
} else if(<condition2>)  {## do something different
} else {## do something different
}

取随机数字举例，y的取值随x的取值而定：

## Generate a uniform random number
x <- runif(1, 0, 10)
x
if(x > 3) {y <- 10
} else {y <- 0
}

上面的代码也可以写成下面的形式，先给变量y赋值，这种写法的好处是更加明确的看出整个if结构是在给y赋值：

y <- if(x > 3) {10
} else { 0
}

For 循环（For loop）

for循环是R中最常见的循环运算符，基本思路是先要设定一个循环下标，通常命名为 i，循环下标通常会代表一个整数数列中的每一个数字，或列表中的每一个对象等等。

最简单的例子如下，运行后将依次输出1-10这十个整数：

for(i in 1:10) {print(i)
}

依次打印x中的每一个元素，运行后就会依次输出 "a", "b", "c", "d"四个字符对象：

第一种方法是将循环向量和向量x的长度相对应：

x <- c("a", "b", "c", "d")
for (i in 1:4) {print(x[i])
}

第二个方法，使用 seq_along()函数，即，输入一个向量，之后它就会创造一个与该向量等长的整数数列。因此上面的例子可以改写成，在我们不知道x的向量长度时，可以使用这种写法：

x <- c("a", "b", "c", "d")
for (i in seq_along(x)) {print(x[i])
}

第三个方法，下标变量 letter，这个变量的本意就是一个下标，会从向量本身取值，它可以从任意向量中提取元素，因此可以写成：

x <- c("a", "b", "c", "d")
for (letters in x) {print(letters)
}

ps. 如果你的for循环表达式只有一行，那么可以省略掉大括号 {}，直接写道 for的后面：

for (letters in x) print(letters)

嵌套for循环（Nested for loop)

把一个for循环放到另一个for循环的里面。

比如，有一个二维矩阵，你想先做一个行循环，再做一个列循环，这时就需要做一个嵌套for结构才能打印出所有矩阵中的元素。

我们设置 i为外层循环下标， j为内层循环下标：

> x <- matrix(1:6, 2, 3)
> x[,1] [,2] [,3]
[1,]    1    3    5
[2,]    2    4    6
> for (i in seq_len(nrow(x))) {
+ for (j in seq_len(ncol(x))) {
+ print(x[i,j])
+ }
+ }
[1] 1
[1] 3
[1] 5
[1] 2
[1] 4
[1] 6

While 循环

While循环有一个逻辑表达式，循环是按照这个逻辑表达式的值来反复运行的。

举个栗子，

设定一个计数标量 count，初始值为0，当技术变量的值小于10（逻辑表达式）时，运行输出变量 count就在之前的基础上 +1，一旦 count的值达到10，循环停止

count <- 0
while(count < 10) {print(count)count <- count + 1
}

注意：你需要确保逻辑循环表达式的值是可以达到终止状态的，否则就会无穷无尽的循环下去。

使用逻辑运算符

再举个栗子，设计一个小型随机游走的程序：

首先赋值z=5，然后运行while循环，当z处于3~10中间时，进入循环，循环中抛硬币，硬币是随机数1和0.5，在嵌入if循环，z的值会根据硬币取值变化而变化，结束时间不定。

z <- 5
while (z >= 3 && z <= 10) {coin <- rbinom(1, 1, 0.5)if(coin == 1) {  ## random walkz <- z + 1} else {z <- z - 1}
}

repeat循环

这是一个无限循环结构，退出的方法是 break（在某个点强制退出）。

比如，当你想计算两个值何时达到无限接近，需要通过算法不断循环，直到逼近你设置的容差（允许范围）

x0 <- 1
tol <- 1e-8
repeat {x1 <- computeEstimate()if(abs(x1 - x0) < tol) {  ## Close enough?break} else {x0 <- x1}
}

（这里的 computeEstimate()是需要事先设定的，如果这有这段这个代码的话跑不通）

注意，repeat循环风险很大，因为没硬性规定何时退出，有可能运行时间非常长，所以不建议直接使用

break函数

break用来完全退出循环

for(i in 1:100) {print(i)if(i > 20) {## Stop loop after 20 iterationsbreak  }
}

next和return函数

next和 return函数是一种控制结构。

next可用在任何一种循环中，跳过某一段循环。例如，在1-100的迭代循环中，想要跳过前20个，可以用这种方式：

for(i in 1:100) {if(i <= 20) {## Skip the first 20 iterationsnext                 }## Do something here
}

return主要用于退出函数，它会结束整个函数并且返回一个数值。

最后，Peng提到，这些控制结构最好用于编写程序的过程中，而在命令行和交互作用来说有其他的循环函数，如apply()等一系列函数，这些在这里暂且不提，以后会讲到。

参考资料：

https://bookdown.org/rdpeng/rprogdatascience/R Programming for Data Science
《R语言实战》 Robert I. Kabacoff

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