CRAN 任务视图：化学计量学与计算物理学

化学计量学和计算物理学关注化学和物理实验中产生的数据的分析，以及物理化学系统的模拟。基础 R 中的许多函数对于这些目的很有用。

Ron Wehrens 编著的《用 R 进行化学计量学：自然科学和生命科学中的多元数据分析》第二版，ISBN 978-3-662-62027-4，Springer，2020，介绍了生命科学中的多元统计学，以及化学计量学领域中几个特定主题的介绍。相关的包 ChemometricsWithR 方便了对书中示例的复制。

Eric D. Feigelson 和 G. Jogesh Babu 编著的《天文学的现代统计方法与 R 应用》，ISBN-13：9780521767279，剑桥大学出版社，2012，介绍了天文学家的统计学，并概述了天体统计分析中使用最广泛的方法，并通过 R 中的示例进行说明。

Kurt Varmuza 和 Peter Filzmoser 编著的《化学计量学中的多元统计分析导论》，ISBN 978-1-420-05947-2，CRC 出版社，2009，与包 chemometrics 相关联。

2006 年 8 月出版了 R News 的特刊，重点介绍了 R 在化学中的应用。2007 年 1 月出版了《统计软件杂志》（JSS）的特刊，专门介绍了 R 中的光谱学和化学计量学。

如果您发现我们遗漏了重要的内容，或者应该在这里提及新的包或函数，请通过电子邮件联系维护者，或在上面链接的 GitHub 存储库中提交问题或拉取请求。

线性回归模型

• 可以使用 lm()（来自 stats）拟合线性模型（通过 OLS）。Ax = b 中 x 的最小二乘解也可以计算为 qr.coef(qr(A), b)。
• 包 nnls 提供了一种将 x 约束为非负或非正值的方法；包 bvls 允许对 x 应用其他边界。
• 包 Iso 中提供了等距回归函数，这些函数有助于确定在最小二乘准则下最接近给定向量 x 的单峰向量。
• 可以使用 nlme 包的 gls() 函数拟合异方差线性模型。

非线性回归模型

• nls() 函数（来自 stats）以及包 minpack.lm 允许解决非线性最小二乘问题。
• 可以使用 nlme 包的 gnls() 函数以及 nlreg 对相关和/或不等方差进行建模。

曲线解析

• 包 PTAk 提供了用于 k 模态主张量分析的函数。该包还包括一些其他多维方法：PCAn（Tucker-n）和 PARAFAC/CANDECOMP。
• 包 ALS 中实现了多元曲线解析交替最小二乘法 (MCR-ALS)。
• 包 alsace 为具有许多注射的液相色谱-光电二极管阵列检测 (LC-DAD) 数据提供了 MCR-ALS 支持，并具有峰对齐和识别功能。
• 包 drc 提供了用于分析一个或多个非线性曲线的函数，重点关注浓度-反应、剂量-反应和时间-反应数据的模型。
• 包 mdatools 提供了用于具有约束的 MCR-ALS 以及类似于 SIMPLISMA 的基于纯度的函数。

偏最小二乘法

• 包 pls 实现了偏最小二乘回归 (PLSR) 和主成分回归 (PCR)。
• 包 lspls 实现了最小二乘-偏最小二乘 (LS-PLS) 方法。
• 稀疏 PLS 在包 spls 包中实现。
• 包 gpls 实现了广义偏最小二乘法，基于 Brian Marx 的迭代加权最小二乘 (IRWLS) 方法。
• 包 enpls 实现了集成偏最小二乘法，这是一个基于（稀疏）偏最小二乘回归的框架，用于测量特征重要性、异常值检测和集成建模。
• 包 mdatools 提供了用于 PLS 回归和判别分析 (PLSDA) 的函数，包括许多图、回归系数的 Jack-Knifing 推断以及许多其他补充工具。

主成分分析

• 主成分分析 (PCA) 在 stats 包中，函数为 princomp()。一些图形化的 PCA 表示可以在 psy 包中找到。
• homals 包提供了非线性 PCA，并且通过定义集合，提供了非线性典型相关分析（Gifi 家族模型）。
• 可以使用 pcaPP 包计算所需的鲁棒主成分数量。 elasticnet 包适用于稀疏 PCA。
• subselect 提供了一组函数，用于评估变量子集作为完整数据集的替代的质量。
• mdatools 包提供了用于 PCA 分析的函数。这些函数既适用于传统数据集，也适用于图像，包括光谱图像。PCA 的随机版本可用于加快大型数据集的计算速度。该包还实现了基于 PCA 的分类方法，即类比的软独立建模 (SIMCA)。
• pcv 包实现了用于 PCA、主成分回归和偏最小二乘回归模型的 Procrustes 交叉验证方法。
• LearnPCA 包提供了一系列解释 PCA 的小插图。

因子分析

• 因子分析 (FA) 在 stats 包中，函数为 factanal()；有关扩展的详细信息，请参见 Psychometrics 任务视图。

成分数据分析

• compositions 包提供了用于对成分数据（例如物质的比例）和正数（例如浓度）进行一致分析的函数。另请参见 K. Gerald von den Boogaart 和 Raimon Tolosana-Delgado 的著作，用 R 分析成分数据，ISBN：978-3-642-36808-0，Springer，2013。

独立成分分析

• 独立成分分析 (ICA) 可以使用 fastICA 计算。

聚类

• Cluster 任务视图提供了一个用于聚类问题的软件包列表。

变量选择

• 使用 AIC 的线性模型的逐步变量选择在函数 step() 中可用；软件包 leaps 实现跳跃边界变量选择，默认情况下使用 Mallow's Cp。 stepPlr 为惩罚逻辑回归提供逐步变量选择。
• 软件包 varSelRF 为随机森林提供变量选择方法。软件包 clustvarsel 实现基于模型的聚类的变量选择。
• BioMark 软件包实现了两种用于变量选择的元方法：稳定性选择（将主要选择方法（如 t 检验、VIP 值或 PLSDA 回归系数）应用于数据的不同子集），以及更高批评，它在统计检验中提供数据驱动的显著性截止值选择。
• 软件包 mdatools 实现基于 VIP 分数、选择性比率 (SR) 以及区间 PLS 的方法。

自组织映射

• kohonen 软件包实现了自组织映射以及一些用于监督模式识别和数据融合的扩展。 som 软件包提供了用于自组织映射的函数。

微分方程

• 请参阅 DifferentialEquations 任务视图中处理微分方程的软件包。

计量学

• units 软件包将单位元数据附加到向量、矩阵和数组，提供单位的自动传播、转换、推导和简化。
• errors 软件包将不确定性元数据附加到向量、矩阵和数组，提供自动传播和报告。
• quantities 软件包集成了 units 和 errors 软件包，为向量、矩阵和数组提供量化计算系统。
• constants 软件包提供基于科学数据委员会 (CODATA) 报告的值的基本物理常数的值，CODATA 是国际科学理事会的一个跨学科委员会。
• NISTunits 也提供基本物理常数的值。它包含的值基于美国国家标准与技术研究院 (NIST) 报告的值。
• measurements 包含了一些工具，可以简化物理测量操作，例如用于在公制和英制单位之间进行转换的函数，或用于根据其他维度的测量值计算维度的未知值。
• The metRology 包提供对计量应用的支持，包括测量不确定度估计和实验室间计量比较研究。

校准

• The investr 包使用线性回归和非线性回归模型来促进校准/逆估计。
• The chemCal 包提供用于绘制线性校准函数和估计测量标准误差的函数。
• The nlreg 包适用于非线性校准模型。

元胞自动机

• The simecol 包包括用于元胞自动机建模的函数。

热力学

• The CHNOSZ 包提供用于计算标准吉布斯自由能和其他热力学性质以及包含在热力学数据库中的物质之间反应的化学亲和力的函数。
• The IAPWS95 包提供用于根据国际水和蒸汽性质协会 (IAPWS) 1995 年公式计算水的热力学性质的函数。

外部库接口

• The rcdk 包允许用户访问 化学发展工具包 (CDK) 中的功能，这是一个用于化学信息学的 Java 框架。这允许用户加载分子，评估指纹（通过 fingerprint 包），计算分子描述符等等。此外，CDK API 允许用户以 2D 方式查看结构。The rcdklibs 包提供 CDK 库供 R 中使用。
• ChemmineR 是一个用于在 R 中分析小分子的化学信息学工具包。其附加包包括 fmcsR 用于容错最大公共子结构匹配，eiR 用于加速结构相似性搜索；bioassayR 用于分析生物活性数据，以及 ChemmineOB 用于从 R 访问 OpenBabel 功能。
• 该 webchem 包允许用户从网络上的各种来源检索化学信息并与各种 API 交互。来源包括：化学标识符解析器，ChemSpider，PubChem，化学翻译服务，PAN 杀虫剂数据库，艾伦·伍德的杀虫剂通用名称汇编，PHYSPROP 数据库，ETOX，PPDB，以及 ChemIDplus。
• 该 standartox 包允许用户访问 Standartox 生态毒理学测试数据数据库。

光谱学

• 布莱恩·汉森已经汇集了广泛的 光谱学自由和开源软件 (FOSS)，其中大部分以 R 包的形式存在。
• 该 spectralAnalysis 包允许用户预处理、可视化和分析光谱数据。包括非负矩阵分解分析。
• 该 ChemoSpec 包收集了用户友好的函数，用于绘制光谱（NMR、IR 等）并进行自上而下的探索性数据分析，例如 HCA、PCA 和基于模型的聚类。
• 该 HyperChemoBridge 互换 ChemoSpec（和 hyperSpec）对象
• 该 speaq 包实现了基于层次聚类的峰对齐 (CluPA)，可用于对齐 NMR 光谱。
• 该 TIMP 包为物理和化学应用中的可分离非线性模型拟合提供了一个问题解决环境，并且已广泛应用于时间分辨光谱数据。
• 该 ChemoSpec2D 包允许对二维光谱数据集（如 COSY（相关光谱）和 HSQC（异核单量子相干）二维 NMR（核磁共振）光谱）进行探索性化学计量学。
• The spectrino 包提供用于光谱查看和组织的工具。
• The NIRStat 包提供近红外光谱 (NIRS) 时间序列的输血相关差异测试。
• The serrsBayes 包允许拉曼光谱数据的贝叶斯建模。

色谱法

• chromConverter 提供解析器将色谱数据读入 R。它可以处理多种格式。
• GCalignR 根据峰保留时间对峰进行对齐，并在样本之间匹配同源峰。
• The LCMSQA 包提供用于检查液相色谱/质谱 (LC/MS) 实验质量的工具。
• RGCxGC 是用于分析二维气相色谱数据的工具箱。
• The RpeakChrom 包包含用于色谱柱表征和色谱峰建模的工具。

质谱法

• MSnbase 定义了用于基于质谱的蛋白质组学数据处理、绘图、处理和量化的基础设施。
• MALDIquant 提供用于 MALDI-TOF 质谱数据的定量分析工具，支持基线校正、峰检测和质谱图绘制。 MALDIquantForeign 将数据导入/导出到“MALDIquant”对象。
• The OrgMassSpecR 包用于有机/生物质谱，重点关注图形显示、使用稳定同位素稀释的定量和蛋白质氢/氘交换实验。
• Bioconductor 包 MassSpecWavelet、PROcess 和 xcms 旨在用于分析质谱数据。
• The apLCMS 包旨在用于处理基于 LC/MS 的代谢组学数据。
• The xMSanalyzer 包允许合并 apLCMS 来自多个参数设置集的样本处理结果，以及其他功能。
• The MSPrep 包用于代谢组学数据的后处理，包括重复样本的汇总、过滤、插补和归一化。
• The metaMS 包是一个基于质谱的代谢组学数据处理和化合物注释管道。The RaMS 提供了格式化和可视化质谱数据的函数。
• readMzXmlData 导入 mzXML 格式的数据。
• readBrukerFlexData 导入 Bruker *flex 格式的数据。
• MSbox 提供了一套用于质谱数据分析的工具。
• enviPat 允许对质谱进行同位素模式、轮廓和质心计算。
• HaDeX 提供了用于处理、分析和可视化由质谱监测的氢氘交换实验 (HDX-MS) 的函数。

磁共振成像，磁共振波谱

• The MedicalImaging 任务视图提供了一个可用于 fMRI、MRI 和相关数据的软件包列表。

荧光寿命成像显微镜

• 用于可视化和分析荧光寿命成像显微镜 (FLIM) 数据集的函数在软件包 TIMP 中可用。

荧光涨落光谱

• The FCSlib 提供了用于荧光涨落光谱数据分析的函数。

碳测年

• The Bchron 软件包根据放射性碳和非放射性碳测年深度创建年代学。
• The rcarbon 软件包允许校准和分析放射性碳年代。
• The ISRaD 软件包提供了数据和工具，用于开发、维护、分析和部署 国际土壤放射性碳数据库 (ISRaD)。
• The nimbleCarbon 软件包提供了用于放射性碳年代贝叶斯分析的函数。
• The rcarbon 软件包允许校准和分析放射性碳年代。
• The spDates 软件包允许分析放射性碳年代的空间梯度。

天文学和天体物理学

• The astrodatR 软件包收集了来自当代天文学研究的 19 个数据集，其中许多数据集在上述教科书“用 R 应用进行现代天文学统计方法”中进行了描述。
• The RobPer 软件包根据（稳健地）将周期性函数拟合到光变曲线来计算周期图。
• 包 snapshot 包含用于读取和写入来自 GADGET 代码的 N 体快照的函数，用于宇宙学 N 体/SPH 模拟。
• 包 UPMASK 使用例如光度和空间位置，对恒星团进行无监督的光度成员分配。
• 包 solaR 提供函数来确定太阳相对于地球的运动，并确定入射太阳辐射。
• 包 FITSio 提供实用程序来读取和写入 FITS（灵活图像传输系统）格式的文件，这是天文学中的标准格式。
• 包 stellaR 管理和显示来自比萨低质量数据库的恒星轨迹和等时线。
• 包 astroFns 提供各种天文学函数、实用程序和数据。
• 包 cosmoFns 包含距离、时间、光度和其他在观测宇宙学中（包括分子谱线观测）有用的量的标准表达式。
• 包 celestial 包含许多常见的天文学转换例程，特别是 HMS 和度方案。
• 包 SCEPtER 用于根据有效温度、[Fe/H] 和星震参数的观测数据估计恒星质量和半径。
• 包 lira 在天文学中执行贝叶斯线性回归和预测，考虑数据中所有类型的误差和相关性。
• 包 SPADAR 提供函数来创建广泛使用的天文坐标系（赤道、黄道、银河系）的全天网格图，以及在这些系统中的任何一个系统上数据的散点图，包括即时系统转换。
• 包 SCEPtERbinary 允许根据有效温度、金属丰度 [Fe/H]、质量和两颗恒星的半径，估计双线分离双星系统的恒星年龄。
• 天体统计和天体信息学门户 是一个以 R 为中心的集合，包含有关天文学中统计分析的信息。
• Hans Werner Borchers 在 R、Python 和 Julia 的天文模块和链接 上有一个页面。

能源建模

• 该 solaR 包提供函数来模拟和建模涉及太阳能捕获和利用的系统，包括光伏。

水和土壤化学

• 该 AquaEnv 包是水生化学建模的工具箱，重点关注（海洋）酸化和 CO2 空气-水交换。
• 查看 Environmetrics 任务视图以获取更多与水和土壤化学相关的相关包。

滴定曲线

• 该 titrationCurves 包提供函数来绘制酸/碱、络合、氧化还原和沉淀滴定曲线。

电化学

• 该 eChem 包提供函数来模拟伏安法、计时电流法和计时库仑法实验，这可能对分析化学课程有用。

保健物理学

• 该包 radsafer 提供辐射安全功能；该包 RadData 提供来自国际放射防护委员会的核衰变数据，用于剂量学计算。
• 该包 AeroSampleR 允许估计气溶胶采样的理想效率。

CRAN 包

相关链接

• R 新闻：R 在化学中的应用
• 统计软件杂志：R 中的光谱学和化学计量学
• apLCMS
• 天体统计学和天体信息学门户软件论坛
• 化学开发工具包 (CDK)
• MSPrep
• OpenBabel
• PubChem
• xMSanalyzer
• 化学标识符解析器
• ChemSpider
• 免费开源软件 (FOSS) 用于光谱学
• 化学翻译服务
• PAN 农药数据库
• 艾伦·伍德的农药通用名称汇编
• PHYSPROP 数据库
• ETOX
• PPDB
• ChemIDplus
• R、Python 和 Julia 的天文模块和链接
• mdatools：让化学计量学变得简单
• Standartox

其他资源

• CRAN 任务视图：Cluster
• CRAN 任务视图：DifferentialEquations
• CRAN 任务视图：Environmetrics
• CRAN 任务视图：MedicalImaging
• CRAN 任务视图：Psychometrics
• Bioconductor 包：alsace
• Bioconductor 包：bioassayR
• Bioconductor 包：ChemmineOB
• Bioconductor 包：ChemmineR
• Bioconductor 包：eiR
• Bioconductor 包：fmcsR
• Bioconductor 包：gpls
• Bioconductor 包：MassSpecWavelet
• Bioconductor 包：metaMS
• Bioconductor 包：MSnbase
• Bioconductor 包：PROcess
• Bioconductor 包：xcms
• GitHub 项目：ChemometricsWithR
• GitHub 项目：HyperChemoBridge