MATLAB/R  Dic,onary  R  meetup  NYC  January  7,  2010  

Harlan  Harris  harlan@harris.name  

@HarlanH  

Marck  Vaisman  marck@vaisman.us  

@wahalulu  

MATLAB  and  the  MATLAB  logo  are  registered  trademarks  of  The  Mathworks.  

About  MATLAB  

What  is  MATLAB  •  Commercial  numerical  

programming  language,  simula,on  and  visualiza,on  

•  One  million  users  (engineers,  scien,sts,  academics)  

•  MATrix  LABoratory  –  specializes  in  matrix  opera,ons  

•  Mathworks    -­‐  base  &  add-­‐ons  •  Open-­‐source  Octave  project  

MATLAB  History  •  Developed  by  Cleve  Moler  

(Math/CS  Prof  at  UNM)  in  the  1970’s  as  a  higher-­‐level  numerical  programming  language  (vs.  Fortran  LINPACK)  

•  Adopted  by    engineers  for  signal  processing,  control  modeling  

•  Mul,purpose  programming  language  

Notes  

•  Today’s  focus:  Compare  MATLAB  &  R  for  data  analysis,  contrast  as  programming  languages  

•  MATLAB  is  Base  plus  many  toolboxes  –  Base  includes:  descrip,ve  stats,  covariance  and  correla,on,  linear  and  nonlinear  regression    

–  Sta,s,cs  toolbox  adds:  dataset  and  category  (like  data.frames  and  factors)  arrays,  more  visualiza,ons,  distribu,ons,  ANOVA,  mul,variate  regression,  hypothesis  tests    

-­‐>  

•  Interac,ve  programming:  Scripts  and  Read-­‐Evaluate-­‐Print  Loop  

•  Similar  representa,ons  of  data  –  Both  use  vectors/arrays  as  the  primary  data  structures  

•  Matlab  is  based  on  2-­‐D  matricies;  R  is  based  on  1-­‐D  vectors  

–  Both  prefer  vectorized  func,ons  to  for  loops  –  Variables  are  declared  dynamically  

•  Can  do  most  MATLAB  func,onality  in  R;  can  do  most  R  func,onality  in  MATLAB.  

The  basics:  vectors,  matrices  and  indexing  

Task  

Create  a  row  vector   v  =  [1  2  3  4]   v<-­‐c(1,2,3,4)  

Create  a  column  vector   v=[1;2;3;4]  or  v=[1  2  3  4]’   v<-­‐c(1,2,3,4)    Note:  R  does  not  distinguish  between  row  and  column  vectors  

Enter  a  matrix  A   A=[1  2  3;  4  5  6]   Enter  values  by  row:  A<-­‐matrix(c(1,2,3,4,5,6),  nrow=2,  byrow=TRUE)  Enter  values  by  column:  A<-­‐matrix(c(1,4,2,5,3,6),  nrow=2)  

Access  third  element  of  vector  v   v(3)   v[3]  or  v[[3]]  

Access  element  of  matrix  A   A(2,3)   A[2,3]  

“Glue”  two  matrices  a1  and  a2,  same  number  of  rows,  side  by  side  

A=[a1  a2]   A<-­‐cbind(a1,a2)  

“Stack”  two  matrices  a1  and  a2,  same  number  of  columns  

A=[a1;a2]   A<-­‐rbind(a1,a2)  

Reshape*  matrix  A,  making  it  an  m  x  n  matrix  with  elements  taken  columnwise  from  A  

A=reshape(A,m,n)   dim(A)<-­‐c(m,n)  

Operators  

Task  

Assignment   =   <-­‐  or  =  

Whole  Matrix    Opera,ons:   Multiplication:  A*B  Square  the  matrix:  A^2  Raise  to  power  k:  A^k  

A  %*%  B  A  %*%  A  A  %*%  A  %*%  A  …    

Element-­‐by-­‐element  Opera,ons:  

A.*B  A./B  A.^k  

A*B  A/B  A^k  

Compute  A-­‐1B   A\B   A%*%  solve(B)  

Sums   Columns  of  matrix:  sum(A)  Rows  of  matrix:  sum(A,2)  

colSums(A)  rowSums(A)  

Logical  operators  (element-­‐by-­‐element  on  vectors/matrices)  

a  <  b,  a  >  b,  a  <=  b,  a  >=  b  a  ==  b  a  ~=  b  AND:  a  &&  b  

OR:  a  ||  b  

XOR:  xor(a,b)  NOT:  ~a  

a  <  b,  a  >  b,  a  <=  b,  a  >=  b  a  ==  b  a  !=  b  AND:  a  &&  b  (short-­‐circuit)            a  &  b  (element-­‐wise)  OR:  a  ||  b          a  |  b  XOR:  xor(a,b)  NOT:  !a  

Working  with  data  structures  

Task  

Build  a  structure  v  of  length  n,  capable  of  containing  different  data  types  in  different  elements.  MATLAB:  cell  array  R:  list  

v=cell(1,n)  In  general,  cell(m,n)  makes  an  m  ×  n  cell  array.  Then  you  can  do  e.g.:  v{1}=12  v{2}=’hi  there’  v{3}=rand(3)  

v<-­‐vector(’list’,n)    Then  you  can  do  e.g.:  v[[1]]<-­‐12  v[[2]]<-­‐’hi  there’  v[[3]]<-­‐matrix(runif(9),3)  

Create  a  matrix-­‐like  object  with  different  named  columns.  MATLAB:  struct  array  R:  data.frame  

avals=2*ones(1,6);  yvals=6:-­‐1:1;  v=[1  5  3  2  3  7];  d=struct(’a’,  avals,  ’yy’,  yyvals,  ’fac’,  v);  

v<-­‐c(1,5,3,2,3,7)  d<-­‐data.frame(cbind(a=2,  yy=6:1),  v)  

Condi,onals,  control  structures,  loops  

Task  

for  loops  over  values  in  vector  v  

for  i=v    command1    command2  

end  

If  only  one  command:  for  (i  in  v)    command  

If  multiple  commands:  for  (i  in  v)  {    command1    command2  

}  

If/else  statement     if  cond    command1    command2  

else    command3    command4  

end  

MATLAB  also  has  the  elseif  statement.  

if  (cond)  {    command1    command2  

}  else  {    command3    command4  

}  

R  uses  chained  “else  if”  statements.  

ifelse()  func,on     >  print(ifelse(c(T,F),  2,  3))  [1]  2  3  

Help!  

Task  

Get  help  on  a  func,on   help  fminsearch   help(pmin)    or  ?pmin  

Search  the  help  for  a  word   lookfor  inverse   ??inverse  

Describe  a  variable   class(a)   class(a)  str(a)  

Show  variables  in  environment   who   ls()  

Underlying  type  of  variable   whos(‘a’)   typeof(a)  

Example:  k-­‐means  clustering  of  Fisher  Iris  data  Fisher  Iris  Dataset  sepal_length,sepal_width,petal_length,petal_width,species  5.1,3.5,1.4,0.2,setosa  4.9,3.0,1.4,0.2,setosa  4.7,3.2,1.3,0.2,setosa  4.6,3.1,1.5,0.2,setosa  …  

Matlab  and  R  as  programming  languages  

Scrip,ng,  real-­‐,me  analysis   Scrip,ng,  real-­‐,me  analysis  

File-­‐based  environments   Files  unimportant  

Impera,ve  programming  style   Func,onal  programming  style  (impure)  

Sta,cally  scoped   Dynamically  scoped  

Func,ons  with  mul,ple  return  values   Func,ons  with  named  arguments,  lazy  evalua,on  

Evolving  OOP  system   Mul,ple  compe,ng  OOP  systems  

Can  be  compiled   Cannot  be  compiled  

Large  library  of  func,ons                  Professional  developed,  cost  money  

Large  library  of  func,ons  Varying  quality  and  support  

Can  embed  (in)  many  other  languages   Can  embed  (in)  many  other  languages  

Func,ons  

function  [a,  b]  =  minmax(z)      %  one  function  per  .m  file!      %  assign  to  formal  return  names      a  =  min(z)      b  =  max(z)  end  

%  if  minmax.m  in  path  [smallest,  largest]  =  …  

 minmax([1  30  3])  

minmax  <-­‐  function(c,  opt=12)  {      #  functions  are  assigned  to      #  variables      ret  <-­‐  list(min  =  min(z),                                        max  =  max(z))      ret        #  last  statement  is                    #  return  value  }  

#  if  minmax  was  created  in  current  #  environment  x  <-­‐  minmax(c(1,  30,  3))  smallest  <-­‐  x$min  

Object-­‐Oriented  Programming  

•  Formerly:  objects  were  defined  by  a  directory  tree,  with  one  method  per  file  

•  As  of  2008:  new  classdef    syntax  resembles  other  languages  

•  S3  classes:  anributes  +  syntax  –  class(object)  –  plot.lm()  

•  S4  classes:  defini,ons  +  methods  

•  R.oo,  proto,  etc…  

Other  notes  

•  r.matlab  package  

•  Graphics  – Matlab  has  much  bener  3-­‐d/interac,ve  graphics  support  –  R  has  ggplot2  and  much  bener  sta,s,cal  graphics  

Addi,onal  Resources  

•  Will  Dwinell,  Data  Mining  in  MATLAB  •  Computerworld  ar,cle  on  Cleve  Moler  •  Mathworks  •  Matlabcentral  •  Comparison  of  Data  Analysis  packages  (hnp://anyall.org/blog/2009/02/comparison-­‐of-­‐data-­‐analysis-­‐packages-­‐r-­‐matlab-­‐scipy-­‐excel-­‐sas-­‐spss-­‐stata/)  

•  R.matlab  package  •  stackoverflow  

References  used  for  this  talk  

•  David  Hiebeler  MATLAB/R  Reference  document:  hnp://www.math.umaine.edu/~hiebeler/comp/matlabR.html  

•  hnp://www.cyclismo.org/tutorial/R/index.html  •  hnp://www.stat.berkeley.edu/~spector/R.pdf  •  MATLAB  documenta,on  

•  hnp://www.r-­‐cookbook.com/node/23  

Thank  You!