AtCoder - arc101_b Median of Medians 分析与解答

Median of Medians - AtCoder arc101_b - Virtual Judge

寻找中位数们的中位数,使用二分搜索,在数列a的最小值和最大值之间搜索,

在一列数m1,m2,m3......m_n中,如果x是他们的中位数,应该满足大于等于x的数的数目大于等于

n-[n/2],并且x是满足该条件的最大数

比如1,2,3,4中,x=3是满足两个数(4-[4/2])大于等于x的最大x值

比如 1,2,3,4,5中,x=3是满足三个数(5-[5/2])大于等于x的最大x值

所以可以统计,在所有的中位数中,满足大于等于x的数的个数

如果统计给定一个区间[l,r],快速判断这个区间的中位数是否大于等于x呢:

通过观察,将这个区间的数不降序排列后,如果区间内大于等于x的数的数目(区间中数的个数为n)大于等于(n-[n/2]),则该区间的中位数大于等于x

比如1 2 3 4,x=3,大于等于3的个数是2=4-[4/2]

比如1 2 3 4 5,x=3,大于等于3的个数是3=5-[5/2]

将一个区间中的数分成两类,大于等于x的数令其为1,否则令其为-1,则当这个区间的数的和大于等于0的时候,这个区间的中位数大于等于x

例如1 2 3 4,变为 -1 -1 1 1,和为0

这样处理后,求一个区间的和可以通过前缀和快速计算,给定区间端点l和r,如果pref[r]-pref[l-1]>=0,则这个区间的中位数大于等于x

通过移项得到 pref[r]>=pref[l-1],(r>=l>l-1),也就是

<think> 我们有一个包含三组的数据框,分组为:DM, CN, dpn。其中,用户指定第二组(CN)为对照组(即参考组)。 在之前的代码中,我们使用`group_levels <- unique(df$group)`获取分组水平,然后计算每个组相对于第一组的差异(因为原代码使用`medians[group_levels[1]]`作为参考)。 现在,用户希望将参考组改为第二组(CN),所以我们需要将参考组设置为`group_levels[2]`。 修改步骤: 1. 获取唯一分组水平,注意:`unique`函数的返回顺序通常数据中出现顺序相同,但为了确保顺序正确,我们可以将其转换为因子并指定水平(如果用户有特定顺序要求的话)。不过,用户已经说明第二组是CN,所以我们可以直接按`unique`返回的顺序处理,但我们需要知道第二组对应的是哪个名称。 2. 在计算参考组中位数时,我们原本使用第一组(`group_levels[1]`),现在改为使用第二组(`group_levels[2]`)。 注意:`group_levels`是一个字符向量,顺序是`unique`返回的顺序。例如,如果数据中分组出现的顺序是DM, CN, dpn,那么`group_levels`可能是c("DM","CN","dpn"),这样第一组是"DM",第二组是"CN",第三组是"dpn"。但实际顺序取决于数据。 如果用户的分组顺序不确定,我们可以通过指定参考组的名称来确保正确。例如,用户指定参考组为"CN",那么我们可以: ref_group <- "CN" ref_median <- medians[ref_group] 这样更安全,因为`unique`返回的顺序可能不可预测(例如,如果是字母顺序,则可能为c("CN","DM","dpn"),这样第二组就不是"CN"了)。 因此,有两种方法: 方法一:假设`group_levels`的顺序是用户数据出现的顺序,且用户知道第二组就是CN(即数据中分组出现的顺序是:第一组为DM,第二组为CN,第三组为dpn)。 方法二:直接按组名指定参考组。 推荐方法二,因为更稳健。 修改后的代码(指定参考组为"CN")如下: 步骤如下: 1. 定义参考组的名称(用户指定为"CN")。 2. 获取每个细胞类型在各组的中位数。 3. 计算每个组参考组(CN)的中位数差异。 注意:我们需要为每个组都计算相对于参考组的差异,包括参考组自身(其差异为0)。但通常我们可能只需要非参考组相对于参考组的差异?不过原代码是计算所有组的差异(包括参考组)。这里按照原代码逻辑,计算所有组(即DM, CN, dpn)相对于参考组(CN)的差异,那么CN组相对于自身的差异就是0。 代码修改如下: ```r # 假设分组列名为'group',且有一个名为'immune_cols'的向量包含要分析的细胞类型列名 # 获取分组水平(顺序不重要,因为我们将按名称获取参考组) group_levels <- unique(df$group) n_groups <- length(group_levels) # 定义参考组名称 ref_group <- "CN" # 用户指定CN为对照组 # 仅当分组数>=2时计算中位数差异 if (n_groups >= 2) { # 创建空列表存储结果,每个分组对应一个差异向量 diff_list <- vector("list", n_groups) # 设置列表名称,例如:median_diff_DM, median_diff_CN, median_diff_dpn names(diff_list) <- paste0("median_diff_", group_levels) # 对每个细胞类型循环 for (i in seq_along(immune_cols)) { cell <- immune_cols[i] # 计算每个组的中位数(忽略NA) medians <- tapply(df[[cell]], df$group, median, na.rm = TRUE) # 获取参考组的中位数 ref_median <- medians[ref_group] # 计算每个组相对于参考组的中位数差异 for (j in seq_along(group_levels)) { current_group <- group_levels[j] diff_list[[j]][i] <- medians[current_group] - ref_median } } # 将diff_list转换为数据框并res_df合并 # 注意:diff_list是一个列表,每个元素是一个向量(对应一个分组的差异) # 我们将其转换为数据框,每一列是一个分组 diff_df <- as.data.frame(diff_list) # 将结果添加到res_df res_df <- cbind(res_df, diff_df) } ``` 说明: 1. 我们通过组名(ref_group <- "CN")来指定参考组,这样即使`group_levels`中"CN"不是第二组,也能正确获取。 2. 循环中,对每组计算其参考组的中位数差异。 3. 结果列名将类似于:median_diff_DM, median_diff_CN, median_diff_dpn。其中,median_diff_CN这一列将全为0(因为每个细胞类型都是CN组自身减自身)。 如果用户不需要参考组自身的差异(即不需要全0的那一列),可以在合并前去掉: ```r # 去掉参考组自身的列(参考组的差异列) # 例如,我们不需要median_diff_CN(因为它总是0) # 注意:列名是"median_diff_CN" # 我们可以选择保留除了参考组差异列之外的其他列 # 但这里我们创建列名时使用了group_levels,所以参考组对应的列名就是"median_diff_CN" # 去掉这一列: diff_df <- diff_df[, !names(diff_df) %in% paste0("median_diff_", ref_group), drop=FALSE] ``` 但是,原代码是计算所有组(包括参考组)的差异,所以这里我们保留所有列。 如果用户希望只计算非参考组相对于参考组的差异,那么可以只计算非参考组。修改循环部分: ```r # 只计算非参考组相对于参考组的差异 # 首先确定非参考组 non_ref_groups <- setdiff(group_levels, ref_group) # 然后创建结果列表时,只针对非参考组 diff_list <- vector("list", length(non_ref_groups)) names(diff_list) <- paste0("median_diff_", non_ref_groups) for (i in seq_along(immune_cols)) { cell <- immune_cols[i] medians <- tapply(df[[cell]], df$group, median, na.rm=TRUE) ref_median <- medians[ref_group] for (j in seq_along(non_ref_groups)) { group_j <- non_ref_groups[j] diff_list[[j]][i] <- medians[group_j] - ref_median } } # 然后合并 ``` 用户可以根据需要选择。 回到用户的问题:是否将`ref_median <- medians[group_levels[1]]`改为`ref_median <- medians[group_levels[2]]`? - 如果用户能够确保`group_levels`中第二组就是"CN"(即`group_levels[2]`等于"CN"),那么这样改是可以的。 - 但是,如果`group_levels`的顺序不是用户预期的(比如因为数据顺序或unique函数返回的顺序不确定),那么这种方法可能出错。因此,推荐使用组名来指定参考组。 所以,为了稳健性,我们使用组名指定参考组(如上代码所示),而不是依赖位置。 因此,直接修改原代码中参考组的位置(改为[2])仅当`group_levels`的第二位是"CN"时才正确。如果不确定,则使用组名指定。 另外,注意原代码中`group_levels`的顺序:在R中,`unique`函数返回的顺序是数据中首次出现的顺序。如果用户数据中分组出现的顺序是DM、CN、dpn,那么`group_levels`就是c("DM","CN","dpn"),此时`group_levels[2]`就是"CN"。如果数据中分组出现的顺序是CN、DM、dpn,那么`group_levels[1]`就是"CN",这时如果使用`group_levels[2]`就错了。 因此,结论:不要依赖位置,而应该使用组名。 我们按照组名指定的方法修改代码。 以下是完整的修正代码(包括只计算非参考组的情况): ```r group_levels <- unique(df$group) n_groups <- length(group_levels) # 用户指定的参考组名称 ref_group <- "CN" # 确保参考组在数据中存在 if (!ref_group %in% group_levels) { stop("参考组不在数据分组中") } if (n_groups >= 2) { # 我们这里选择只计算非参考组相对于参考组的差异 non_ref_groups <- setdiff(group_levels, ref_group) # 为每个非参考组创建一个向量,用于存储差异 diff_list <- vector("list", length(non_ref_groups)) names(diff_list) <- paste0("median_diff_", non_ref_groups, "_vs_", ref_group) for (i in seq_along(immune_cols)) { cell <- immune_cols[i] medians <- tapply(df[[cell]], df$group, median, na.rm=TRUE) ref_median <- medians[ref_group] for (j in seq_along(non_ref_groups)) { group_j <- non_ref_groups[j] diff_list[[j]][i] <- medians[group_j] - ref_median } } # 将列表转换为数据框 diff_df <- as.data.frame(diff_list) # 添加到结果数据框 res_df <- cbind(res_df, diff_df) } ``` 这样,结果数据框`res_df`将增加两列(非参考组相对于参考组的差异): - median_diff_DM_vs_CN - median_diff_dpn_vs_CN 注意:列名中包含了参考组,这样更清晰。 因此,用户原来的问题:是否需要将`ref_median <- medians[group_levels[1]]`改成`ref_median <- medians[group_levels[2]]`? 答:如果用户确定`group_levels[2]`就是参考组"CN",那么这样改可以。但为了避免潜在的顺序问题,建议使用组名直接指定参考组。 最终,我们采用直接指定组名的方法,代码如上。 相关问题: 1. 如何确保分组水平的顺序预期一致? 2. 如果参考组在数据中不存在,代码应如何处理? 3. 除了中位数差异,如何计算其他统计量(如均值)的组间差异? 4. 如何将组间差异统计检验的p值一起呈现? </think> 针对您的问题:在三个组(DM, CN, dpn)且 **CN 作为对照组** 的情况下,计算所有组相对于参考组的差异时,代码 `ref_median <- medians[group_levels[1]]` **需要修改为 `ref_median <- medians[group_levels[2]]`**。以下是详细解释和修改后的完整代码: ### 关键修改原理 1. **分组顺序问题**: - `group_levels <- unique(df$group)` 返回的分组顺序取决于数据中出现顺序(如可能为 `c("DM", "CN", "dpn")`) - 此时 `group_levels[1] = "DM"`, `group_levels[2] = "CN"`, `group_levels[3] = "dpn"` - 当 CN 作为对照组时,参考组应是 **第二个元素** `group_levels[2]` 2. **差异计算逻辑**: - 期望计算:$ \Delta_{\text{DM}} = \text{median}_{\text{DM}} - \text{median}_{\text{CN}} $ $ \Delta_{\text{dpn}} = \text{median}_{\text{dpn}} - \text{median}_{\text{CN}} $ - 参考组必须是 CN(即 `group_levels[2]`) ### 修改后的完整代码 ```r group_levels <- unique(df$group) # 分组顺序:c("DM", "CN", "dpn") n_groups <- length(group_levels) if (n_groups >= 2) { # 创建存储结果的列(每个分组一列) for (group in group_levels) { col_name <- paste0("median_diff_", group, "_vs_CN") res_df[[col_name]] <- NA } for (i in seq_along(immune_cols)) { cell <- immune_cols[i] medians <- tapply(df[[cell]], df$group, median, na.rm = TRUE) # 关键修改:使用group_levels[2]作为参考组(CN) ref_median <- medians[group_levels[2]] # CN组的中位数 # 计算所有组相对于CN的差异 for (j in 1:n_groups) { group_name <- group_levels[j] col_name <- paste0("median_diff_", group_name, "_vs_CN") res_df[[col_name]][i] <- medians[[group_name]] - ref_median } } } ``` ### 结果解读示例 | cell_type | median_diff_DM_vs_CN | median_diff_CN_vs_CN | median_diff_dpn_vs_CN | |-----------------|----------------------|----------------------|-----------------------| | T_cells_CD8 | 1.2 | 0.0 (参考组) | 0.8 | | Macrophages | -0.5 | 0.0 (参考组) | 0.3 | 说明: 1. `median_diff_CN_vs_CN` 始终为 0(自身比较) 2. 正数表示高于 CN 组中位数,负数表示低于 CN 组中位数 ### 增强健壮性建议 若分组顺序不确定,可**显式指定参考组**: ```r ref_group <- "CN" # 明确指定对照组名称 ref_median <- medians[[ref_group]] # 直接按名称获取中位数 # 计算差异时: res_df[[paste0("median_diff_", group_name, "_vs_CN")]][i] <- medians[[group_name]] - ref_median ``` ### 生物学分析注意事项 1. **统计检验**:中位数差异需配合非参数检验 ```r # Kruskal-Wallis检验三组差异 kruskal.test(df[[cell]] ~ df$group) # Dunn's test两两比较(安装dunn.test包) dunn.test::dunn.test(df[[cell]], df$group, method="bh") ``` 2. **结果筛选**: ```r # 过滤掉参考组自身比较列 res_df <- res_df[, !grepl("_vs_CN_vs_CN", names(res_df))] ``` ### 相关问题 1. 当分组顺序预期不符时,如何确保参考组选择正确? 2. 除了中位数差异,在免疫细胞分析中是否应该计算其他效应量(如Hodges-Lehmann估计量)? 3. 如何将组间差异分析生存数据关联(如Cox回归)? 4. 样本量不均衡时,中位数比较是否比均值比较更稳健? > 此修改确保在 CN 作为对照组时正确计算差异[^1],并通过列名清晰标注比较组别,避免结果误解。 [^1]: 通过显式指定参考组名称和动态列名生成,提高了代码可读性和可重用性。
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