R语言的特性及其在数学建模中的应用分析

(长治学院，山西长治市，046011） 张蓬霞

在早期，R语言多被应用于统计学领域，后续随着该项语言的应用发展，凭借着自身种种优势特性，R 语言的应用领域也得到了有效扩展。尤其是互联网时代的来临，伴随着海量信息数据的产生，针对这些数据的挖掘处理，更需要应用R 语言提供相应的帮助。如果在数学建模之中充分利用R语言，同样有利于建模效率与效用价值的发挥与展现。

1 R语言特性分析

对R 语言进行追根溯源，我们能够了解到，这门语言最早是受S 语言与Scheme 语言影响发展而言，其中S 语言创建于1976 年，创建者是John Chamber；Scheme 语言创建时间是20 世纪70 年代，创建者是Guy L.Steele 与Gerald Jay Sussman。在早期，R 语言的主要使用者是统计学家与数据分析人员，他们经常使用R 语言，开展统计分析以及图形可视化工作，R 语言的创造者是Ross Ihaka 与Robert Gentleman，由于两人的姓名都是以R 开头，因此两人创造的语言也被形象地称之为R语言。R语言最早是基于S语言的一个GNU项目，因此可以将R 语言视为S 语言的一种实现。一般情况下，采用S 语言编写的代码，都能够直接在R 语言环境下运行。

1.1 语法特性

R语言作为一种函数语言，语法非常简单，使用方式自由灵活，入门门槛不高，完全面向对象，实际命名也不存在复杂的规则，深受S 语言的影响。R语言使用免费，相关语言代码开源，因此在很多高等院校以及组织机构之中有着广泛的应用。R语言语法虽然相对简单，但想要深入掌握这门语言，仅仅掌握语法还远远不够。究其原因在于，R 语言有着非常广泛的涉猎范围，从移动互联网，到统计数据分析，从金融风险预测，到大数据挖掘，从生物信息研究，到地球物理探索，上述诸多领域均有着R语言的使用身影。尤其是近些年来，R 语言的应用领域再次得到了扩展，在工业领域中的应用价值逐渐得到凸显。

1.2 语言知识结构特性

为了能够更加熟练地应用R语言，必须要熟悉这门语言的基础语言知识结构。相较于其他编程语言来说，R语言诞生之初，主要是为了解决统计学相关问题，而统计学本身涵盖的数学知识领域较为繁杂，除了高等数学以及数理统计以外，还包括概率论、离散数学等，因此R 语言的知识结构同样包含了这些复杂的数学知识理论，不仅如此，还需要将这些数学理论与复杂的业务知识相融合，才能组建一个完整的基础语言知识结构，这些业务知识内容包括统计算法、数据库等，如此才能更好地发挥出R语言的使用价值。

1.3 R语言设计理念特性

R 语言在设计之初，便遵循了一个重要设计理念，即精心做事。一般情况下，R语言的研究对象均比较复杂，比如需要结合实际需求，建立一个复杂的统计模型，在这一过程中，需要相关技术人员静下心来，认知思考如何进行模型的构建，合理选择相应的模型参数，而不需要考虑如何设计程序，因此采用代码也不会太过复杂，在实际应用时，只需要结合实际需要，调用相关的函数，完成参数传递，不需要考虑空间与时间复杂度等相关问题。

1.4 其他特性

除了上述特性以外，R 语言还存在一些其他的特性，比如R 语言能够与其他编程语言共用，尤其是S 语言与Scheme 语言，三者有着非常紧密地联系。除此之外，R语言还能够通过相应接口，很好地与数据库对接，本身R 语言的保存机制也比较完善，网上资源丰富等，正是这些特性的存在，使得R语言在当前时代得到了广泛的应用。

2 R语言特性对比

为了更全面深入地了解R语言的特性，文章本次选择了其他三种编程软件与之进行对比，这三款编程软件分别是“MATLAB”软件、“SPSS”软件以及“SAS”软件。上述三种软件与R语言在商业方面有着较强的竞争力，并且相应的软件在不同领域之中均有着各自的优势特性。

2.1 “MATLAB”软件的绘图功能分析

“MATLAB”软件在图像处理能力方面表现较为出色，相关数据信息能够可视化呈现，与此同时，还能够标注相应的图形，并完成图形打印。针对图形处理，还能够实现顶层设计，并完成相应的图形计算与工程绘图。“SPSS”软件在图像处理方面，有着比较友好的界面，能够获得高质量的图形信息，可以在图像处理中使用编程语言，但图形工具有待进一步完善，深入掌握应用的难度较大。“SAS”软件在图像处理方面，有着非常完善且强大的绘图工具，同时搭载有专业复杂的模块，能够为图形绘制处理提供良好助力。同时该款软件也能够使用编程语言进行图像的绘制。“R”软件能够提供完善的绘图技术，同样具有图形数据可视化功能，不仅如此，利用R 软件，还能够绘制一些动态的图形，还能够结合实际需求，自由灵活地进行复杂图形的组合绘制。

2.2 “MATLAB”软件的数据处理功能分析

“MATLAB”软件在数据处理方面，有着诸多算法可供选择，因此用户可以灵活结合自身需要，选择相应的算法完成数据的处理。“SPSS”软件在数据处理方面，搭载有专门的数据编辑器，从而为用户自主确定数据属性提供了良好的便利。但在实际进行数据处理时，无法批量操作，只能够操作处理同一个文件夹中的数据。“SAS”软件在数据处理方面，能够采用很多处理方式，并且一次性可同时处理多个数据文件，还能够进行多变量数据处理，但实际操作较为复杂困难，需要长时间学习。“R”软件在数据处理方面，操作非常便捷。与此同时，还能够从横向与纵向出发，自由进行数据变换。还可以采用正则表达式，进行数据字符批量化操作。因此针对一些信息丰富的数据表，处理效率非常高。

2.3 “MATLAB”软件的统计功能分析

“MATLAB”软件在统计分析方面，有着丰富的统计分析算法可供用户自由选择。“SPSS”软件作为一种为“统计而生”的软件，本身包含着大量的统计分析算法，能够进行大规模的统计分析。不仅如此，相较于其他软件来说，该软件在方差分析、聚类分析以及多变量分析方面，也有着较为显著的优势。“SAS”软件在统计分析方面，在方差分析方面操作比较便捷，同时还能够结合实际，建立相应的混合数据模型，实现对多变量数据信息的处理。但在稳健方法等方面，相较于其他软件而言，该项软件处于明显的劣势。“R”软件在统计分析方面，功能十分丰富，非常擅于进行聚类、统计检验以及时间序列方面的分析。同时在扩展包资源方面，R 软件在进行统计分析时能够表现出独特的优势。

2.4 “MATLAB”软件的程序语言功能分析

“MATLAB”软件在语言分析方面，程序语言应用比较简单，语言特点与C++语言比较相似，同时“MATLAB”软件程序语言有着非常好的可移植性与可扩展性，因此适用领域也比较广泛。“SPSS”软件在程序语言方面，由于是一种专用的统计软件，因此不需要进行语言编程，只需要掌握相应的统计方法即可。“SAS”软件在程序语言方面，有着非常完善的语言功能，且与其他编程语言有着良好的相似度。使用者在实际操作时，一般只要掌握了相应的语法规则，并对相关指令了如指掌，就能够在数据分析管理方面得心应手。“R”软件在程序语言方面，有着非常高的灵活度，并且开发者还能够对语言进行非标准计算，从而进一步强化了语言的可操作性，赋予了语言良好的可扩展性。不仅如此，R语言比较简单，非常容易学习入门，同时该语言软件保留了程序设计语言的基础逻辑，因此语言风格表现更加自然。

2.5 “MATLAB”软件的操作分析

“MATLAB”软件在操作方面，有着非常强的人机交互性，且界面也非常的友好，因此用户非常容易调用相关的函数，完成计算操作。同时后续的调试也比较方便，有着非常好的可操作性。“SPSS”软件在程序语言方面，同样非常便捷，交互界面可以直接点击，选择相关的操作功能。同时还能下拉菜单，自由选择需要操作执行的指令。但操作功能相对有限，只能进行一般的数据操作处理分析。“SAS”软件在操作方面，界面也比较友好，本身有着专属的SAS语言以及多窗口操作功能，实际操作性也比较灵活，且本身的数据接口功能也十分强大，可操作性较强。“R”软件在操作方面，整体比较简单，且该软件有着非常多的扩展包，能够涵盖多个方面，因此在数据操作处理领域范围较广，有着非常显著的优势。

3 R语言在数学建模方面的应用

在当前，伴随着R 语言的不断深入应用发展，其已经不再局限于数据统计领域的应用，而是朝着多领域多方向不断地深入发展。比如互联网领域、教育领域、电商领域、金融领域、教育领域等。同时通过分析了解R语言的各种特性，我们也能够认识到R语言在数学建模领域也有着非常良好的效用，能够更好地助力数学建模发挥出更大作用价值。例如针对在大学生毕业后，就业问题是首当其冲必须要解决的问题，这不仅关系到大学生未来职业发展，同时对社会整体和谐稳定也有着非常积极的影响作用。从社会统计调查来看，大学生在实际进行求职时，主要考虑薪资待遇的高低、工作所在地和专业是否对口。这些内容对大学生就业均有着非常重要的影响。基于此，可以结合智联招聘发布的《2020年秋季大学生就业报告》相关数据显示，专科学位大学生的平均薪资为4 562 元，本科学位大学生的平均薪资为5 102 元，硕士学位大学生平均薪资为7 235 元。随后，可以结合影响大学毕业生平均月薪的相关因素，做好不同学位大学生平均薪资数据信息的收集，通并以此为依据，建立合理的数学模型，预测2020年大学生平均薪资，最后，还可以采用MATLAB、SPSS、SAS以及R软件对这些统计数据信息分别进行拟合，从最终的结果来看，均与《2020 年秋季大学生就业报告》给定的数据比较相似，由此能够证明，采用MATLAB、SPSS、SAS与R软件，对这一问题拟合均能够起到良好的效果，但通过对比上述四种软件的拟合优度，采用R语言所做的拟合优度与1最为接近，由此能够证明，R语言拟合效果相较其他三种语言效果更好，同时也说明了R语言在数学建模方面有着非常显著的作用优势。

4 总结

总而言之，R语言作为一种函数语言，本身有着很多优势特性，比如语法非常简单，使用方式自由灵活，能够与其他编程语言共用，能够通过相应接口很好地与数数据库对接，本身R语言的保存机制也比较完善，网上资源丰富，相关语言代码开源免费等，因此在很多高等院校以及组织机构中应用较为广泛，基于这些优势特性，还可以将R 语言应用于数学建模，同样有着非常好的效用，这对推动R语言实现广泛应用发展有着重要作用。