R語言diff函數：對比計算並輸出兩個向量之間的差異

一、diff函數概述

diff函數是R語言中用於對比兩個向量之間的差異的函數。它可以計算相鄰元素之間的差異，並返回一個長度比原向量少一的新向量。比較常見的用法是對時間序列數據進行差分，以去除數據中的趨勢，使得數據更容易分析。

x <- c(1, 3, 6, 10, 15, 21, 28, 36, 45, 55)
diff(x) # 輸出結果為 2 3 4 5 6 7 8 9 10

在這個例子中，diff函數得到的結果是相鄰元素之間的差值，即 3 – 1 = 2，6 – 3 = 3，以此類推。

二、diff函數參數

diff函數可以接受多個參數，其中最重要的參數是x和lag。

1. x參數

x是要進行差分的向量。它可以是一個數值型向量、邏輯型向量、字符型向量或時間序列數據。

x1 <- c(1, 3, 6, 10, 15, 21, 28, 36, 45, 55)
x2 <- c("cat", "dog", "rabbit", "cat", "dog", "rabbit")
x3 <- as.Date(c("1991-01-01", "1991-02-01", "1991-03-01", "1991-04-01"))
diff(x1) # 輸出結果為 2 3 4 5 6 7 8 9 10
diff(x2) # 輸出結果為 "dog" "rabbit" "cat" "dog" "rabbit"
diff(x3) # 輸出結果為 Time differences in days: 31 28 31

2. lag參數

lag參數是一個整數，表示要對比的差異的間隔。默認情況下，lag為1。

x <- c(1, 3, 6, 10, 15, 21, 28, 36, 45, 55)
diff(x, lag = 2) # 輸出結果為 5 7 9 11 13 15 18

在這個例子中，我們計算的是距離差為2的相鄰元素之間的差值。

三、diff函數示例

1. 對時間序列數據進行差分

我們可以使用diff函數對時間序列數據進行差分，以去除數據中的趨勢。下面是一個例子：

x <- ts(c(10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90))
plot(x)
diffx <- diff(x)
plot(diffx)

在這個例子中，我們首先創建了一個包含10個元素的時間序列向量x，並對它進行了畫圖。接着，我們使用diff函數對x進行差分，並將結果存儲在新向量diffx中。最後，我們又對diffx進行了畫圖。

2. 計算圖像中每個像素點的亮度差異

我們可以使用diff函數計算圖像中每個像素點的亮度差異，並將結果顯示出來。下面是一個例子：

# 讀入圖像數據
img <- readJPEG("image.jpg")

# 將圖像數據轉換為灰度矩陣
imgGray <- apply(img, 1:2, function(x) 0.299*x[1] + 0.587*x[2] + 0.114*x[3])

# 對灰度矩陣進行差分
diffImg <- diff(imgGray)

# 將所有負差異標記成紅色，所有正差異標記成藍色
coloredDiffImg <- array(NA, dim(diffImg))
coloredDiffImg[diffImg < 0]  0] <- "blue"

# 顯示結果
image(coloredDiffImg)

在這個例子中，我們首先使用readJPEG函數讀入一個圖像文件，然後將其轉換為灰度矩陣。接着，我們對灰度矩陣進行差分，並將所有負差異標記成紅色，所有正差異標記成藍色。最後，我們使用image函數將結果顯示出來。