Chapter 6: Computing on the language (R Language Definition)

R Language Definition
version 2.14.2(2012-02-29) DRAFT

Chapter 6: Computing on the language

Tokyo.Lang.R #2
2012/06/02
@teramonagi

6 Computing on the language
• RはLispよりも親しみやすいインターフェイス
• しかし、計算エンジンはLisp-ｌike
• （数式の）“expression”にアクセス可能
• 微分等を解析的に計算可能！（Not 数値的）
• example
> curve(sin(x))
> curve(cos(x))

2

6.1 Direct manipulation of language objects
• Language objectsは３種類
1. call
2. expression
3. function
• まずはcall objectについてのお話
• call object = “unevaluated expressions”
– quote関数で生成
– その名の通り“まだ評価されていない”
– eval関数で評価してやる
– [[]]でlist-likeに表現の各要素？にアクセス可能
3

> e1 <- quote(2 + 2) > as.list(e1)
> mode(e1) [[1]]
[1] "call" `+`
> typeof(e1) call型実際これで
[1] "language" [[2]] Listになる
> e1[[1]] [1] 2
`+`
> e1[[2]] [[3]]
[1] 2 Listのように [1] 2
> e1[[3]] アクセス可能
[1] 2

4

> mode(e1[[1]]) > e1[[2]] <- e1
[1] "name" > e1
> mode(e1[[2]]) 2*2*2
演算子(+,*等)や callを要素？として
[1] "numeric" 代入する事も可能
変数は”name”
> mode(e1[[3]])
[1] "numeric"
> e1[[1]] <- as.name("*")
> e1
2*2
演算子の挿げ替え
（関数も可）
5

> x <- quote(c(1,2)) > deparse(quote("-"(2,2)))
> as.list(x) [1] "2 - 2"
[[1]] > deparse(quote(2 - 2))
c [1] "2 - 2"
[[2]]
[1] 1
[[3]]
[1] 2 同じ表現にdeparse
されるとは限らない
> deparse(x)
[1] "c(1, 2)"
> class(deparse(x))
[1] "character" deparse(call→文字列化）

6

6.2 Substitutions
• “expression”をplotラベルとして文字列化した
い
• そんな時のsubstitute関数。俗に言う“deparse”
（オブジェクト⇒文字）
• 遅延評価に使われる”promise”オブジェクトの
expression スロットの値を引っこ抜く
• “promise”オブジェクトは
– expression：中身の“表現”
– environment：評価される際の“環境“
– value：（もし一度評価されているなら）その“値“
の３つのSLOTを持っている（2.1.8より） 7

6.2 Substitutions
plot(0)
for(i in 1:4)
{
text(1, 0.2 * i, substitute(x[ix] == y, list(ix = i, y = pnorm(i))))
}
1.0

x4  0.9999683
x3  0.9986501
x2  0.9772499
x1  0.8413447
0.0
0
-1.0

0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
Index
8

6.2 Substitutions
plot(0) bquote関数で
for( i in 1:4) 略記が可能
{
text(1, 0.2 * i, bquote(x[.(i)] == .(pnorm(i)) ))
}
1.0

x4  0.9999683
x3  0.9986501
x2  0.9772499
x1  0.8413447
0.0
0
-1.0

0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
Index
9

6.2 Substitutions
> expr <- quote(x + y) > nested <-
> not.nested <- substitute(substitute(e,
substitute(expr, list(x = 3)) list(x = 3)), list(e = expr))
> class(not.nested) > class(nested)
substituteを
[1] "name" [1] "call"
ネストして適用
> typeof(not.nested) > typeof(nested)
[1] "symbol" [1] "language"
> eval(not.nested) > eval(nested)
x+y 3+y

第一引数（quote(x+y))を評価しないので
正しくdeparse（文字列化されない） 10

6.2 Substitutions
> default <- 1
> f <- eval(bquote( function(x, y = .(default)) x+y ))
> f(2)
[1] 3

かなりヤンチャな書き方もできる。。。
が、可読性が。。。

11

6.2 Substitutions
• 厳密なルール
– パースツリーのそれぞれのシンボルが第二引数
（タグ付されたリストか環境）にマッチされる
– シンボルがローカル変数の場合は、そのローカル
の値が挿入される（グローバル環境にマッチされ
る場合除く）
– シンボルがpromise（関数の引数等）ならその表
現が代入される（たぶん遅延評価の事）
– substituteの前にローカル変数が変更された場合、
Rは新しい値を使う一方、Sの場合はargument
expressionを使う

12

}
y <- log(y)
45, 1.09861228866811, 1.38629436111989, 1.6094379124341,

logplot(1:19)
1.94591014905531, 2.07944154167984, 2.19722457733622,
, 2.39789527279837, 2.484906649788, 2.56494935746154,
0.0 1.5 3.0
2.70805020110221, 2.77258872223978, 2.83321334405622,
2.89037175789616, 2.94443897916644)
plot(y, ylab = ylab)

5
10
Index
logplot <- function(y, ylab = deparse(substitute(y))){

15
6.2 Substitutions

13

6.2 Substitutions
logplot <- function(y, ylab = deparse(substitute(y))){
ylab
y <- log(y)
plot(y, ylab = ylab) “ylab”をあらかじめ
} 評価しておくと良い
logplot(1:19)
3.0
1:19
1.5
0.0

5 10 15
Index
14

6.3 More on evaluation
• eval関数
‒ “call”オブジェクトを評価するときに使用
‒ どの“環境”で評価をするのかを指定可能
– 例（親環境評価）：eval(expr,
> x <- sys.frame(sys.parent())
3
> y <- 10
> eval(quote(x+y), data.frame(x = 1:10), sys.frame(sys.parent()))
[1] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
> eval(quote(x+y), sys.frame(sys.parent()))
先にデータの値を
[1] 13 使って評価してくれる
15

6.4 Evaluation of expression objects
• Expression object(2.1.4に記載あり)
– 特殊なLanguage Object
– Language objectとの違い
• 複数のExpressionを保持（call objectのlistみたいなもん）
• eval関数に通したときのみ評価される
> ex <- expression(2 + 2, 3 + 4)
call objectの
> ex[[1]]
リストっぽく扱える
2+2
> ex[[2]]
3+4 最後に評価されたものが値として返ってくる
> eval(ex) （中で評価は全部されてる）
[1] 7
16

• 前述の例は基本quote({2 + 2; 3 + 4})と同じ
• Language objectとの違い
• eval関数に通したときのみ評価される

> eval(substitute(mode(x), list(x = quote(2 + 2))))
[1] "numeric" 再帰的に
evalされる

> eval(substitute(mode(x), list(x = expression(2 + 2))))
[1] "expression"
“直に”eval関数に渡されない場合は
expressionは評価されない

17

> e <- quote(expression(2 + 2))
>e
expressionを作るcall object
expression(2 + 2)
> mode(e)
[1] "call"
> ee <- expression(2 + 2) vs
> ee
expression(2 + 2)
> mode(ee) 普通のexpression
[1] "expression"

18

6.5 Manipulation of function calls
• 関数がどのように呼ばれたのかを見たい
– sys.call関数
– match.call関数
> f <- function(x, y, ...) sys.call()
> f(y = 1, 2, z = 3, 4) “2”がxに割り当てられている
のがわかりにくい
f(y = 1, 2, z = 3, 4)
> f <- function(x, y, ...) match.call()
“2”がxに割り当てられている
> f(y = 1, 2, z = 3, 4) のがわかりやすい
f(x = 2, y = 1, z = 3, 4)
※返り値は
両方共Call Object 19

• match.callは同じ引数で違う関数を呼ばれる時
によく使われる（例:lm関数の頭）
vh> f <- function (formula, data, subset, weights, na.action, method = "qr",
+ model = TRUE, x = FALSE, y = FALSE, qr = TRUE, singular.ok = TRUE,
+ contrasts = NULL, offset, ...)
+{
+ cl <- match.call()
+ mf <- match.call(expand.dots = FALSE)
+ m <- match(c("formula", "data", "subset", "weights", "na.action",
+ "offset"), names(mf), 0L)
+ mf <- mf[c(1L, m)]
+ print(mf)
+ mf$drop.unused.levels <- TRUE
+ print(mf[[1L]]) 関数名だけ
+ mf[[1L]] <- as.name("model.frame")
+ print(mf)
変更して評価
+ eval(mf, parent.frame())
+}
20

> f(y~x, data.frame(x=1:10, y = 1:10 + rnorm(10)))
f(formula = y ~ x, data = data.frame(x = 1:10, y = 1:10 + rnorm(10)))
f
model.frame(formula = y ~ x, data = data.frame(x = 1:10, y = 1:10 +
rnorm(10)), drop.unused.levels = TRUE)
y x 関数名
1 1.409984 1
2 3.925316 2
変更前
3 5.449060 3
4 4.462354 4 関数名変更＋項目追加
5 5.494868 5
6 6.283794 6
7 7.479154 7
8 8.675264 8
9 8.283814 9
10 9.259617 10

21

• match.callのexpand.dotsをFALSEにすると”…”が
ひと固まりのリストとして扱われる
> f <- function(x, y, ...) match.call(expand.dots = FALSE)
> f(y = 1, 2, z = 3, 4)
f(x = 2, y = 1, ... = list(z = 3, 4))
> f(y = 1, 2, z = 3, 4)$...
$z
リストとして扱われる。特に
[1] 3 f(y = 1, 2, z = 3, 4)$... <- NULL
[[2]] 等として要らないものを消去
[1] 4 する際に使用

22

• 関数呼び出しを作成する２つの関数
– call関数
– do.call関数
• call関数
– 関数名と引数のリストからcall objectを生成
• do.call関数
– call関数と似てるけど、こちら値を即評価
– modeがlistな引数に指定した関数を適用
（data.frameのmodeもlistなんで適用可能）
23

• 関数Callを作成する２つの関数
– call関数
– do.call関数
> f <- function(x, y, ...) sys.call()
> f(y = 1, 2, z = 3, 4) “2”がxに割り当てられている
のがわかりにくい
f(y = 1, 2, z = 3, 4)
> f <- function(x, y, ...) match.call()
“2”がxに割り当てられている
> f(y = 1, 2, z = 3, 4) のがわかりやすい
f(x = 2, y = 1, z = 3, 4)
※返り値は
両方共Call Object 24

> y <- 10.5
> (e <- call("round", y)) call関数でcall objectを
生成&評価
round(10.5)
> eval(e)
[1] 10
>
> x <- list(x = 1:5, y = 101:105, z = 1001:1005)
do.call関数で
> do.call("rbind", x)
引数のリストを
[,1] [,2] [,3] [,4] [,5] 全て”rbind”関数
x 1 2 3 4 5 で結合し行列化
y 101 102 103 104 105
z 1001 1002 1003 1004 1005

25

6.6 Manipulation of functions
• 関数・クロージャーを操作する関数が存在
1. body:関数の中身(expression)を返却
2. formals:関数の引数を返却
3. environment:関数の環境を返却

• 関数⇔リストの相互変換
– as.list: 関数 ⇒ リスト
– as.function：リスト ⇒ 関数

26

> f.original <- function(x){x + a} > formals(f)
> f <- f.original 例として $x
> f(3) 使う関数 > environment(f)
以下にエラー f(3) : オブ <environment: R_GlobalEnv>
ジェクト ‘a’ がありません > body(f) <- quote(5^x)
> body(f) > #body(f) <- expression(5^x)
{ >f
x+a function (x)
} 5^x 関数の中身
を変更できる

27

変更された関数 3(x) + 10(a) = 13
> f(3) 5^3 = 125として評価 f(3)
> と評価される
[1] 125 [1] 13
> >
> f <- f.original > f <- f.original
> formals(f) <- alist(x = , a = 10) > as.list(f)
>f $x
function (x, a = 10) [[2]]
{ {
x+a x+a
alist(の結果）をformalsに
} 入れることで外から束縛 }

※alistはうまいこと”型”を割り振った”list”を作ってくれる関数 28

> as.function(as.list(f))
function (x) 関数をリスト化した後、
{ 再関数化で元通り
x+a
}
>
> f <- as.function(alist(x = ,y = 2,x + y))
> f(3)
[1] 5
alistで作成したlistを関数化

29

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