Data Visualization

class: center, middle, inverse, title-slide

# Data Visualization
## Summarizing data (dplyr)
### Andrew Irwin, <a href="mailto:a.irwin@dal.ca" class="email">a.irwin@dal.ca</a>
### Math & Stats, Dalhousie University
### 2021-01-25 (updated: 2021-01-09)

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class: middle

# Transforming data

How can we  
  * transform data, or 
  * reduce a large number of observations to a smaller number?

* Compute derived quanties (ratios, change units)

* Count observations in categories

* Compute means and standard deviations 
  * Combine replicates
  * Average over cateogories

* Highlight special cases

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class: middle, inverse
# dplyr examples

Transforming and reducing observations using

* `mutate`

* `filter`

* `group_by`

* `summarize`

We will use the `ChickWeight` data in the `datasets` package.

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class: middle

# Data

```r
glimpse(ChickWeight)
```

```
## Rows: 578
## Columns: 4
## $ weight <dbl> 42, 51, 59, 64, 76, 93, 106, 125, 149, 171, 199, 205, 40, 49, …
## $ Time   <dbl> 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 21, 0, 2, 4, 6, 8, 10, …
## $ Chick  <ord> 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,…
## $ Diet   <fct> 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,…
```

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class: middle
# Use summarize to count observations

```r
ChickWeight %>% summarize(count = n()) %>% kable()
```

<table>
 <thead>
  <tr>
   <th style="text-align:right;"> count </th>
  </tr>
 </thead>
<tbody>
  <tr>
   <td style="text-align:right;"> 578 </td>
  </tr>
</tbody>
</table>

---
class: middle
# Count observations in groups

```r
ChickWeight %>%
* group_by(Diet) %>%
  summarize(count = n(), .groups="drop") %>%
  kable()
```

<table>
 <thead>
  <tr>
   <th style="text-align:left;"> Diet </th>
   <th style="text-align:right;"> count </th>
  </tr>
 </thead>
<tbody>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> 1 </td>
   <td style="text-align:right;"> 220 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> 2 </td>
   <td style="text-align:right;"> 120 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> 3 </td>
   <td style="text-align:right;"> 120 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> 4 </td>
   <td style="text-align:right;"> 118 </td>
  </tr>
</tbody>
</table>

---
class: middle
## Two grouping factors

```r
ChickWeight %>%
* group_by(Diet, Chick) %>%
  summarize(count = n(), .groups = "drop") %>%
  paged_table()
```

<div data-pagedtable="false">
  <script data-pagedtable-source type="application/json">
{"columns":[{"label":["Diet"],"name":[1],"type":["fct"],"align":["left"]},{"label":["Chick"],"name":[2],"type":["ord"],"align":["right"]},{"label":["count"],"name":[3],"type":["int"],"align":["right"]}],"data":[{"1":"1","2":"18","3":"2"},{"1":"1","2":"16","3":"7"},{"1":"1","2":"15","3":"8"},{"1":"1","2":"13","3":"12"},{"1":"1","2":"9","3":"12"},{"1":"1","2":"20","3":"12"},{"1":"1","2":"10","3":"12"},{"1":"1","2":"8","3":"11"},{"1":"1","2":"17","3":"12"},{"1":"1","2":"19","3":"12"},{"1":"1","2":"4","3":"12"},{"1":"1","2":"6","3":"12"},{"1":"1","2":"11","3":"12"},{"1":"1","2":"3","3":"12"},{"1":"1","2":"1","3":"12"},{"1":"1","2":"12","3":"12"},{"1":"1","2":"2","3":"12"},{"1":"1","2":"5","3":"12"},{"1":"1","2":"14","3":"12"},{"1":"1","2":"7","3":"12"},{"1":"2","2":"24","3":"12"},{"1":"2","2":"30","3":"12"},{"1":"2","2":"22","3":"12"},{"1":"2","2":"23","3":"12"},{"1":"2","2":"27","3":"12"},{"1":"2","2":"28","3":"12"},{"1":"2","2":"26","3":"12"},{"1":"2","2":"25","3":"12"},{"1":"2","2":"29","3":"12"},{"1":"2","2":"21","3":"12"},{"1":"3","2":"33","3":"12"},{"1":"3","2":"37","3":"12"},{"1":"3","2":"36","3":"12"},{"1":"3","2":"31","3":"12"},{"1":"3","2":"39","3":"12"},{"1":"3","2":"38","3":"12"},{"1":"3","2":"32","3":"12"},{"1":"3","2":"40","3":"12"},{"1":"3","2":"34","3":"12"},{"1":"3","2":"35","3":"12"},{"1":"4","2":"44","3":"10"},{"1":"4","2":"45","3":"12"},{"1":"4","2":"43","3":"12"},{"1":"4","2":"41","3":"12"},{"1":"4","2":"47","3":"12"},{"1":"4","2":"49","3":"12"},{"1":"4","2":"46","3":"12"},{"1":"4","2":"50","3":"12"},{"1":"4","2":"42","3":"12"},{"1":"4","2":"48","3":"12"}],"options":{"columns":{"min":{},"max":[10]},"rows":{"min":[10],"max":[10]},"pages":{}}}
  </script>
</div>

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class: middle
### Compute any function you want

```r
ChickWeight %>%
  group_by(Chick, Diet) %>% 
  summarize(count = n(), 
            max_time = max(Time), 
            median_weight = median(weight),
            increase_weight = max(weight) - min(weight),
            .groups="drop") %>%
    paged_table()
```

<div data-pagedtable="false">
  <script data-pagedtable-source type="application/json">
{"columns":[{"label":["Chick"],"name":[1],"type":["ord"],"align":["right"]},{"label":["Diet"],"name":[2],"type":["fct"],"align":["left"]},{"label":["count"],"name":[3],"type":["int"],"align":["right"]},{"label":["max_time"],"name":[4],"type":["dbl"],"align":["right"]},{"label":["median_weight"],"name":[5],"type":["dbl"],"align":["right"]},{"label":["increase_weight"],"name":[6],"type":["dbl"],"align":["right"]}],"data":[{"1":"18","2":"1","3":"2","4":"2","5":"37.0","6":"4"},{"1":"16","2":"1","3":"7","4":"12","5":"51.0","6":"16"},{"1":"15","2":"1","3":"8","4":"14","5":"65.5","6":"27"},{"1":"13","2":"1","3":"12","4":"21","5":"68.5","6":"55"},{"1":"9","2":"1","3":"12","4":"21","5":"91.0","6":"58"},{"1":"20","2":"1","3":"12","4":"21","5":"75.0","6":"76"},{"1":"10","2":"1","3":"12","4":"21","5":"85.0","6":"83"},{"1":"8","2":"1","3":"11","4":"20","5":"93.0","6":"92"},{"1":"17","2":"1","3":"12","4":"21","5":"93.5","6":"100"},{"1":"19","2":"1","3":"12","4":"21","5":"76.5","6":"114"},{"1":"4","2":"1","3":"12","4":"21","5":"94.5","6":"118"},{"1":"6","2":"1","3":"12","4":"21","5":"132.5","6":"119"},{"1":"11","2":"1","3":"12","4":"21","5":"153.5","6":"141"},{"1":"3","2":"1","3":"12","4":"21","5":"107.0","6":"163"},{"1":"1","2":"1","3":"12","4":"21","5":"99.5","6":"163"},{"1":"12","2":"1","3":"12","4":"21","5":"103.5","6":"164"},{"1":"2","2":"1","3":"12","4":"21","5":"112.5","6":"175"},{"1":"5","2":"1","3":"12","4":"21","5":"123.5","6":"182"},{"1":"14","2":"1","3":"12","4":"21","5":"146.0","6":"225"},{"1":"7","2":"1","3":"12","4":"21","5":"129.0","6":"264"},{"1":"24","2":"2","3":"12","4":"21","5":"70.5","6":"34"},{"1":"30","2":"2","3":"12","4":"21","5":"106.5","6":"115"},{"1":"22","2":"2","3":"12","4":"21","5":"101.5","6":"126"},{"1":"23","2":"2","3":"12","4":"21","5":"115.0","6":"132"},{"1":"27","2":"2","3":"12","4":"21","5":"107.5","6":"153"},{"1":"28","2":"2","3":"12","4":"21","5":"129.5","6":"194"},{"1":"26","2":"2","3":"12","4":"21","5":"125.0","6":"209"},{"1":"25","2":"2","3":"12","4":"21","5":"135.0","6":"225"},{"1":"29","2":"2","3":"12","4":"21","5":"120.0","6":"270"},{"1":"21","2":"2","3":"12","4":"21","5":"190.0","6":"291"},{"1":"33","2":"3","3":"12","4":"21","5":"124.0","6":"117"},{"1":"37","2":"3","3":"12","4":"21","5":"93.0","6":"137"},{"1":"36","2":"3","3":"12","4":"21","5":"130.5","6":"188"},{"1":"31","2":"3","3":"12","4":"21","5":"112.5","6":"214"},{"1":"39","2":"3","3":"12","4":"21","5":"119.5","6":"230"},{"1":"38","2":"3","3":"12","4":"21","5":"118.5","6":"249"},{"1":"32","2":"3","3":"12","4":"21","5":"144.0","6":"264"},{"1":"40","2":"3","3":"12","4":"21","5":"137.0","6":"280"},{"1":"34","2":"3","3":"12","4":"21","5":"149.0","6":"300"},{"1":"35","2":"3","3":"12","4":"21","5":"179.5","6":"332"},{"1":"44","2":"4","3":"10","4":"18","5":"110.5","6":"104"},{"1":"45","2":"4","3":"12","4":"21","5":"126.0","6":"156"},{"1":"43","2":"4","3":"12","4":"21","5":"170.5","6":"158"},{"1":"41","2":"4","3":"12","4":"21","5":"138.5","6":"162"},{"1":"47","2":"4","3":"12","4":"21","5":"135.5","6":"169"},{"1":"49","2":"4","3":"12","4":"21","5":"140.0","6":"197"},{"1":"46","2":"4","3":"12","4":"21","5":"132.0","6":"198"},{"1":"50","2":"4","3":"12","4":"21","5":"138.5","6":"223"},{"1":"42","2":"4","3":"12","4":"21","5":"143.0","6":"239"},{"1":"48","2":"4","3":"12","4":"21","5":"139.5","6":"283"}],"options":{"columns":{"min":{},"max":[10]},"rows":{"min":[10],"max":[10]},"pages":{}}}
  </script>
</div>

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class: middle
### Use mutate to create new columns for each observation

```r
ChickWeight %>% as_tibble() %>%
  mutate(growth = weight / Time) %>%
  paged_table()
```

<div data-pagedtable="false">
  <script data-pagedtable-source type="application/json">
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:"42","4":"4","5":"10.416667"},{"1":"174","2":"14","3":"42","4":"4","5":"9.928571"},{"1":"204","2":"16","3":"42","4":"4","5":"10.562500"},{"1":"234","2":"18","3":"42","4":"4","5":"11.055556"},{"1":"269","2":"20","3":"42","4":"4","5":"11.700000"},{"1":"281","2":"21","3":"42","4":"4","5":"11.714286"},{"1":"42","2":"0","3":"43","4":"4","5":"Inf"},{"1":"55","2":"2","3":"43","4":"4","5":"10.000000"},{"1":"69","2":"4","3":"43","4":"4","5":"8.500000"},{"1":"96","2":"6","3":"43","4":"4","5":"10.166667"},{"1":"131","2":"8","3":"43","4":"4","5":"12.000000"},{"1":"157","2":"10","3":"43","4":"4","5":"12.200000"},{"1":"184","2":"12","3":"43","4":"4","5":"12.416667"},{"1":"188","2":"14","3":"43","4":"4","5":"10.928571"},{"1":"197","2":"16","3":"43","4":"4","5":"10.125000"},{"1":"198","2":"18","3":"43","4":"4","5":"9.055556"},{"1":"199","2":"20","3":"43","4":"4","5":"8.200000"},{"1":"200","2":"21","3":"43","4":"4","5":"7.857143"},{"1":"42","2":"0","3":"44","4":"4","5":"Inf"},{"1":"51","2":"2","3":"44","4":"4","5":"8.000000"},{"1":"65","2":"4","3":"44","4":"4","5":"7.500000"},{"1":"86","2":"6","3":"44","4":"4","5":"8.500000"},{"1":"103","2":"8","3":"44","4":"4","5":"8.500000"},{"1":"118","2":"10","3":"44","4":"4","5":"8.300000"},{"1":"127","2":"12","3":"44","4":"4","5":"7.666667"},{"1":"138","2":"14","3":"44","4":"4","5":"7.357143"},{"1":"145","2":"16","3":"44","4":"4","5":"6.875000"},{"1":"146","2":"18","3":"44","4":"4","5":"6.166667"},{"1":"41","2":"0","3":"45","4":"4","5":"Inf"},{"1":"50","2":"2","3":"45","4":"4","5":"7.500000"},{"1":"61","2":"4","3":"45","4":"4","5":"6.500000"},{"1":"78","2":"6","3":"45","4":"4","5":"7.166667"},{"1":"98","2":"8","3":"45","4":"4","5":"7.875000"},{"1":"117","2":"10","3":"45","4":"4","5":"8.200000"},{"1":"135","2":"12","3":"45","4":"4","5":"8.333333"},{"1":"141","2":"14","3":"45","4":"4","5":"7.571429"},{"1":"147","2":"16","3":"45","4":"4","5":"7.000000"},{"1":"174","2":"18","3":"45","4":"4","5":"7.722222"},{"1":"197","2":"20","3":"45","4":"4","5":"8.100000"},{"1":"196","2":"21","3":"45","4":"4","5":"7.666667"},{"1":"40","2":"0","3":"46","4":"4","5":"Inf"},{"1":"52","2":"2","3":"46","4":"4","5":"8.500000"},{"1":"62","2":"4","3":"46","4":"4","5":"6.750000"},{"1":"82","2":"6","3":"46","4":"4","5":"7.833333"},{"1":"101","2":"8","3":"46","4":"4","5":"8.250000"},{"1":"120","2":"10","3":"46","4":"4","5":"8.500000"},{"1":"144","2":"12","3":"46","4":"4","5":"9.083333"},{"1":"156","2":"14","3":"46","4":"4","5":"8.642857"},{"1":"173","2":"16","3":"46","4":"4","5":"8.625000"},{"1":"210","2":"18","3":"46","4":"4","5":"9.722222"},{"1":"231","2":"20","3":"46","4":"4","5":"9.800000"},{"1":"238","2":"21","3":"46","4":"4","5":"9.666667"},{"1":"41","2":"0","3":"47","4":"4","5":"Inf"},{"1":"53","2":"2","3":"47","4":"4","5":"9.000000"},{"1":"66","2":"4","3":"47","4":"4","5":"7.750000"},{"1":"79","2":"6","3":"47","4":"4","5":"7.333333"},{"1":"100","2":"8","3":"47","4":"4","5":"8.125000"},{"1":"123","2":"10","3":"47","4":"4","5":"8.800000"},{"1":"148","2":"12","3":"47","4":"4","5":"9.416667"},{"1":"157","2":"14","3":"47","4":"4","5":"8.714286"},{"1":"168","2":"16","3":"47","4":"4","5":"8.312500"},{"1":"185","2":"18","3":"47","4":"4","5":"8.333333"},{"1":"210","2":"20","3":"47","4":"4","5":"8.750000"},{"1":"205","2":"21","3":"47","4":"4","5":"8.095238"},{"1":"39","2":"0","3":"48","4":"4","5":"Inf"},{"1":"50","2":"2","3":"48","4":"4","5":"7.500000"},{"1":"62","2":"4","3":"48","4":"4","5":"6.750000"},{"1":"80","2":"6","3":"48","4":"4","5":"7.500000"},{"1":"104","2":"8","3":"48","4":"4","5":"8.625000"},{"1":"125","2":"10","3":"48","4":"4","5":"9.000000"},{"1":"154","2":"12","3":"48","4":"4","5":"9.916667"},{"1":"170","2":"14","3":"48","4":"4","5":"9.642857"},{"1":"222","2":"16","3":"48","4":"4","5":"11.687500"},{"1":"261","2":"18","3":"48","4":"4","5":"12.555556"},{"1":"303","2":"20","3":"48","4":"4","5":"13.400000"},{"1":"322","2":"21","3":"48","4":"4","5":"13.666667"},{"1":"40","2":"0","3":"49","4":"4","5":"Inf"},{"1":"53","2":"2","3":"49","4":"4","5":"9.000000"},{"1":"64","2":"4","3":"49","4":"4","5":"7.250000"},{"1":"85","2":"6","3":"49","4":"4","5":"8.333333"},{"1":"108","2":"8","3":"49","4":"4","5":"9.125000"},{"1":"128","2":"10","3":"49","4":"4","5":"9.300000"},{"1":"152","2":"12","3":"49","4":"4","5":"9.750000"},{"1":"166","2":"14","3":"49","4":"4","5":"9.357143"},{"1":"184","2":"16","3":"49","4":"4","5":"9.312500"},{"1":"203","2":"18","3":"49","4":"4","5":"9.333333"},{"1":"233","2":"20","3":"49","4":"4","5":"9.900000"},{"1":"237","2":"21","3":"49","4":"4","5":"9.619048"},{"1":"41","2":"0","3":"50","4":"4","5":"Inf"},{"1":"54","2":"2","3":"50","4":"4","5":"9.500000"},{"1":"67","2":"4","3":"50","4":"4","5":"8.000000"},{"1":"84","2":"6","3":"50","4":"4","5":"8.166667"},{"1":"105","2":"8","3":"50","4":"4","5":"8.750000"},{"1":"122","2":"10","3":"50","4":"4","5":"8.700000"},{"1":"155","2":"12","3":"50","4":"4","5":"10.000000"},{"1":"175","2":"14","3":"50","4":"4","5":"10.000000"},{"1":"205","2":"16","3":"50","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  </script>
</div>

---
class: middle
### Exclude observations with filter

```r
ChickWeight %>% as_tibble() %>%
  filter(Time >= 10) %>% 
  arrange(Time) %>%
  paged_table()
```

---
class: middle
### Exclude observations with filter

```r
ChickWeight %>% as_tibble() %>%
  filter(Time == 10) %>% 
  group_by(Diet) %>% 
  summarize(weight_10 = mean(weight), .groups = "drop") %>%
  kable()
```

<table>
 <thead>
  <tr>
   <th style="text-align:left;"> Diet </th>
   <th style="text-align:right;"> weight_10 </th>
  </tr>
 </thead>
<tbody>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> 1 </td>
   <td style="text-align:right;"> 93.05263 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> 2 </td>
   <td style="text-align:right;"> 108.50000 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> 3 </td>
   <td style="text-align:right;"> 117.10000 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> 4 </td>
   <td style="text-align:right;"> 126.00000 </td>
  </tr>
</tbody>
</table>

---
class: middle
# Combine all three

* Compute max weight for each chick and diet over all time.
* Filter out chicks that reach a target weight
* Count the number of observations per chick and diet treatment

```r
ChickWeight %>% as_tibble() %>%
  group_by(Diet, Chick) %>%
  mutate(max_weight = max(weight)) %>%
  filter(max_weight > 110) %>%
  group_by(Diet, Chick) %>%
  summarize(n = n()) %>%
  summarize(count_chicks = n(), .groups = "drop") %>%
  kable()
```

---
class: middle
# Combine all three

* Compute max weight for each chick and diet over all time.
* Filter out chicks that reach a target weight
* Count the number of observations per chick and diet treatment

<table>
 <thead>
  <tr>
   <th style="text-align:left;"> Diet </th>
   <th style="text-align:right;"> count_chicks </th>
  </tr>
 </thead>
<tbody>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> 1 </td>
   <td style="text-align:right;"> 15 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> 2 </td>
   <td style="text-align:right;"> 9 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> 3 </td>
   <td style="text-align:right;"> 10 </td>
  </tr>
  <tr>
   <td style="text-align:left;"> 4 </td>
   <td style="text-align:right;"> 10 </td>
  </tr>
</tbody>
</table>

---
class: middle

# Summary

* Use `mutate` to define a new variable for all observations

* Use `summarize` to compute functions (count, mean, ...) to reduce many observations to one

* Use `group_by` to split, summarize, and combine data

* Use `filter` to select observations

---
class: middle

# Further reading

* Lots more examples with different data in the course notes

* R4DS [Chapter 5 Data transformations](https://r4ds.had.co.nz/transform.html)

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class: middle, inverse

# Task

Practice these skills by doing the calculations in Task 5.