R语言七天入门教程三：学习基本结构

R语言七天入门教程三：学习基本结构

一、编程的语言的基本结构

1、三种基本结构

绝大多数编程语言，都有三种最基本的程序结构：顺序结构、分支结构、循环结构。这三种结构的流程图如下所示（从左至右依次为：顺序结构、分支结构、循环结构）：

2、语句块

在R语言中，一行代码会被识别为一条语句。代码之后无需结束符号。也可以用一行代码执行多条语句，每条代码之间用分号;分隔。（不推荐，一行代码执行多条语句，会影响代码可读性）

R中用大括号{ }将代码块包围，作为一个整体，即一个语句块。通常对于同一个语句块内的代码，采用相同的缩进。代码缩进对程序运行没有影响，但影响可读性，一般缩进2个空格。对于分支结构中的分支、循环结构中的循环体，都会采用缩进来提高代码可读性。

二、顺序结构

顺序结构是最基础最常用的结构，由流程图可以看出：对于顺序结构而言，语句按照其在程序中出现的先后顺序依次执行。先执行语句1，然后执行语句2，语句3，…，语句n。程序例子如下：

# 下面这段代码演示了如何交换两个变量的值
a = 10 # 声明变量a，并初始化为10
b = 5 # 声明变量b，并初始化为5
tmp = a # 声明变量tmp, 并将a的值赋给它，此时tmp的值为10
a = b # 将b的值赋给变量a，此时a的值为5
b = tmp # 将tmp的值赋给变量b，此时b的值为10
# 请思考：为什么要使用临时变量tmp，直接用如下语句是否可行？
# a = b
# b = a

三、分支结构

在分支结构中，程序有多个分支，会根据当前的条件来选择其中一个分支来执行。从流程图可以看出：当满足判断条件时，就执行语句块1（分支1）和语句块3；不满足条件时，就执行语句块2（分支2）和语句块3。在R语言中，有两种分支结构：if-else结构，和switch结构。

1、if-else语句（更推荐使用）

if-else语句的语法结构如下：

if(bool_expression) { # 判断条件是一个布尔表达式，其值要么为真，要么为假
    statements1 # 表达式为真，就执行此处
}else {
    statements2 # 表达式为假，就执行此处
}

if-else语句中的else部分可以省略，如下：

if(bool_expression) { # 判断条件是一个布尔表达式，布尔表达式通常含有关系运算符或者比较运算符
    statements1 # 表达式为真，就执行此处
}

if-else语句还可进行嵌套，如下：

if(bool_expression1) { # 判断条件1是一个布尔表达式，R语言中数值也可用于布尔表达式
    statements1 # 表达式1为真，就执行此处
}else if(bool_expression2) { # 判断条件2是一个布尔表达式，非0为TRUE, 0就是FALSE
    statements2 # 表达式1为假且表达式2为真，就执行此处
} else {
    statements3 # 表达式1和表达式2均为假，就执行此处
}

程序例子如下：

# 模拟分段函数：当x>=2时，y = 2x+3；当0
x = 10 # 声明变量a，并初始化为10
if(x>=2) { 
    y = 2*x + 3 # 对应x>=2
} else if(x > 0) { # 代码执行到此处，说明不满足x>=2，一定有x<2，所以此处只需判断x>0
    y = 2
}else{ # 代码执行到此处，说明不满足x>=2和x>0，一定有x<0，所以此处无需判断
    y = x - 5 
}
print(y) # 此处在控制台打印y的值，结果为23

2、switch语句

switch语句用于多个值匹配的场景，相当于对多重if-else语句进行了简化，但不如if-else直观。其语法结构如下：

switch(expresseion, case1, case2, case3, ..., casen)

括号中的第一项是一个表达式，其值可以是整数或者字符串。当值为整数时，就返回对应位置的case，如果值不在case的位置范围内，就返回NULL。当值为字符串时，就返回与之匹配的第一个case，如果没有匹配的case，就返回NULL。

整数对应的程序例子如下：

# 模拟根据不同的排名给予不同的奖励，第一名1000元，第二名500元，第三名300元
rank = 1 # 声明变量rank，并初始化为1
award = switch(rank, '1000RMB', '500RMB','300RMB') # 声明变量award，并根据rank的值来进行初始化
print(award) # 此处在控制台打印award，结果为'1000RMB'， 如果rank的值不在1，2，3中，就会打印NULL

字符串对应的程序例子如下：

# 模拟根据不同的关键字生成官网网址
word = 'baidu'  # 声明变量word，并初始化为'baidu'
web_url = switch(word, 'weibo'='www.weibo.com', 'baidu'='www.baidu.com','tencent'='www.tencent.com') # 声明变量web_url，并根据word的值来进行初始化
print(web_url) # 打印web_url，结果为'www.baidu.com'， 如果word的值不在'weibo'，'baidu'，'tencent'中，就会打印NULL

四、循环结构

对于循环结构，指的是在程序运行过程中，如果满足某一条件，就会重复执行一段代码若干次。从流程图可以看出：当满足判断条件时，就执行语句块1（循环体）；如果不满足，就直接执行语句块2。每次执行完语句块1后，都要再次判断是否满足循环条件，如果满足，就继续执行语句块1；如果不满足，就退出循环执行语句块2。

1、for循环

for循环最为简洁直观，可用于遍历序列或者循环执行代码。其语法结构如下：

for(value in sequence){ # 遍历sequence中的每一个值，循环执行次数为sequence的长度
    statements # 循环体，即重复执行的语句
}

程序例子如下：

# 模拟打印数字1-10的平方
for(i in 1:10){ # 1:10表示起始值为1、结尾值为10、且间隔为1的序列，即1, 2, 3, ..., 10，所以会循环10次
    print(i*i) # 打印i的平方，i是循环计数变量，依次为序列中的每个值
}

2、while循环

while循环亦称当型循环，当条件满足时，就执行循环。其语法结构如下：

while(bool_expression){ # 当满足条件，就进入循环，每次执行完，都要进行一次判断
    statements # 循环体，即重复执行的语句
}

程序例子如下：

# 模拟计算数字1-10的和
i = 1 # 声明变量i，并初始化为1
sum = 0 # 声明变量sum，并初始化为0
while(i <= 10){ # 当i<=10时，才会进入循环。每次循环执行完后，都要重新判断是否满足i<=10
    sum = sum + i # 求和
    i = i + 1 # i自增1，这一步很重要，不然i的值就一直是初始化的1了
}
print(sum) # 打印sum的值，结果为55

在while循环中，还存在一种特殊的循环，称为死循环，即循环判断条件始终为真。死循环会导致程序一直执行循环体，造成卡死的现象。一般来说，应该尽量避免死循环；但在特殊情况下，也可以用死循环来监听用户的输入。程序例子如下：

# 模拟死循环
i = 10 # 声明变量i，并初始化为10
while(i){ # 由于i的值是10，会被当作TRUE来处理，所以会陷入死循环
    print(i) # 将会在控制台一直打印10
}

3、repeat循环

repeat循环可以理解为直到型循环，直到满足某个条件时，就退出循环。其语法结构如下：

repeat{ 
    statements # 循环体，即重复执行的语句，在repeat循环中至少执行一次
    if(bool_expression) # 当表达式为真时，结束循环
        break  # break是一个关键字，用于结束当前循环。当if语句中的分支只有一条语句时，可以省略{}
}

程序例子如下：

# 模拟计算数字1-100内所有奇数的和
i = 1 # 声明变量i，并初始化为1
sum = 0 # 声明变量sum，并初始化为0
repeat{
   if(i%%2 == 1){ # 除以2，余数为1，说明是奇数
       sum = sum + i # 求和
   }
   i = i + 1 # i自增1
   if(i > 100) # 当i>100时，退出循环
        break
}
print(sum) # 打印sum的值，结果为2500

当然，如果把i自增1改为i自增2，代码还可以进一步简化：

# 模拟计算数字1-100内所有奇数的和
i = 1 # 声明变量i，并初始化为1
sum = 0 # 声明变量sum，并初始化为0
repeat{
   if(i > 100) # 当i>100时，退出循环
        break # 请思考：这里为什么要先判断是否退出循环，再进行求和？
   sum = sum + i # 求和
   i = i + 2 # i自增2
}
print(sum) # 打印sum的值，结果为2500

注：repeat循环中如果漏掉了break关键字，也会陷入死循环。所以，更推荐在R语言中使用for循环和while循环。

4、break关键字

break是R语言中的一个关键字，可以写在循环体中的任意位置，用于结束当前循环。当出现循环嵌套时，需要分清break所在的位置。

程序例子如下：

# 模拟找出等差数列{1，7，13，19，...}中小于100的最大的数
i = 1 # 声明变量i，并初始化为1
while(i < 100){ # 当i<100时，才执行循环
    if (i + 6 >= 100) # 当前数小于100，如果下一个数大于等于100，则说明当前数为小于100的最大的数
        break # 退出循环
    i = i + 6 # i自增6     
}
print(i) # 打印i的值，结果为97

5、next关键字

next关键字用于跳过当前循环，开始下一次循环流程。和break一样，next也可以写在循环体中的任意位置。对于while循环而言，下一次循环流程为：先判断循环条件是否满足，再执行循环体。对于repeat循环而言，下一次循环流程为：先执行循环体，再判断循环退出条件是否满足。

程序例子如下：

# 模拟计算1-100内所有非3的倍数的和
i = 1 # 声明变量i，并初始化为1
sum = 0 # 声明变量sum，并初始化为0
for(i in 1:100){ # 遍历1-100的每一个数
    if(i%%3==0) # 3的倍数对3求余，结果理应为0
        next # 如果是3的倍数，就跳过
    sum = sum + i # 不是3的倍数，就求和
}
print(sum) # 打印sum的值，结果为3367