R - 数组：初学者的強大數據結構指南

你好，有抱負的R語言編程者！我很興奮能成為你進入R語言世界數組領域的指導者。作為一個教了超過十年計算機科學的人，我可以向你保證，數組就像編程中的瑞士軍刀——多用途、強大，且絕對是必須掌握的。那麼，我們一起來深入了解一下吧！

什麼是數組？

在我們深入細節之前，讓我們先從基礎知識開始。想像你有一堆書。你可以把它們堆成一堆，但這樣會讓你難以找到特定的書。現在，想像一個有著多層書架和區域的書架。這就是R語言中數組的本質——一種結構化的存儲和組織數據的方式。

在R語言中，數組是一個多維數據結構，可以存放相同類型的數據。它就像一個超級版本的向量，能夠在多個維度中存儲數據。

示例：創建你的第一個數組

讓我們創建我們的第一個數組！我們將使用array()函數來完成這個操作。

my_first_array <- array(1:24, dim = c(4, 3, 2))
print(my_first_array)

當你運行這段代碼時，你會看到類似這樣的輸出：

, , 1

[,1] [,2] [,3]
[1,]    1    5    9
[2,]    2    6   10
[3,]    3    7   11
[4,]    4    8   12

, , 2

[,1] [,2] [,3]
[1,]   13   17   21
[2,]   14   18   22
[3,]   15   19   23
[4,]   16   20   24

剛才發生了什麼？我們創建了一個三維數組！把它想像成兩個4x3矩陣疊在一起。dim = c(4, 3, 2)部分告訴R創建一個有4行、3列和2個"層"或矩陣的數組。

為列和行命名

就像我們標記我們的書架以更容易找到書一樣，我們可以為我們數組的維度命名。這使得我們的數據更有意義，更容易操作。

# 創建一個帶有名稱維度的數組
student_scores <- array(
c(85, 90, 78, 92, 88, 76, 95, 87, 82),
dim = c(3, 3),
dimnames = list(
c("Alice", "Bob", "Charlie"),
c("數學", "科學", "英語")
)
)

print(student_scores)

輸出：

數學 科學 英語
Alice    85      88      95
Bob      90      76      87
Charlie  78      92      82

現在，我們的數組有了有意義的行和列名稱。這讓我們更容易理解，例如，Alice在數學上得了85分，英語上得了95分！

訪問數組元素

既然我們有了數組，我們如何從中獲取特定的信息呢？這就像知道在書櫥中的哪個書架和哪個區域查找特定的書。

# 訪問單個元素
print(student_scores["Alice", "數學"])  # 輸出：85

# 訪問整行
print(student_scores["Bob", ])  # 輸出：數學 90 科學 76 英語 87

# 訪問整列
print(student_scores[, "科學"])  # 輸出：Alice 88 Bob 76 Charlie 92

操作數組元素

數組不僅僅用於存儲數據——我們還可以改變它們！讓我們更新一些成績：

# 更新單個成績
student_scores["Charlie", "英語"] <- 89
print(student_scores["Charlie", "英語"])  # 輸出：89

# 更新整行
student_scores["Alice", ] <- c(91, 93, 97)
print(student_scores["Alice", ])  # 輸出：數學 91 科學 93 英語 97

跨數組元素計算

數組最强大的功能之一是能够在它们的元素上执行计算。让我们计算一些平均值：

# 計算每個學生的平均分
student_averages <- apply(student_scores, 1, mean)
print(student_averages)

# 計算每個科目的平均分
subject_averages <- apply(student_scores, 2, mean)
print(subject_averages)

apply()函數就像是數組的瑞士軍刀。第二個參數（1或2）告訴R是應用於行（1）還是列（2）。

數組方法

以下是一些在R中常用的數組方法：

方法	描述	示例
array()	創建數組	array(1:12, dim = c(3, 4))
dim()	獲取或設定數組維度	dim(my_array)
length()	獲取元素總數	length(my_array)
dimnames()	獲取或設定維度名稱	dimnames(my_array)
apply()	在數組邊界應用函數	apply(my_array, 2, sum)
sweep()	掃除數組總結	sweep(my_array, 2, colMeans(my_array))

結論

恭喜你！你剛剛踏入了強大的R數組世界。我們已經介紹了創建數組、為其維度命名、訪問和操作元素，甚至還在它們之間進行了計算。

記住，學習如何使用數組就像學習如何組織圖書館一樣。起初，它可能看起來很複雜，但一旦你掌握了它，你會驚訝於你能多麼有效地存儲、訪問和分析你的數據。

在你繼續你的R語言旅程時，你會發現數組無處不在——從簡單的數據分析到複雜的統計模型。所以請繼續練習，保持好奇心，不要害怕嘗試。快樂編程，願你的數組總是井然有序！

Credits: Image by storyset