R语言中数据重塑（长宽表的转化）

pivot_longer(data, cols, names_to, values_to, values_drop_na, ...)

其中

data：要重塑的数据框；

cols:用选择列语法选择要变形的列，即要处理的列；

names_to:设置列名，具体来说，为了存放要处理的列的列名，新建一列或者几列（根据具体问题），对新建的列设置一个新的列名；

values_to: 设置列名，具体来说，存放要处理的列，其下单元格中的值，为这一列设置一个新的列名。

values_drop_na:是否忽略变形列中的缺失值（NA,not available）

如果变形列的列名除了想要的"内容"外，还包括前缀、变量名+分隔符、正则表达式分组捕获模式，则可以借助参数names_prefix、names_sep、names_pattern来提取出想要的"内容"，注意，这里的"内容"，指的是列名中想要的部分。

示例1：

宽表变长表（将要重塑的列的列名 存放在一列中）

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> df <- read.csv("配套数据/分省年度GDP.csv")
> df
      地区  X2019年  X2018年  X2017年
1   北京市 35371.28 33105.97 28014.94
2   天津市 14104.28 13362.92 18549.19
3   河北省 35104.52 32494.61 34016.32
4 黑龙江省 13612.68 12846.48 15902.68


> df %>%
+   pivot_longer(-地区, names_to = "年份", values_to="GDP")
# A tibble: 12 × 3
   地区     年份       GDP
   <chr>    <chr>    <dbl>
 1 北京市   X2019年 35371.
 2 北京市   X2018年 33106.
 3 北京市   X2017年 28015.
 4 天津市   X2019年 14104.
 5 天津市   X2018年 13363.
 6 天津市   X2017年 18549.
 7 河北省   X2019年 35105.
 8 河北省   X2018年 32495.
 9 河北省   X2017年 34016.
10 黑龙江省 X2019年 13613.
11 黑龙江省 X2018年 12846.
12 黑龙江省 X2017年 15903.

df是一个宽表，除了地区列，剩下的所有列是我们想要重塑的列，在pivot_longer()函数中，第一个参数是我们要处理的数据框，由于这里使用的是管道操作，所以这个函数的第一个参数就省略掉了，第二个参数是要重塑的列，这里表示除了地区外，剩下的所有列都是我们要重塑的，第三个参数names_to="年份"，表示原始数据中我们要重塑的列，这列的列名存放在一个新列中，我们通过names_to为这个新列取一个列名，在这个案例中，为这个新列取名为"年份"。第四个参数是values_to="GDP"，表示原始数据中我们要重塑的列，这列的单元格中存放的值，现在放在一个新列中，我们需要为这个新列取一个列名，这个列名为"GDP"。

从这个示例中可以看到，我们重塑的列，把这些重塑列的列名提取出来，放在一个新列的单元格中，并且进行循环重复出现，即x2019, x2018，x2017为一个循环。

示例2：

宽表变长表（将要重塑的列的列名 存放在多个列中）

原始数据：宽表

目标转化为如下长表

分析:

这个数据是收集每个家庭小孩的信息，比如家庭1中，有两个孩子，child1和child2，并收集这些小孩的出生日期和性别。

原始数据中，我们要重塑的列是除了family列之外的所有列，这些列的列名使用下划线进行了分割，我们想要让数据变成3列，即child列、dob出生日期、gender性别。其中dob、gender这两列保持不变，不用进行任何的操作，child1,child2变成新的一列，并为这一列取名为child。

R 复制代码

> load("配套数据/family.rda")
> knitr::kable(family, align="c")


| family | dob_child1 | dob_child2 | gender_child1 | gender_child2 |
|:------:|:----------:|:----------:|:-------------:|:-------------:|
|   1    | 1998-11-26 | 2000-01-29 |       1       |       2       |
|   2    | 1996-06-22 |     NA     |       2       |      NA       |
|   3    | 2002-07-11 | 2004-04-05 |       2       |       2       |
|   4    | 2004-10-10 | 2009-08-27 |       1       |       1       |
|   5    | 2000-12-05 | 2005-02-28 |       2       |       1       |
> 
> family %>%
+   pivot_longer(-family,
+                names_to = c(".value", "child"),
+                names_sep="_",
+                values_drop_na = TRUE)
# A tibble: 9 × 4
  family child  dob        gender
   <int> <chr>  <date>      <int>
1      1 child1 1998-11-26      1
2      1 child2 2000-01-29      2
3      2 child1 1996-06-22      2
4      3 child1 2002-07-11      2
5      3 child2 2004-04-05      2
6      4 child1 2004-10-10      1
7      4 child2 2009-08-27      1
8      5 child1 2000-12-05      2
9      5 child2 2005-02-28      1

代码解释：

-family，表示要变形的列是除了family列之外的列。
.names_sep="_"表示重塑的列的列名使用下划线进行分割。
names_to=c(".value","child")用于设置长表中新创建的列的列名。具体来说，要重塑的列的列名名，使用下划线分为两部分，第一部分为出生年月和性别，第二部分是小孩1和小孩2.
- 第一部分产生的列信息（列名+其下的单元格内容）保持不变;
- "child"为新创建的列的列名，这个列用来存放要重塑列的列名的第二部分的内容，即小孩1和小孩2.
- values_drop_na=TRUE:表示在数据重塑中忽略要变形列中的缺失值NA。

示例3：

宽表变长表（将要重塑的列的列名 存放在多个列中）

原始数据宽表

目标：转化为如下形式的长表

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> df <- read.csv("配套数据/参赛队信息.csv")
> df
  队员1姓名 队员1专业 队员2姓名 队员2专业 队员3姓名 队员3专业
1      张三      数学      李四      英语      王五    统计学
2      赵六    经济学      钱七      数学      孙八    计算机
> 
> df %>%
+   pivot_longer(everything(),
+                names_to=c("队员", ".value"),
+                names_pattern = "(.*\\d)(.*)")
# A tibble: 6 × 3
  队员  姓名  专业  
  <chr> <chr> <chr> 
1 队员1 张三  数学  
2 队员2 李四  英语  
3 队员3 王五  统计学
4 队员1 赵六  经济学
5 队员2 钱七  数学  
6 队员3 孙八  计算机

语法解释：

everything():表示选择所有列，即要重塑的列为所有的列；
names_pattern= "(.*\\d)(.*)" ：使用该参数和正则表达式进行分组捕获。\\d表示匹配数字即0-9，*表示除换行以外的任何字符、字母、数字，*至少匹配一次。
names_to=c("队员", ".value")表示新创建列的列名，新创建的列的列名为"队员"，剩下的列及信息保持不变。具体来说，将要重塑的列的列名使用正则表达式分成了两部分，第一部分的内容为child1,child2,这里为第一部分列名创建一个新列，设置该新列的列名为child,第二部分为列的信息（列名和单元格部分，保持不变，比如，这个例子中第二部分的列名有两个，姓名和专业，这两列保持不变，保持原来的列名和列下的单元格内容）

3-长表变宽表

使用tidyr包中的pivot_wider()函数来实现长表变宽表

pivot_wider(data, id_cols, names_from, values_from, values_fill,...)

其中：

data：表示要重塑的数据框；

id_cols：唯一识别观测的列，默认是除了names_from，values_from指定列之外的列。

names_from:指定列名来自哪个变量列；

values_from:指定列值来自哪个变量列

values_fill：若表变宽之后，单元格值确实，要设置用何值填充。

还有一些用于帮助修复列名的参数：names_prefix, names_sep, names_glue.

示例1：

只有一个列名和一个列值,

列名：来自Type 这一列

列值：来自Heads 这一列

在整洁数据中，可以使用列名来访问这一整列的信息。

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> load("配套数据/animals.rda")
> animals
# A tibble: 228 × 3
   Type    Year  Heads
   <chr>  <int>  <dbl>
 1 Sheep   2015 24943.
 2 Cattle  1972  2189.
 3 Camel   1985   559 
 4 Camel   1995   368.
 5 Camel   1997   355.
 6 Goat    1977  4411.
 7 Cattle  1979  2477.
 8 Cattle  2014  3414.
 9 Cattle  1996  3476.
10 Cattle  2017  4388.
# ℹ 218 more rows
# ℹ Use `print(n = ...)` to see more rows
> 
> animals %>%
+   pivot_wider(names_from=Type, values_from=Heads, values_fill = 0)
# A tibble: 48 × 6
    Year  Sheep Cattle Camel   Goat Horse
   <int>  <dbl>  <dbl> <dbl>  <dbl> <dbl>
 1  2015 24943.  3780.  368. 23593. 3295.
 2  1972 13716.  2189.  625.  4338. 2239.
 3  1985 13249.  2408.  559   4299. 1971 
 4  1995     0   3317.  368.  8521. 2684.
 5  1997 14166.  3613.  355. 10265. 2893.
 6  1977 13430.  2388.  609   4411. 2104.
 7  1979 14400.  2477.  614.  4715. 2079.
 8  2014 23215.  3414.  349. 22009.    0 
 9  1996 13561.  3476.  358.  9135. 2770.
10  2017 30110.  4388.  434. 27347. 3940.
# ℹ 38 more rows
# ℹ Use `print(n = ...)` to see more rows

可以看到animals这个原始数据的第一列Type中值是重复出现的，将这一列中的单元格内容，即动物的种类，作为新的变量，有几个种类，就创建几列，使用names_from指定新创建的列名来自原始数据的哪列，这里使用的数据框的列名，表示可以访问这一列的信息（列名+单元格内容），values_from用于指定新创建的列的单元格的内容来自原始数据的哪一列。

示例2：

只有多个列名列或多个值列。下面这个例子，展示了有两个值列，即estimate和moe

R 复制代码

> us_rent_income#tidyr自带的数据集；
# A tibble: 104 × 5
   GEOID NAME       variable estimate   moe
   <chr> <chr>      <chr>       <dbl> <dbl>
 1 01    Alabama    income      24476   136
 2 01    Alabama    rent          747     3
 3 02    Alaska     income      32940   508
 4 02    Alaska     rent         1200    13
 5 04    Arizona    income      27517   148
 6 04    Arizona    rent          972     4
 7 05    Arkansas   income      23789   165
 8 05    Arkansas   rent          709     5
 9 06    California income      29454   109
10 06    California rent         1358     3
# ℹ 94 more rows
# ℹ Use `print(n = ...)` to see more rows
> us_rent_income%>%
+   pivot_wider(names_from=variable, values_from=c(estimate, moe))
# A tibble: 52 × 6
   GEOID NAME             estimate_income estimate_rent moe_income moe_rent
   <chr> <chr>                      <dbl>         <dbl>      <dbl>    <dbl>
 1 01    Alabama                    24476           747        136        3
 2 02    Alaska                     32940          1200        508       13
 3 04    Arizona                    27517           972        148        4
 4 05    Arkansas                   23789           709        165        5
 5 06    California                 29454          1358        109        3
 6 08    Colorado                   32401          1125        109        5
 7 09    Connecticut                35326          1123        195        5
 8 10    Delaware                   31560          1076        247       10
 9 11    District of Col...           43198          1424        681       17
10 12    Florida                    25952          1077         70        3
# ℹ 42 more rows
# ℹ Use `print(n = ...)` to see more rows

宽表和长表：

宽表变长表过程中，要将待重塑的列，"整合"成几列，抽象看来，就是多列，"整合"成比之前少的列，即将一个宽表变成一个长表。这里整合是打引号的，是说将要重塑的列的信息进行整合，通过创建新列和保留某些列来完成这个整合操作，将分类变量，比如男性和女性，男性作为一个变量，自成一列，女性作为一个变量自成一列，宽表变长表这个过程，是将男性和女性归为分为变量中，取名为性别，在创建新列的时候，势必要为列取列名，这个取列名一定是一个字符串"性别"，这个性别列的单元格内容由男和女重复循环出现，原始数据列名为男的这一列，下面的单元格内容和女性的这一列下面的单元格内容自成一列，也需要为这个单元格值创建新列的时候，取一个列名，列名通常使用字符串表示。

长表变宽表的过程中，长表的变量（即一列）下面的内容是重复出现的，这个时候，要把重复出现的内容，提取出来，让这些值变成新的列名，所以设置names_from，即新的列名来自原始数据的哪一列，此时该参数后面等于的是列名，而不是字符串。有了新的列名之后，我们需要为新的列，下面的单元格内容进行填充，用什么值进行填充？使用的是原始长表的某几列（具体问题具体分析）的值进行填充，因此，values_from后面填写的是原始数据的列名，不带引号的，不是字符串。

示例数据来源：

R语言编程：基于tidyverse-异步社区-致力于优质IT知识的出版和分享 (epubit.com)

参考：

《R语言编程》（2023年2月出版，人民邮电出版社）

《R数据科学实战：工具详解与案例分析》（2019年6月出版，机械工业出版社）

R语言数据可视化实战（微视频全解版）---大数据专业图表从入门到精通。（2022年2月出版，电子工业出版社）