一、实验背景
在数据挖掘任务中,我们经常需要从大量数据中抽取样本进行分析或建模。本实验使用 R 自带的 iris 数据集,学习几种常见的抽样方法:
- 简单随机抽样
- 分层抽样
- 整群抽样
- 训练集 / 测试集划分
通过本实验,可以熟悉 R 语言的数据处理方式,并理解不同抽样技术的应用场景。
PS:对于每个属于R语言特性的代码,都进行了详细的解释,请放心食用!
二、数据集介绍
本实验使用 R 自带数据集 iris。
该数据集包含 150 条鸢尾花样本,每个样本有 5 个变量:
| 变量 | 含义 |
|---|---|
| Sepal.Length | 花萼长度 |
| Sepal.Width | 花萼宽度 |
| Petal.Length | 花瓣长度 |
| Petal.Width | 花瓣宽度 |
| Species | 花的品种 |
共有三种花:
- setosa
- versicolor
- virginica
三、加载数据
首先在 R 中加载 iris 数据集,并查看数据结构。
代码:
r
# 加载数据集
data(iris)
# 查看前6行数据
head(iris)
运行后,你应该可以看到 iris 数据的前6行。
四、简单随机抽样
简单随机抽样是最基本的抽样方式,每个样本被抽中的概率相同。
本实验需要完成两种抽样:
1️⃣ 有放回抽样
2️⃣ 无放回抽样
1 有放回抽样(抽取5个样本)
有放回抽样意味着 一个样本可以被抽到多次。
请完成代码:
r
# 设置随机种子,保证结果可复现
seed(123)
# 从 iris 数据中随机抽取5个样本(允许重复)
sample_replace <- iris[sample(1:nrow(iris),5,replace = TRUE), ]
# 输出结果
________
提示:
需要使用函数:
sample(1:nrow(iris),5,replace = TRUE)
1.其中nrow函数用于得到iris行数
2.r语言中下标左右都是闭区间 1:nrow(iris)
3.其中5代表抽样个数为5
4.replace = TRUE代表放回抽样,注意R语言中TRUE必须全为大写
5.sample函数第一个参数是待抽取的数据
关键参数:
replace = TRUE,用于决定是否放回抽样
默认 replace=FALSE
2 无放回抽样(抽取5个样本)
无放回抽样意味着 每个样本只能出现一次。
代码:
r
sample_noreplace <- iris[sample(1:nrow(iris), 5, replace = FALSE), ]
sample_noreplace
提示:
replace = FALSE
五、分层抽样
分层抽样是指 先按照某个变量分组,再在每个组内随机抽样。
在 iris 数据中,我们可以按 Species(花的品种) 进行分层。
以按等数量抽样为例:
步骤:
- 加载 dplyr 包
- 按 Species 分组
- 每个组抽取 2 个样本
请补全代码:
r
# 加载 dplyr
library(dplyr)
stratified_sample <- iris %>%
group_by(Species) %>%
sample_n(2)
stratified_sample
提示:
%>%是管道符,代表将前一个值传输到下一个函数中,作为其第一个参数
也就是说将iris传到group_by()中作为其第一个参数,Species是第二个参数
其好处是避免了函数嵌套,便于理解
group_by()用于分类
sample_n()用于抽样
如果是按比例抽样则使用sample_frac()
如果有不同包中函数重名,则可使用dplyr::group_by(),
其中::是命名空间,用于指出使用哪个包的函数
六、整群抽样
整群抽样是指 先随机选择一个群体,然后选择该群体的全部样本。
在 iris 数据中:
每个 Species 可以看作一个"群"。
实验目标:
随机选择 1 个 Species,并取出该 Species 的全部样本。
代码:
r
# 随机选择一个 Species
cluster <- sample(unique(iris$Species), 1)
# 选择该 Species 的全部数据
cluster_sample <- iris[iris$Species == cluster, ]
cluster_sample
提示:
$ 是 R 语言里的列提取符号,作用是从数据框里提取出某一列的数据
iris$Species代表提取iris中的Species列的数据
unique() 是 "去重函数",作用是把一列里重复的值只保留一个
unique(iris$Species)作用就是获取Species列中的类别
七、训练集和测试集划分
在机器学习和数据挖掘中,我们通常需要:
- 训练集(Training Set)
- 测试集(Test Set)
本实验要求:
75% 训练集
25% 测试集
步骤:
1️⃣ 随机抽取 75% 样本
2️⃣ 剩余样本作为测试集
请补全代码:
r
set.seed(123)
index <- sample(1:nrow(iris), 0.75*nrow(iris))
train_data <- iris[index, ]
test_data <- iris[-index, ]
# 查看样本数量
nrow(train_data)
nrow(test_data)
提示:
在 R 的数据框 / 向量索引中,- 表示:"排除 / 不取这些下标 / 行号"
所以iris[-index, ]表示取排除index以外的行数据
八、实验总结
通过本实验,我学习了以下内容:
- R 语言中如何加载数据集
- 如何进行简单随机抽样(有放回 / 无放回)
- 如何进行分层抽样
- 如何进行整群抽样
- 如何将数据划分为训练集和测试集
这些技术在数据挖掘和机器学习中具有重要意义,将为后续的数据建模打下基础。