基于R語言的統(tǒng)計(jì)分析在醫(yī)學(xué)類專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐與探索

摘要：隨著大數(shù)據(jù)的迅速發(fā)展，醫(yī)學(xué)類專業(yè)的學(xué)科建設(shè)迫切需要培養(yǎng)學(xué)生對醫(yī)學(xué)領(lǐng)域涉及的大數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析和處理的能力。在這一背景下，R語言作為一種簡單易上手的統(tǒng)計(jì)編程工具備受關(guān)注，被認(rèn)為是一種適合推廣給醫(yī)學(xué)類專業(yè)學(xué)生應(yīng)用的工具。因此，以醫(yī)學(xué)類專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐為基礎(chǔ)，深入探討基于R語言的統(tǒng)計(jì)分析在醫(yī)學(xué)類專業(yè)教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用。通過介紹基于R語言的教學(xué)方法及其在醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析中的實(shí)際應(yīng)用，旨在幫助學(xué)生建立起數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，為其未來在醫(yī)學(xué)研究和實(shí)踐工作中的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)類專業(yè)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析R語言教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號：G642.0

TeachingPracticeandExplorationofStatisticalAnalysisinMedicalSpecialtiesBasedonRLanguage

CHENYuyunOUYANGDong*WANGYaomingXIONGGangqiang

SchoolofBiomedicalEngineering，GuangdongMedicalUniversity，Zhanjiang，GuangdongProvince，524023China

Abstract：WiththerapiddevelopmentofBigData，thereisanurgentneedforthedisciplineconstructionofmedicalmajorstocultivatestudents'abilitytocollect，analyzeandprocessthebigdatainvolvedinthemedicalfield.Inthiscontext，Rlanguage，asasimpleandeasy-to-usestatisticalprogrammingtool，hasattractedmuchattentionandisasuitabletooltobepromotedtomedicalstudents.Therefore，basedontheteachingpracticeofmedicalmajors，thisarticledelvesintothepracticalapplicationofRlanguage-basedstatisticalanalysisinteaching.ByintroducingtheRlanguage-basedteachingmethodanditspracticalapplicationinstatisticalanalysis，itaimstohelpstudentsestablishthefoundationofdataanalysisandlayasolidfoundationfortheirfutureworkinmedicalresearchandpractice.

KeyWords：Medicalmajor;BigData;Statisticalanalysis;Rlanguage;Teachingpractice

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的迅猛發(fā)展，各行各業(yè)迎來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在醫(yī)學(xué)本科教學(xué)中，為了與時(shí)俱進(jìn)，迫切需要一種簡單易上手的統(tǒng)計(jì)編程工具。由于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)其概念抽象、邏輯性強(qiáng)、公式復(fù)雜、運(yùn)算量大，學(xué)生普遍感到難以理解，影響了其應(yīng)用能力，增加了教學(xué)難度[1]。R語言以其易用性和強(qiáng)大功能而備受推崇[2]，因此，在醫(yī)學(xué)專業(yè)中選擇采用R語言進(jìn)行教學(xué)，能夠幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)和應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析。

“信息技術(shù)基礎(chǔ)”是廣東醫(yī)科大學(xué)開設(shè)的一門針對預(yù)防醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、衛(wèi)生檢驗(yàn)與檢疫、臨床醫(yī)學(xué)和醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)等非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的公共基礎(chǔ)課，其中包含了R語言編程[3]。作為信息技術(shù)基礎(chǔ)課程的一部分，選擇了R語言作為統(tǒng)計(jì)分析的教學(xué)工具，以適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的發(fā)展需求。這一選擇不僅能夠幫助醫(yī)學(xué)生提升其科研能力、應(yīng)用循證醫(yī)學(xué)和制定預(yù)防策略，還能增強(qiáng)其職業(yè)競爭力。統(tǒng)計(jì)分析在醫(yī)學(xué)中具有重要作用，為醫(yī)學(xué)生和專業(yè)人士提供科學(xué)的診斷和治療支持，在科研、臨床決策和公共衛(wèi)生等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用[4]。

本文旨在探討在廣東醫(yī)科大學(xué)“信息技術(shù)基礎(chǔ)”課程中，基于R語言的統(tǒng)計(jì)分析在醫(yī)學(xué)類專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐與探索。內(nèi)容包括對R語言特點(diǎn)及教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行簡單介紹，對R語言在醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)應(yīng)用到的案例進(jìn)行分析，最后對R語言的實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行總結(jié)與反思。

• R語言的特點(diǎn)及教學(xué)內(nèi)容
  • R語言的特點(diǎn)

R語言由新西蘭奧克蘭大學(xué)的RossIhaka和RobertGentleman于1993年共同開發(fā)。作為一種在GNU協(xié)議下運(yùn)行的開源解釋型語言，R主要用于可視化、統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)處理[5]。

在當(dāng)前嚴(yán)格保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的環(huán)境下，使用商業(yè)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)實(shí)驗(yàn)可能會帶來昂貴的費(fèi)用負(fù)擔(dān)。R語言的集成開發(fā)環(huán)境RStudio則是完全開源提供免費(fèi)使用，還能在MacOS、Windows和Linux等多個(gè)平臺上穩(wěn)定運(yùn)行，確保師生都能夠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并且做統(tǒng)計(jì)分析。此外，R語言的語法簡單易學(xué)，用戶可以根據(jù)需求編寫函數(shù)擴(kuò)展其功能，并以附加程序包形式發(fā)布。到目前為止，R語言的程序包涵蓋了生物信息學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，滿足了各領(lǐng)域?qū)I(yè)人士的需求。

R語言在數(shù)據(jù)獲取、整理、可視化和量化分析方面功能全面。它可以從多種數(shù)據(jù)源導(dǎo)入數(shù)據(jù)，并利用豐富的函數(shù)工具庫（如data.table、dplyr）進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分類。R語言還包括多種數(shù)據(jù)可視化工具，使用者可通過ggplot2等擴(kuò)展包實(shí)現(xiàn)復(fù)雜圖形的繪制。此外，R語言支持多種數(shù)據(jù)分析技術(shù)，如線性和非線性回歸、時(shí)間序列分析、聚類分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析[6]。

隨著R語言的廣泛應(yīng)用，R語言用戶社區(qū)規(guī)模不斷擴(kuò)大，并提供了豐富的學(xué)習(xí)資源，如RDocumentation、stackoverflow、crossvalidated和R-bloggers等平臺，提供豐富的R語言注釋、分析和實(shí)例，極大地便利了學(xué)習(xí)者使用R語言解決實(shí)際問題。

基于這些優(yōu)勢，將R語言應(yīng)用于醫(yī)學(xué)本科生的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，可以幫助學(xué)生更有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，克服以抽象概念和公式為主的教學(xué)局限。

1.2R語言的教學(xué)設(shè)計(jì)

在R語言的教學(xué)中，主要涵蓋了數(shù)據(jù)對象及其處理、文件操作、R程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)可視化與繪圖以及統(tǒng)計(jì)學(xué)有關(guān)應(yīng)用知識這幾個(gè)方面。

1.2.1數(shù)據(jù)對象及其處理

在醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)中，R語言提供了豐富的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)對象，這些數(shù)據(jù)類型包括：數(shù)值型（integer）、邏輯型（logical）、整數(shù)型（integer）、字符型（character）和復(fù)數(shù)型（complex）。這5種數(shù)據(jù)類型構(gòu)成了7種數(shù)據(jù)對象。其中，這7種數(shù)據(jù)對象分別是向量（vector）、因子（factor）、數(shù)組（array）、矩陣（matrix）、數(shù)據(jù)框（frame.data）、時(shí)間序列（timeseries）和列表（list）。此外，R語言可以通過class、mode和typeof命令判斷數(shù)據(jù)類型，其中，typeof更為精細(xì)，可區(qū)分?jǐn)?shù)值型為integer或double，但整數(shù)型需用大寫字母L標(biāo)志，is和as前綴用于數(shù)據(jù)類型判斷和轉(zhuǎn)換。

在教學(xué)中，著重介紹和實(shí)踐這7種數(shù)據(jù)對象，以確保學(xué)生建立扎實(shí)的基礎(chǔ)。隨后，我們深入探討數(shù)據(jù)處理的方法數(shù)據(jù)框作為一種常見的二維表格形式，在醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)中被廣泛應(yīng)用，用于展示各種醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)。我們著重介紹如何處理數(shù)據(jù)框中的數(shù)據(jù)，包括處理特殊值（如Inf、NaN、NA、NULL等），以及常用于數(shù)據(jù)清洗、抽取和整合的函數(shù)操作。這些教學(xué)內(nèi)容將幫助學(xué)生更好地理解和應(yīng)用R語言進(jìn)行醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析，為他們未來的研究和實(shí)踐工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)

1.2.2文件操作

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，文件操作對于研究人員來說至關(guān)重要，因?yàn)樗麄冃枰幚砗头治龈鞣N類型的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)以支持臨床決策和科學(xué)研究。例如：研究人員可能需要從臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫中讀取患者的病歷數(shù)據(jù)和治療結(jié)果，以評估藥物療效或疾病進(jìn)展情況。又如：在基因組學(xué)研究中，研究人員需要讀取基因測序數(shù)據(jù)文件，從中提取患者的基因型信息，并進(jìn)行遺傳關(guān)聯(lián)分析以研究疾病的遺傳基礎(chǔ)。此外，醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)如MRI和CT掃描圖像也是醫(yī)學(xué)研究中的重要數(shù)據(jù)來源，研究人員可能需要將這些圖像文件導(dǎo)入R中，進(jìn)行圖像處理和分析以輔助臨床診斷。

因此，教學(xué)中會重點(diǎn)介紹常用的文件讀取函數(shù)如read.csv和read.table，以及保存函數(shù)如write.csv和write.table。例如：學(xué)生將學(xué)習(xí)如何使用read.csv函數(shù)讀取患者的病歷數(shù)據(jù)文件，如何使用write.csv函數(shù)保存分析結(jié)果。此外，我們將演示如何處理更復(fù)雜的文件格式，如使用read.table讀取基因測序數(shù)據(jù)，并將分析結(jié)果保存到文件中以便進(jìn)一步研究。通過這些實(shí)際案例的演示和練習(xí)，學(xué)生將學(xué)會如何有效地導(dǎo)入和導(dǎo)出各種類型的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析和研究工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1.2.3R程序設(shè)計(jì)

在教學(xué)過程中，將繼續(xù)深入探討R語言中的其他重要內(nèi)容，如條件語句（如if-else和switch等語句）、循環(huán)結(jié)構(gòu)（如for循環(huán)和while循環(huán)）以及函數(shù)的遞歸調(diào)用（function（）結(jié)構(gòu)體語句）。例如：學(xué)生將學(xué)習(xí)如何使用不同條件語句來根據(jù)不同的情況執(zhí)行不同的操作，比如根據(jù)患者的檢測指標(biāo)判斷其健康狀態(tài)；在循環(huán)結(jié)構(gòu)方面，學(xué)生將學(xué)會使用for循環(huán)來辨別患者的病歷數(shù)據(jù)，或使用while循環(huán)實(shí)現(xiàn)特定條件下的重復(fù)操作，如持續(xù)監(jiān)測某項(xiàng)生理指標(biāo)直到達(dá)到安全范圍。此外，教師還將引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)如何編寫和調(diào)用自定義函數(shù)，以解決特定問題，例如：編寫一個(gè)函數(shù)來計(jì)算患者的身體質(zhì)量指數(shù)（BMI），或者一個(gè)遞歸函數(shù)來模擬疾病傳播模型。通過這些實(shí)際案例的講解和實(shí)踐，學(xué)生將逐步掌握R編程的基本原理和技巧，為進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析和醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1.2.4R語言數(shù)據(jù)可視化與繪圖

在醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)中，R語言的數(shù)據(jù)可視化和繪圖功能是不可或缺的工具。除了繪制基本的直方圖（hist）、條形圖（barplot）、餅圖（pie）和散點(diǎn)圖（plot）等之外，R還提供了更加豐富和高級的繪圖方式，如箱線圖（boxplot）、小提琴圖（vioplot）等。例如：醫(yī)學(xué)研究人員可以使用R語言繪制直方圖來展示患者的年齡分布情況，以了解研究人群的年齡特征；也可以使用條形圖來比較不同治療組之間的臨床指標(biāo)變化情況，從而評估不同治療方案的效果；此外，餅圖可以用于展示患者不同病因所占比例，可以幫助醫(yī)生更好地了解疾病的發(fā)病情況；而箱線圖則常用于展示不同組間數(shù)據(jù)的分布情況，如患者不同年齡段的血壓水平對比等。此外，小提琴圖作為一種更加直觀和豐富的分布圖形，常用于展示連續(xù)變量的分布情況，例如：不同性別患者的生物標(biāo)志物水平分布。通過這些繪圖方式，醫(yī)學(xué)研究人員可以直觀地呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的特征和規(guī)律，從而為醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析提供有力的支持。

1.2.5統(tǒng)計(jì)學(xué)有關(guān)知識應(yīng)用

在醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)中，R語言作為一種強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析工具，常用于處理和分析醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)。首先，醫(yī)學(xué)研究人員需要了解隨機(jī)變量及其分布。R語言提供了多種概率分布函數(shù)，如正態(tài)分布（dnorm）、卡方分布（dchisq）和t分布（dt），用于描述和分析不同類型的數(shù)據(jù)。其次，研究人員還需要掌握點(diǎn)估計(jì)和參數(shù)檢驗(yàn)的方法。R語言提供了豐富的統(tǒng)計(jì)函數(shù)和工具，如樣本均值（mean）、方差（var）、t檢驗(yàn)（t.test）、方差分析（anova）和卡方檢驗(yàn)（chisq.test），幫助醫(yī)學(xué)研究人員對數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)和假設(shè)檢驗(yàn)，從而做出科學(xué)的統(tǒng)計(jì)推斷和決策。通過學(xué)習(xí)和應(yīng)用這些函數(shù)，醫(yī)學(xué)研究人員可以更好地理解醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)并做出科學(xué)的決策。

2Ｒ語言在醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)中的教學(xué)案例分析

根據(jù)醫(yī)學(xué)專業(yè)涉及的數(shù)據(jù)，結(jié)合R語言所學(xué)的知識，進(jìn)行了一系列統(tǒng)計(jì)案例分析。這些分析不僅涵蓋了數(shù)據(jù)收集和處理，還包括數(shù)據(jù)可視化和結(jié)果解讀，從而幫助學(xué)生更全面地理解和應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法。

在R語言的統(tǒng)計(jì)分析中，ISwR包提供了許多有用的數(shù)據(jù)集，其中之一是melanom數(shù)據(jù)集，表1為melamon數(shù)據(jù)集前10行的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)集包含了惡性黑色素瘤的生存數(shù)據(jù)。我們可以利用該數(shù)據(jù)集，針對黑色素瘤厚度、生存狀況和潰瘍這三列屬性數(shù)據(jù)，使用boxplot函數(shù)來繪制箱線圖。

首先，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，將潰瘍（ulc）列中的1替換為“yes”，2替換為“no”。接下來，繪制組間黑色素瘤厚度的箱線圖，分組標(biāo)準(zhǔn)為變量status和ulc。具體來說，status代表生存狀態(tài)，其中1代表死于黑色素瘤，2代表存活，3代表死于其他原因；ulc代表潰瘍，其中yes代表有潰瘍，no代表沒有潰瘍。所繪制出的黑色素瘤厚度的組間對比圖見圖1。繪制箱線圖的R代碼如圖1所示，為了了解melamon數(shù)據(jù)集，我們列舉該數(shù)據(jù)集的前10行的數(shù)據(jù)如表1所示。最終，繪制出的組間黑色素瘤厚度的箱線如圖2所示。

通過這種方式，學(xué)生能夠直觀地比較不同生存狀態(tài)和潰瘍狀況下黑色素瘤厚度的分布情況，幫助學(xué)生理解并掌握如何進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和可視化分析。這個(gè)實(shí)際案例不僅強(qiáng)化了學(xué)生對統(tǒng)計(jì)分析的理解，還提升了他們在醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析中的實(shí)戰(zhàn)能力。

3Ｒ語言在醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)教學(xué)中的實(shí)踐思考

圍F69JEluuKVig9HeYEC4Fyw==繞R語言在廣東醫(yī)科大學(xué)的“信息技術(shù)基礎(chǔ)”這門課的教學(xué)，我們設(shè)計(jì)了一個(gè)由30個(gè)學(xué)時(shí)的理論課和30個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課組成的完整教學(xué)體系。每周安排兩節(jié)理論課和兩節(jié)實(shí)驗(yàn)課，讓學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上實(shí)踐編程，深化對R語言編程的理解。我們將廣東省計(jì)算機(jī)二級考試作為期末考核方式，學(xué)生通過后可獲得計(jì)算機(jī)二級等級證書，這種考核方式全面激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并為他們未來的職業(yè)發(fā)展提供了有力支持。

4結(jié)語

在醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)中，R語言的應(yīng)用已經(jīng)成為一種不可或缺的工具。通過本文介紹的教學(xué)實(shí)踐和案例分析，可以看到R語言在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，以及它在培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力和實(shí)踐操作技能方面的重要作用。隨著醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的不斷增長和復(fù)雜性的提高，掌握R語言這樣的統(tǒng)計(jì)工具變得愈發(fā)關(guān)鍵。因此，我們應(yīng)該不斷探索和完善R語言在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用，以期為培養(yǎng)具有數(shù)據(jù)分析能力的醫(yī)學(xué)專業(yè)人才做出更大的貢獻(xiàn)。

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