如何在R语言中使用SQL命令

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2022-07-13 06:07 612阅读 0赞

转自：http://blog.csdn.net/leolotus/article/details/50999602

#  #

### 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)
     
      
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## 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) 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")
          }
          }
     
      
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## 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
     
      
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### 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
     
      
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### 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"
     
      
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### 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)
     
      
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### 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 
     
      
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### 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)))
     
      
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### 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"
     
      
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### 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" 
     
      
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## 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)))
     
      
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### 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"
     
      
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### 变量名为： ###

"primaryid" "caseid" "indi_drug_seq" "indi_pt" 
     
      
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### 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)))
     
      
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### 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" 
     
      
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### 变量名： ###

"primaryid" "outc_cod" 
    "primaryid" "caseid" "outc_code" 
     
      
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### 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)))
     
      
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### 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"
     
      
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### 变量名为： ###

"primaryid" "pt" 
     
      
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### 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
     
      
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![EOn6Ry5.png][]

## SQL命令 ##

### 记住sqldf包使用SQLite ###

## COUNT ##

# SQL版本
    sqldf("SELECT COUNT(primaryid)as 'Number of rows of Demography data' FROM demo_all;")
     
      
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![KWnYMaZ.png][]

# R版本
    nrow(demo_all)
    3554979 
     
      
       1
       2
       3
      
     
      
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       2
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## LIMIT命令（显示前几行） ##

# SQL版本
    sqldf("SELECT *
    FROM demo_all 
    LIMIT 6;")
     
      
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       4

![StKa0mI.png][]

# R版本
    head(demo_all,6)
     
      
       1
       2
      
     
      
       1
       2

![50bCAHg.png][]

R1=head(demo_all,6)
    SQL1 =sqldf("SELECT * FROM demo_all LIMIT 6;")
    all.equal(R1,SQL1)
    TRUE
     
      
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       6

#### \*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
     
      
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       4

###  ###

SQL3=sqldf("SELECT * FROM demo_all WHERE age BETWEEN 20 AND 25;")
    R3 = filter(demo_all, age >= 20 & age <= 25)
    identical(SQL3, R3)
    TRUE
     
      
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       4

## 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 ;")
     
      
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       6

![yLT5hWO.png][]

# R版本
    demo_all %>% filter(sex %in%c('F','M','NS','UNK')) %>% group_by(sex) %>%
    summarise(Total = n()) %>% arrange(desc(Total))
     
      
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       1
       2
       3

![9FS9QSM.png][]

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
     
      
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       11

### 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)
     
      
       1
       2
       3
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       7
       8

### 输出的图如下： ###

![1Afl57V.png][]

## 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)
     
      
       1
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       32

### 绘制出的图如下： ###

![uvvYq0N.png][]

### 绘制不同结果的年龄年龄概率分布密度图（译者注：后面都是结果的可视化，可略过。原作者的耐心真好。。。） ###

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： ###

![wPPNiyK.png][]

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)
     
      
       1
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       1
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       5
       6

### 输出如下： ###

![E8I4b80.png][]

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！！！）： ###

![I9yOHTq.png][]

## 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
     
      
       1
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       3
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       1
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       5
       6

## INTERSECT ##

R7 <- semi_join(demo1, demo2)
    SQL7 <- sqldf("SELECT * FROM demo1 INTERSECT SELECT * FROM demo2;")
    compare(R7,SQL7, allowAll = TRUE)
    TRUE
     
      
       1
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       1
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       4

## EXCEPT ##

R8 <- anti_join(demo1, demo2)
    SQL8 <- sqldf("SELECT * FROM demo1 EXCEPT SELECT * FROM demo2;")
    compare(R8,SQL8, allowAll = TRUE)
    TRUE
     
      
       1
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### 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/][http_datascienceplus.com_performing-sql-selects-on-r-data-frames] ###

[cran]: https://cran.r-project.org/web/packages/sqldf/sqldf.pdf
[EOn6Ry5.png]: http://i.imgur.com/EOn6Ry5.png
[KWnYMaZ.png]: http://i.imgur.com/KWnYMaZ.png
[StKa0mI.png]: http://i.imgur.com/StKa0mI.png
[50bCAHg.png]: http://i.imgur.com/50bCAHg.png
[yLT5hWO.png]: http://i.imgur.com/yLT5hWO.png
[9FS9QSM.png]: http://i.imgur.com/9FS9QSM.png
[1Afl57V.png]: http://i.imgur.com/1Afl57V.png
[uvvYq0N.png]: http://i.imgur.com/uvvYq0N.png
[wPPNiyK.png]: http://i.imgur.com/wPPNiyK.png
[E8I4b80.png]: http://i.imgur.com/E8I4b80.png
[I9yOHTq.png]: http://i.imgur.com/I9yOHTq.png
[http_datascienceplus.com_performing-sql-selects-on-r-data-frames]: http://datascienceplus.com/performing-sql-selects-on-r-data-frames/