R语言ETL系列：创建字段（mutate）

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作者：黄天元，复旦大学博士在读，目前研究涉及文本挖掘、社交网络分析和机器学习等。希望与大家分享学习经验，推广并加深R语言在业界的应用。

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有没有一些时候你想要给表格加一个新的列？本章将会介绍如何在表格中创建新的字段。但是首先我们要知道为什么要什么做，下面是可能的一些情况：

有时候需要构造一列全部是0或1的数列，或者是给每一个记录赋予一个不同的ID；

购物数据中，含有单价和数量，需要计算交易额，然后加入到表格中；

我们数据中有年月日的数据，我们需要把它们拼接成一个字符格式，比如,2018年10月10日，我们需要表示为20181010或者2018/10/10；

在tidyverse中，我们可以用mutate函数给表格增加新的一列。下面将会分节介绍，首先载入我们需要的数据和包：

1library(tidyverse)
2library(nycflights1

添加常数列

这里举一个简单的例子，用iris数据集，增加一个完全为0的新列，我们会限制输出列为前六行，以免输出内容过多。

 1iris %>%
 2  mutate(zeros = 0) %>%
 3  head
 4##   Sepal.Length Sepal.Width Petal.Length Petal.Width Species zeros
 5## 1          5.1         3.5          1.4         0.2  setosa     0
 6## 2          4.9         3.0          1.4         0.2  setosa     0
 7## 3          4.7         3.2          1.3         0.2  setosa     0
 8## 4          4.6         3.1          1.5         0.2  setosa     0
 9## 5          5.0         3.6          1.4         0.2  setosa     0
10## 6          5.4         3.9          1.7         0.4  setosa     0

可以看到我们已经新增了一列，名字叫做zeros，里面的值全部是0。 SQL代码如下：

1<SQL> SELECT `Sepal.Length`, `Sepal.Width`, `Petal.Length`, `Petal.Width`, `Species`, 0.0 AS `zeros`
2FROM `iris`

算数运算

本例会用到flights数据，这个表中包含了航班的起飞时间（dep_time）和到达时间（arr_time），如果需要知道中间经理了多长时间，我们需要将两者相减。我们会先把两列取出来，然后再构造新的列：

 1flights %>%
 2  select(dep_time,arr_time) %>%
 3  mutate(time = arr_time - dep_time)
 4## # A tibble: 336,776 x 3
 5##    dep_time arr_time  time
 6##       <int>    <int> <int>
 7##  1      517      830   313
 8##  2      533      850   317
 9##  3      542      923   381
10##  4      544     1004   460
11##  5      554      812   258
12##  6      554      740   186
13##  7      555      913   358
14##  8      557      709   152
15##  9      557      838   281
16## 10      558      753   195
17## # ... with 336,766 more rows

这样一来我们就把飞行时间储存在time列中。事实上我们还可以这么表达：

 1flights %>%
 2  transmute(dep_time,arr_time,time = arr_time - dep_time)
 3## # A tibble: 336,776 x 3
 4##    dep_time arr_time  time
 5##       <int>    <int> <int>
 6##  1      517      830   313
 7##  2      533      850   317
 8##  3      542      923   381
 9##  4      544     1004   460
10##  5      554      812   258
11##  6      554      740   186
12##  7      555      913   358
13##  8      557      709   152
14##  9      557      838   281
15## 10      558      753   195
16## # ... with 336,766 more rows

得到结果与上面一致。transmute函数的特点就是，不会保存数据表中原有的列，自动完成了select的功能。
SQL代码如下：

1<SQL> SELECT `dep_time`, `arr_time`, `arr_time` - `dep_time` AS `time`
2FROM (SELECT `dep_time`, `arr_time`
3FROM `flights`)

文本的拼接与拆分

这个例子中，我们来看flights数据，它包含了年（year）、月（month）、日（day）、起始点（origin）、终点（dest）的数据列，首先我们把这些列取出来存放到新的变量中，并进行观察：

 1flights %>%
 2  select(year,month,day,origin,dest) -> fl_ymd
 3
 4fl_ymd
 5## # A tibble: 336,776 x 5
 6##     year month   day origin dest 
 7##    <int> <int> <int> <chr>  <chr>
 8##  1  2013     1     1 EWR    IAH  
 9##  2  2013     1     1 LGA    IAH  
10##  3  2013     1     1 JFK    MIA  
11##  4  2013     1     1 JFK    BQN  
12##  5  2013     1     1 LGA    ATL  
13##  6  2013     1     1 EWR    ORD  
14##  7  2013     1     1 EWR    FLL  
15##  8  2013     1     1 LGA    IAD  
16##  9  2013     1     1 JFK    MCO  
17## 10  2013     1     1 LGA    ORD  
18## # ... with 336,766 more rows

拼

接

现在，我们想要把第一行的起始点和终点拼接为“EWR_IAH”的格式，放在名为origin_dest的列中，下面我们进行操作：

 1fl_ymd %>%
 2  mutate(origin_dest = str_c(origin,dest,sep = "_")) -> fl_ymd.1
 3
 4fl_ymd.1
 5## # A tibble: 336,776 x 6
 6##     year month   day origin dest  origin_dest
 7##    <int> <int> <int> <chr>  <chr> <chr>      
 8##  1  2013     1     1 EWR    IAH   EWR_IAH    
 9##  2  2013     1     1 LGA    IAH   LGA_IAH    
10##  3  2013     1     1 JFK    MIA   JFK_MIA    
11##  4  2013     1     1 JFK    BQN   JFK_BQN    
12##  5  2013     1     1 LGA    ATL   LGA_ATL    
13##  6  2013     1     1 EWR    ORD   EWR_ORD    
14##  7  2013     1     1 EWR    FLL   EWR_FLL    
15##  8  2013     1     1 LGA    IAD   LGA_IAD    
16##  9  2013     1     1 JFK    MCO   JFK_MCO    
17## 10  2013     1     1 LGA    ORD   LGA_ORD    
18## # ... with 336,766 more rows

我们可以看到，使用mutate函数可以增加一列，而这一列通过str_c函数，把两列拼接起来，中间的分隔符号设定为下划线（“_“）。此外，我们可以用unite函数完成这个任务：

 1#等价于
 2fl_ymd %>%
 3  unite(col = origin_dest,origin,dest) -> fl_ymd.2
 4
 5fl_ymd.2
 6## # A tibble: 336,776 x 4
 7##     year month   day origin_dest
 8##    <int> <int> <int> <chr>      
 9##  1  2013     1     1 EWR_IAH    
10##  2  2013     1     1 LGA_IAH    
11##  3  2013     1     1 JFK_MIA    
12##  4  2013     1     1 JFK_BQN    
13##  5  2013     1     1 LGA_ATL    
14##  6  2013     1     1 EWR_ORD    
15##  7  2013     1     1 EWR_FLL    
16##  8  2013     1     1 LGA_IAD    
17##  9  2013     1     1 JFK_MCO    
18## 10  2013     1     1 LGA_ORD    
19## # ... with 336,766 more rows

unite中的col参数是新的列名称，后面可以放任意多的列，最后会把放进去的列都拼接起来。

unite函数是专门用来对不同列之间字符串进行拼接的函数，默认的间隔符号就是“_”，但是可以通过sep参数改变分隔符。此外，我们可以注意到，如果利用unite函数，原始的两列origin和dest会消失，而mutate则是单纯增加一列。

拆

分

那么，如果我们想要把已经拼接好的数据拆分出来，应该怎么做呢？
我们现在就来对flm_ymd.2的origin_dest列进行拆分操作，这里我们会用到separate函数：

 1fl_ymd.2 %>%
 2  separate(col = origin_dest, into = c("origin","dest"))
 3## # A tibble: 336,776 x 5
 4##     year month   day origin dest 
 5##    <int> <int> <int> <chr>  <chr>
 6##  1  2013     1     1 EWR    IAH  
 7##  2  2013     1     1 LGA    IAH  
 8##  3  2013     1     1 JFK    MIA  
 9##  4  2013     1     1 JFK    BQN  
10##  5  2013     1     1 LGA    ATL  
11##  6  2013     1     1 EWR    ORD  
12##  7  2013     1     1 EWR    FLL  
13##  8  2013     1     1 LGA    IAD  
14##  9  2013     1     1 JFK    MCO  
15## 10  2013     1     1 LGA    ORD  
16## # ... with 336,766 more rows

我们可以看到，separate其实是unite的逆运算，col中赋值的是需要拆分的列名称，into则是拆分之后不同部分的名称。 separate也有sep参数，可以调整参数来根据特殊符号进行拆分，默认的拆分参数是所有非字母符号。如果大家要用中文的话，应该注意，一定要使用sep参数，也就是应该写成“fl_ymd.2 %>% separate(col =origin_dest, into = c(”origin“,”dest“),sep =”_“)”。

总

结

本章中，我们讲了如何用mutate创建字段。我们可以灵活地使用mutate函数，构造一个常数列，或者基于原始的数据列进行数学运算，从而构成新的列。这些知识对于机器学习中的特征工程尤为重要，是必须掌握的基础。最后，我们还介绍了如何对字符型的变量进行拼接和拆分，如果需要进行文本挖掘的话，这些技能是必不可少的。

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