50  Data Table

Este livro centra-se nos “verbos” (funções) do pacote dplyr e no operador pipe %>% do pacote magrittr como método para limpar e agrupar dados, mas o pacote data.table oferece um método alternativo que você poderá incorporar em seu uso do R.

50.1 Introdução ao Data Table

Uma tabela de dados (data table) é uma estrutura de dados bidimensional como um data frame, que permite a realização de operações complexas de agrupamento. A sintaxe data.table é estruturada para que as operações possam ser realizadas em linhas, colunas e grupos.

A estrutura é DT[i, j, by], separada por 3 partes; os argumentos i, j e by. O argumento i permite filtrar linhas, o argumento j permite operar em colunas e o argumento by permite operar em colunas por grupos.

Esta página abordará os seguintes tópicos:

• Importação de dados e uso das funções fread() e fwrite()
• Filtragem de linhas utilizando o argumento i
• Utilização das funções de ajuda %like%, %chin% e %between%
• Seleção e operação com colunas utilizando o argumento j
• Operar por grupos utilizando o argumento by
• Adição de dados e atualização de data tables (tabelas de dados) utilizando :=

50.2 Carregar pacotes e importar dados

Carregar pacotes

Utilizando a função p_load() de pacman, carregamos (e instalamos, se necessário) os pacotes necessários para esta análise.

pacman::p_load(
  rio,        # para importar dados
  data.table, # para agrupar e limpar dados
  tidyverse,  # permite o uso da função pipe (%>%) neste capítulo
  here 
  ) 

Importar dados

Esta página vai explorar algumas das funções centrais do pacote data.table recorrendo à mesma linelist de casos utilizada ao longo do manual.

Importamos o conjunto de dados dos casos de uma epidemia simulada de Ébola. Se você quiser baixar os dados para seguir passo a passo, veja as instruções na página Baixar livro e dados. O conjunto de dados é importado utilizando a função import() do pacote rio. Veja a página em Importar e exportar para várias formas de importação de dados. Em seguida, utilizamos data.table() para converter o quadro de dados em um data table.

linelist <- rio::import(here("data", "linelist_cleaned.xlsx")) %>% data.table()

A função fread() é utilizada para importar arquivos delimitados por caracteres, como arquivos .csv, diretamente para um formato de data table. Esta função, e sua contraparte fwrite(), utilizada para escrever data.tables como arquivos delimitados, são opções muito rápidas e computacionalmente eficientes para grandes bancos de dados.

As primeiras 20 linhas da linelist:

Comandos do R Base como dim() que são utilizados para data frames também podem ser utilizados para data tables (tabelas de dados).

dim(linelist) #dispõe o número de linhas e colunas na tabela de dados

[1] 5888   30

50.3 O argumento i: selecionando e filtrando linhas

Relembrando a estrutura DT[i, j, by], podemos filtrar linhas usando números de linha ou expressões lógicas. O argumento i é o primeiro; portanto, a sintaxe DT[i] ou DT[i,] pode ser usada.

O primeiro exemplo recupera as primeiras 5 linhas do data table, o segundo exemplo retorna casos com 18 anos ou mais, e o terceiro exemplo gera um subconjunto de casos com 18 anos ou mais, mas não diagnosticados no Hospital Central:

linelist[1:5] # retorna da 1ª à 5ª fileira
linelist[age >= 18] # subconjunto de casos com 18 anos ou mais
linelist[age >= 18 & hospital != "Central Hospital"] # conjunto de casos com idade igual ou superior a 18 anos, mas não diagnosticados no Hospital Central

O uso de .N no argumento i representa o número total de linhas no data table. Isto pode ser usado para criar subconjuntos com base nos números das linhas:

linelist[.N] # retorna a última linha
linelist[15:.N] # retorna da 15ª à última linha

Funções de ajuda para filtragem

Data tables (tabelas de dados) utilizam funções de auxílio que facilitam a filtragem linhas. A função %like% é utilizada para corresponder a um padrão em uma coluna, %chin% é utilizada para corresponder a um caractere específico, e a função %between% é utilizada para corresponder a colunas numéricas dentro de uma faixa pré-especificada.

Nos exemplos a seguir, nós: * filtramos linhas em que a variável hospital contém “Hospital” * filtramos linhas em que o resultado é “Recover” ou “Death” * filtramos linhas em que a faixa etária (age) é 40-60 anos

linelist[hospital %like% "Hospital"] # filtrar linhas em que a variável hospital contém "Hospital"
linelist[outcome %chin% c("Recover", "Death")] # filtrar linhas em que o resultado (outcome) é "Recover" ou "Death"
linelist[age %between% c(40, 60)] # filtrar linhas em que a faixa etária (age) é de 40-60 anos

#%between% deve receber um vetor de comprimento 2, enquanto %chin% pode receber vetores de comprimento >= 1

50.4 O argumento j: seleção e cálculo nas colunas

Usando a estrutura DT[i, j, by], podemos selecionar colunas usando números ou nomes. O argumento j é o segundo; portanto, a sintaxe DT[, j] é usada. Para facilitar os cálculos no argumento j, a coluna é envolvida utilizando list() ou .().

Seleção de colunas

O primeiro exemplo recupera a primeira, terceira e quinta colunas do data table, o segundo exemplo seleciona todas as colunas, exceto as colunas gender, age, wt_kg e ht_cm. O terceiro exemplo utiliza o envelope .() para selecionar as colunas case_id e outcome.

linelist[ , c(1,3,5)]
linelist[ , -c("gender", "age", "wt_kg", "ht_cm")]
linelist[ , list(case_id, outcome)] #linelist[ , .(case_id, outcome)] funciona tão bem quanto

Cálculo nas colunas

Combinando os argumentos i e j é possível filtrar linhas e calcular colunas. Usar .N no argumento j também representa o número total de linhas no data table e pode ser útil para retornar o número de linhas após a filtragem.

Nos exemplos a seguir, nós: * contamos o número de casos que permaneceram mais de 7 dias no hospital * calculamos a idade média dos casos que vieram a óbito no hospital militar * calculamos o desvio padrão, mediana, e média da idade dos casos que se recuperaram no hospital central

linelist[days_onset_hosp > 7 , .N]

[1] 189

linelist[hospital %like% "Military" & outcome %chin% "Death", .(mean(age, na.rm = T))] #na.rm = T remove valores N/A

        V1
     <num>
1: 15.9084

linelist[hospital == "Central Hospital" & outcome == "Recover", 
                 .(mean_age = mean(age, na.rm = T),
                   median_age = median(age, na.rm = T),
                   sd_age = sd(age, na.rm = T))] # esta sintaxe não utiliza as funções de ajuda, mas funciona tão bem quanto

   mean_age median_age   sd_age
      <num>      <num>    <num>
1: 16.85185         14 12.93857

Lembre-se que usar o envelope .() no argumento j facilita o cálculo, retorna um data table e permite a nomeação de colunas.

50.5 The by argument: computing by groups

O argumento by é o terceiro argumento na estrutura DT[i, j, by]. Ele aceita tanto um vetor de caracteres quanto a sintaxe list() ou .(). A utilização da sintaxe .() no argumento by permite renomear a coluna imediatamente.

Nos exemplos a seguir, nós: * agrupamos o número de casos por hospital * calculamos a altura média e o peso dos casos com 18 anos ou mais, de acordo com o sexo e desfecho (se eles se recuperaram ou vieram a óbito) * contamos o número de casos com tempo de internação > 7 dias, de acordo com o mês e o hospital em que foram admitidos

linelist[, .N, .(hospital)] # número de casos por hospital

                               hospital     N
                                 <char> <int>
1:                                Other   885
2:                              Missing  1469
3: St. Mark's Maternity Hospital (SMMH)   422
4:                        Port Hospital  1762
5:                    Military Hospital   896
6:                     Central Hospital   454

linelist[age > 18, .(mean_wt = mean(wt_kg, na.rm = T),
                             mean_ht = mean(ht_cm, na.rm = T)), .(gender, outcome)] #NAs representam as categorias em que os dados estão faltando

   gender outcome  mean_wt  mean_ht
   <char>  <char>    <num>    <num>
1:      m Recover 71.90227 178.1977
2:      f   Death 63.27273 159.9448
3:      m   Death 71.61770 175.4726
4:      f    <NA> 64.49375 162.7875
5:      m    <NA> 72.65505 176.9686
6:      f Recover 62.86498 159.2996
7:   <NA> Recover 67.21429 175.2143
8:   <NA>   Death 69.16667 170.7917
9:   <NA>    <NA> 70.25000 175.5000

linelist[days_onset_hosp > 7, .N, .(month = month(date_hospitalisation), hospital)]

    month                             hospital     N
    <num>                               <char> <int>
 1:     5                    Military Hospital     3
 2:     6                        Port Hospital     4
 3:     7                        Port Hospital     8
 4:     8 St. Mark's Maternity Hospital (SMMH)     5
 5:     8                    Military Hospital     9
 6:     8                                Other    10
 7:     8                        Port Hospital    10
 8:     9                        Port Hospital    28
 9:     9                              Missing    27
10:     9                     Central Hospital    10
11:     9 St. Mark's Maternity Hospital (SMMH)     6
12:    10                              Missing     2
13:    10                    Military Hospital     3
14:     3                        Port Hospital     1
15:     4                    Military Hospital     1
16:     5                                Other     2
17:     5                     Central Hospital     1
18:     5                              Missing     1
19:     6                              Missing     7
20:     6 St. Mark's Maternity Hospital (SMMH)     2
21:     6                    Military Hospital     1
22:     7                    Military Hospital     3
23:     7                                Other     1
24:     7                              Missing     2
25:     7 St. Mark's Maternity Hospital (SMMH)     1
26:     8                     Central Hospital     2
27:     8                              Missing     6
28:     9                                Other     9
29:     9                    Military Hospital    11
30:    10                        Port Hospital     3
31:    10                                Other     4
32:    10 St. Mark's Maternity Hospital (SMMH)     1
33:    10                     Central Hospital     1
34:    11                              Missing     2
35:    11                        Port Hospital     1
36:    12                        Port Hospital     1
    month                             hospital     N

Data.table também permite expressões em serquência:

linelist[, .N, .(hospital)][order(-N)][1:3] #1º seleciona todos os casos por hospital, 2º ordena os casos em ordem decrescente, 3º seleciona um subconjunto dos 3 hospitais com o maior número de casos

            hospital     N
              <char> <int>
1:     Port Hospital  1762
2:           Missing  1469
3: Military Hospital   896

Nestes exemplos, estamos seguindo a suposição de que uma linha no data table é igual a um novo caso, e assim podemos usar o .N para representar o número de linhas no data table. Outra função útil para representar o número de casos únicos é uniqueN(), que retorna o número de valores únicos em uma determinada entrada. Como ilustrado aqui:

linelist[, .(uniqueN(gender))] # lembre que o envelope .() no argumento j retorna um data table

      V1
   <int>
1:     3

A resposta é 3, pois os valores únicos na coluna de gênero são m, f e N/A. Compare com a função unique() do R Base, que retorna todos os valores únicos em uma determinada entrada:

linelist[, .(unique(gender))]

       V1
   <char>
1:      m
2:      f
3:   <NA>

Para encontrar o número de casos únicos em um determinado mês, escrevemos o seguinte:

linelist[, .(uniqueN(case_id)), .(month = month(date_hospitalisation))]

    month    V1
    <num> <int>
 1:     5    62
 2:     6   100
 3:     7   198
 4:     8   509
 5:     9  1170
 6:    10  1228
 7:    11   813
 8:    12   576
 9:     1   434
10:     2   310
11:     3   290
12:     4   198

50.6 Adicionar e atualizar data tables (tabelas de dados)

O operador := é utilizado para adicionar ou atualizar dados em um data table. A adição de colunas pode ser feita das seguintes maneiras:

linelist[, adult := age >= 18] # adiciona uma coluna
linelist[, c("child", "wt_lbs") := .(age < 18, wt_kg*2.204)] #para adicionar múltiplas colunas é necessário usar as sintaxes c(""), list() ou .() syntax
linelist[, `:=` (bmi_in_range = (bmi > 16 & bmi < 40),
                         no_infector_source_data = is.na(infector) | is.na(source))] #Este método utiliza `:=` como um operador funcional 
linelist[, adult := NULL] # deleta a coluna

Outras agregações complexas estão além do objetivo deste capítulo introdutório, mas a ideia é fornecer uma alternativa popular e viável ao dplyr para agrupamento e limpeza de dados. O pacote data.table é um grande pacote que permite um código limpo e legível.

50.7 Recursos

Aqui estão alguns recursos úteis para maiores informações: * https://cran.r-project.org/web/packages/data.table/vignettes/datatable-intro.html * https://github.com/Rdatatable/data.table * https://s3.amazonaws.com/assets.datacamp.com/img/blog/data+table+cheat+sheet.pdf * https://www.machinelearningplus.com/data-manipulation/datatable-in-r-complete-guide/ * https://www.datacamp.com/community/tutorials/data-table-r-tutorial

Você pode realizar qualquer função de resumo sobre dados agrupados; veja a Cheat Sheet para mais informações: https://s3.amazonaws.com/assets.datacamp.com/blog_assets/datatable_Cheat_Sheet_R.pdf