社交網路分析的 R 基礎:(一)初探 R 語言

張高興發表於2022-02-05

寫在前面

3 年的碩士生涯一轉眼就過去了,和社交網路也打了很長時間交道。最近突然想給自己挖個坑,想給這 3 年寫個總結,畫上一個句號。回想當時學習 R 語言時也是非常戲劇性的,開始科研生活時到處發郵件要原始碼,發完最後一封本以為又是無功而返,很意外的收到了秒回的郵件,郵件中附上了由 R 語言編寫的實驗程式碼。當時過於開心,因為終於有熱心的作者回復了,以至於沒有仔細考慮,想都沒想對著滿是警告的程式碼開始了 R 語言學習之旅。之後的幾天陸陸續續的收到了其他作者的回覆,實驗程式碼多是使用 Python 構建的,好吧只能咬咬牙繼續了。當時的學習苦於資料太少,唯一的參考只有那份 R 語言實驗程式碼,因此萌生了寫一份站在社交網路分析角度的 R 語言教程。《社交網路分析的 R 基礎》中所介紹的內容都是最新的技術,Visual Studio Code 在半年之前甚至無法除錯 R 語言,程式碼規範遵循 Google's R Style Guide。該系列部落格一共包含六篇文章,具體的目錄如下:

  1. 初探 R 語言
  2. 變數與字串
  3. 向量、矩陣與列表
  4. 迴圈與並行
  5. 圖的匯入與簡單分析
  6. 繪圖操作

讀研 3 年學到最重要的品質是謙虛,《社交網路分析的 R 基礎》這一系列部落格只是將我知道的東西寫出來罷了,我對這些內容的評價是夠用,希望能夠幫助讀者快速掌握 R 語言的基礎,之後根據實驗遇到的問題再學習其他的內容。文章在介紹每個功能點時都附帶有簡單的示例,每一章的最後還附有若干個小練習,希望讀者可以藉著練習幫助理解。


社交網路分析

過去幾十年資訊科技的發展,現在人們已經生活在一個充滿各種各樣複雜網路的社會。你也許無法想象人類社會和網路有什麼關係,舉幾個例子你就會明白,比如:使用微信或微博所涉及的社交網路;一到早晚高峰就堵車的城市交通路網;定期檢修的電網與自來水管網等等。這些不同領域的背後都涉及到一個複雜的網路,而這些都屬於網路科學的範疇。而社交網路分析,只是其中的一個方向。

社交網路分析有很多應用場景:

  1. 最常見的是購物軟體或視訊應用中的推薦,通過分析一類使用者的行為去推測可能喜歡的商品或視訊;
  2. 其次是識別社交網路中不同的圈子,俗話說物以類聚,人以群分;
  3. 在將網路劃分為不同圈子後,即可對不同的群體進行精準營銷,或者強化訊息的傳播;
  4. 通過分析社交網路中的關鍵節點,及時切斷關鍵節點以阻止負面資訊的傳播等等。

R 簡介

作為一個 R 語言的初學者,沒有人會關心 R 的發展歷史,因為學習一門語言的最終目的還是為了將其作為一種工具使用。你問我知道嗎,我當然也不知道?。為了讓本章的內容更加的充實,我從維基百科摘錄了一些內容[1][2]

R 語言是一種自由軟體程式語言與操作環境,主要用於統計分析、繪圖以及資料探勘。R 本來由來自紐西蘭奧克蘭大學的統計學家羅斯·伊哈卡和羅伯特·杰特曼開發,現在由 R 開發核心團隊負責開發。伊哈卡與杰特曼兩人名字首字母都是 R,R 語言因此得名。同時,R 這個單一字母的名字也表明 R 語言與 S 語言一脈相承。通常用 S 語言編寫的程式碼都可以不作修改地在 R 環境下執行。R 的語法來自 Scheme。R 的後臺程式大多由 C 語言、FORTRAN 語言和 R 自己寫成。

R 語言第一次正式釋出於 1995 年。第一次正式的“穩定測試版”(v1.0)於2000年2月29日釋出。

R 與 Python

根據 StackOverflow 2021 年開發者報告[3]的資料來看,排除掉“全世界都在寫前端”的這個原因,Python 當之無愧“天下第一”的稱號,曾經的“天下第一” PHP 也已經排在了第 11 名的位置,至於 R 語言,則排在了 20 名開外。那麼這是不是就意味著我們要去學習 Python?

當我們需要去學習一門新的程式語言時,自然是我們掌握的工具、資源已經無法滿足解決新問題的需要,那麼新學習的語言必然要擁有豐富的解決方案供我們使用。對於社交網路分析而言,Python 與 R 都擁有非常優秀的類庫,像 Python 中的 NetworkX[4] , R 中的 igraph[5] 。但 R 語言起家於統計分析,因此關於資料科學的類庫也更多,對於資料分析也更優秀些,同時還可以製作精美的圖表。

其次要考慮學習成本。Python 作為一個萬金油,加上一個“容易學習”名頭,足以吸引大部分人的目光。但是我認為初學 Python 上手很慢,Python 豐富的語法糖特性很容易造成初學者理解困難。R 作為一個物件導向的語言,但由於其存在不同實現物件導向的型別(S3、S4……),某種程度上來說 R 的物件導向不強。對初學者來說,物件導向通常很難理解,而 R 語言常用的功能大部分是以函式提供的,很容易實現程式導向的程式設計,這樣就能專注於解決問題本身,而不是去弄明白程式為什麼要這麼寫。

最終不管是選擇 R 還是 Python ,解決問題是關鍵,語言只不過是過程中的一個工具。如果你有 Python 基礎,好好學習 NetworkX 包就能達到目的;如果你其他語言基礎較弱,也不清楚什麼是物件導向,那麼 R 語言可能是更好的選擇。

安裝 R

CRAN

在安裝 R 之前,首先要簡單瞭解一下 CRAN 。CRAN(Comprehensive R Archive Network)是 R 的原始碼、文件以及各種包的託管,R 的安裝包也需要通過 CRAN 下載。通常各所大學都會提供 CRAN 的映象, CRAN 所有的映象列表可通過此網站獲得:https://cran.r-project.org 。選擇下載相應平臺的安裝包即可。

? 提示

Microsoft 也提供了 R 的發行版 Microsoft R Open,增強了計算效能。專案地址:https://mran.microsoft.com/open

Windows 設定環境變數

R 在 Windows 下安裝完成是不設定環境變數的,也就是說沒法隨時隨地在命令列中優雅的執行 R 指令碼。我們需要手動設定一下:

  1. Windows 搜尋欄中搜尋“編輯系統環境變數”,開啟“環境變數”,如圖中①;
  2. 編輯“系統變數”中的“Path”,如圖中②;
  3. 新建一個環境變數,將 R 安裝位置的 bin 資料夾新增進去,如圖中③。

設定完成後就可以進入 R 終端了。

在 Visual Studio Code 中進行 R 程式設計

R 安裝完成後會附帶一個 RGui ,相對來說比較簡陋,使用者通常會單獨安裝一個 RStudio 作為 R 預設的 IDE 。這裡為了輕量化,選擇了 Visual Studio Code 作為 R 語言的編輯器。

  1. 在安裝完 Visual Studio Code 後開啟“擴充套件”,搜尋“R”,安裝外掛;

  2. 在 R 終端中安裝包“languageserver”,以提供文件和程式碼補全;

    > chooseCRANmirror()    # 下載困難時可以先選擇 CRAN 映象
    > install.packages("languageserver")
    

  3. 開啟 VS Code,新建一個檔案“hello.R”,鍵入;

    print("Social Network Analysis")
    
  4. 選中要執行的程式碼,按“Ctrl+Enter”執行程式碼片段。

R 的除錯

除錯是發現程式錯誤和保證程式正確執行的一個必要環節。在 Visual Studio Code 對 R 進行除錯還需要安裝一個擴充套件 R Debugger

擴充套件安裝完成後開啟側邊欄中的“執行與除錯”,並在程式想要中斷的位置打上斷點(行號左側)。

點選“執行和除錯”即可開始除錯,左側會展示相關變數的值。

到這裡即可愉快的開啟 R 語言之旅了。

? 提示

R 語言社群包含了許多入門文件:https://cran.r-project.org/doc

✏️ 練習

1. 試著安裝一下網路分析包 “igraph”;

2. 隨便在 R 終端中寫點程式碼,試試 "a"+"b" 會輸出 ab 嗎;

3. 試著將 R 終端當作計算器使用。

參考

  1. R (programming language) - Wikipedia
  2. R 語言 - 維基百科
  3. Stack Overflow Developer Survey 2021
  4. NetworkX
  5. igraph

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