Capítulo 13 Controle condicional de fluxo

13.1 Introdução

Haverá momentos em que você precisa tomar decisões em seu programa. A estrutura no R que te permite construir essas decisões, são os controles condicionais de fluxo. Nesse capítulo vamos rapidamente descrever o que são controles de fluxo, e focar logo em seguida, nos controles condicionais de fluxo. Apesar deles serem mais conhecidos por outros nomes, basicamente todas as linguagens de programação existentes oferecem tais controles e, por isso, eles fazem parte da base de praticamente todos os programas em uso no mundo.

13.2 O que são controles de fluxo ?

Em ciência da computação, controle de fluxo (ou control flow) é a ordem na qual expressões (ou comandos) são avaliados em uma dada linguagem ou programa. Mas esse termo também é utilizado para se referir à estruturas que são capazes de alterar essa “ordem de avaliação” dos comandos executados por uma dada linguagem/programa. Nesse capítulo vamos descrever uma dessas estruturas que estão disponíveis na linguagem R.

No R, expressões são avaliadas de maneira sequencial (um comando atrás do outro). Mas a linguagem também nos oferece algumas estruturas que alteram a forma como essas expressões podem ser avaliadas. Tais estruturas são chamadas de “elementos de controle de fluxo” nos manuais internos da linguagem (TEAM, 2020a), porém, elas são mais conhecidas dentro da comunidade de R (e da comunidade de programação em geral) por um conjunto de termos (loops, if/else statements, exception handling, dentre outros).

Estes “elementos de controle de fluxo” são estruturas especiais criadas a partir de palavras-chave (funções também se encaixam nessa categoria), e que utilizam um par de chaves ({}) para delimitar o conjunto de comandos sobre o qual essa estrutura vai atuar. Ao contornarmos esses comandos com um par de chaves, formamos o “corpo” (ou o body) dessa estrutura. Logo abaixo, temos uma lista dos “elementos de controle de fluxo” presentes no R. Para além dos elementos listados abaixo, temos algumas outras palavras-chave que ocorrem dentro dessas estruturas, e que também alteram a forma como o fluxo de comandos ocorre, como as palavras-chave next e break, as quais podem ser utilizadas dentro de algum loop.

### if statement
if ( cond ) {
  expr
}

### if else statement
if ( cond ) {
  expr1
} else {
  expr2
}

### while loop
while ( cond ) {
  expr
}

### repeat loop
repeat {
  expr
}

### for loop
for ( var in list ) {
  expr
}

Muitas linguagens de programação oferecem ao menos 3 categorias principais de controles de fluxo, sendo elas: 1) controles condicionais, ou, controles de escolha (if/else statements); 2) controles de iteração (loops); 3) controles de exceções (exception handling). No R, todas essas categorias estão presentes. Entretanto, os controles de exceções estão disponíveis através de funções (como try() e tryCatch()), enquanto os demais tipos de controles são empregados através das estruturas especiais que mencionamos, que são formadas por palavras-chave (como if, for, while, etc.). O foco deste capítulo são os controles de escolha. Por isso, os controles de iteração e de exceções serão descritos em capítulos posteriores.

13.3 O que são controles condicionais de fluxo ?

Um controle condicional de fluxo (ou controle de escolha) lhe permite executar ou ignorar um determinado bloco de comandos com base em uma condição lógica. Dito de outra forma, um controle de escolha vai utilizar o resultado de um teste lógico, para decidir sobre executar ou não um determinado bloco de comandos. Muitos programadores e profissionais da ciência da computação em geral, conhecem os controles condicionais de fluxo pelo termo “branching”.

Nós utilizamos esse tipo de controle de fluxo, toda vez que encontramos uma bifurcação em nosso programa, e precisamos decidir sobre qual dos dois caminhos seguir. Por exemplo, suponha que eu tenha uma variável x em minha sessão, e que eu gostaria que o R me mostrasse no console, uma mensagem para o caso do valor dessa variável ser maior que 10, e, uma outra mensagem para o caso desse valor ser menor que 10. Tal mecanismo de mensagens poderia ser implementado da seguinte forma:

x <- 5

if (x > 10) {
  print("x é maior que 10!")
} else {
  print("x é menor que 10!")
}

## [1] "x é menor que 10!"

Um controle de escolha é sempre iniciado pela palavra-chave if, e pode ou não incluir uma palavra-chave else em seguida. Sendo assim, após a palavra if, devemos abrir um par de parênteses, e incluir dentro deles, algum teste lógico (ou um objeto que contenha um valor lógico). Depois, abrimos um par de chaves, e incluímos dentro delas, os comandos a serem executados caso o resultado do teste lógico seja TRUE (no exemplo acima, esse comando é print("x é maior que 10!")). Se você deseja que um outro conjunto de comandos sejam executados, para a hipótese do teste lógico retornar o valor FALSE, basta adicionar a palavra-chave else e abrir um novo par de chaves e incluir esse outro conjunto de comandos (no exemplo acima, esse outro comando é print("x é menor que 10!")) dentro delas.

Tendo isso em mente, e observando o resultado dos comandos acima, podemos concluir que o resultado do teste lógico x > 10 foi igual a FALSE, e que por isso, o R ignorou completamente o comando armazenado no primeiro par de chaves, e executou o comando definido no segundo par de chaves que está conectada pela palavra-chave else.

Portanto, olhando agora para o template abaixo, quando o R encontrar em seu script esse tipo de estrutura iniciada pela palavra if, ele vai primeiro, avaliar o resultado da condição lógica descrita em condicao. Caso o resultado desse teste seja TRUE, o R vai executar os comandos presentes no primeiro par de chaves. Mas caso o resultado desse teste seja FALSE, o R vai ignorar os comandos presentes no primeiro par de chaves, e também, vai verificar se você adicionou uma palavra else após esse primeiro par de chaves. Caso você tenha adicionado essa palavra, o R vai executar os comandos inseridos no par de chaves que está logo após essa palavra else. Vale destacar que, o resultado de condicao deve ser um único valor lógico (TRUE ou FALSE). Caso o resultado de condicao seja um vetor de valores lógicos, if vai utilizar apenas o primeiro valor desse vetor para realizar suas escolhas (GROLEMUND, 2014).

if(condicao){
  # se `condicao` for verdadeira
  # execute esses comandos
} else {
  # se `condicao` não for verdadeira
  # execute esses comandos
}

Descrevendo ainda de outra maneira, e utilizando o template abaixo, se o resultado de condicao for TRUE, o R vai executar os comandos descritos na área comandos1, e vai ignorar completamente os comandos descritos na área comandos2. Por outro lado, se o resultado de condicao for FALSE, o contrário ocorre, logo, o R ignora os comandos descritos em comandos1 e executa os comandos descritos em comandos2. Dessa forma, um if statement é uma maneira de dizermos para o R realizar uma tarefa específica para um caso específico. Em português, um if statement pode ser traduzido como “Caso isso seja verdadeiro, faça isso, caso contrário, faça aquilo” (GROLEMUND, 2014).

if(condicao){
  # comandos1
} else {
  # comandos2
}

Você pode incluir em cada área (comandos1 e comandos2) quantas linhas de comandos forem necessárias. Porém, pelo fato de um teste lógico produzir apenas dois valores possíveis (TRUE e FALSE), com 1 combinação de if e else, você é capaz de construir apenas dois blocos de comandos, ou duas possibilidades de execução. Caso você queira adicionar mais blocos possíveis de serem executados, formando uma espécie de “árvore de possibilidades”, você precisa adicionar um novo if após o else, como no exemplo abaixo:

y <- 4

if(y == 1){
  print("y é igual a 1")
} else if(y == 2){
  print("y é igual a 2")
} else if(y == 3){
  print("y é igual a 3")
} else if(y == 4){
  print("y é igual a 4")
} else {
  print("Não sei o que y é")
}

## [1] "y é igual a 4"

y <- "a"

if(y == 1){
  print("y é igual a 1")
} else if(y == 2){
  print("y é igual a 2")
} else if(y == 3){
  print("y é igual a 3")
} else if(y == 4){
  print("y é igual a 4")
} else {
  print("Não sei o que y é")
}

## [1] "Não sei o que y é"

Contudo, quando você possui mais de duas possibilidades, como no exemplo acima, o seu código geralmente fica mais organizado e legível, quando você utiliza vários if’s individuais para cada caso, como demonstrado abaixo:

y <- "a"

if(y == 1){
  print("y é igual a 1")
} 

if(y == 2){
  print("y é igual a 2")
} 

if(y == 3){
  print("y é igual a 3")
} 

if(y == 4){
  print("y é igual a 4")
} 

Perceba que, quando você não utiliza a palavra-chave else, o R vai executar uma ação se, e somente se o resultado do teste lógico descrito em if for TRUE. Pois sem a palavra-chave else, você basicamente não deu ao R, nenhuma ação a ser executada para o caso do teste lógico resultar em FALSE. Por isso que no exemplo acima, nenhuma das mensagens com print() foram executadas. Pois os testes lógicos de todos os if’s acima, resultaram em FALSE.

13.4 A função switch() como uma alternativa interessante

No R, temos uma função que executa um controle de fluxo semelhante ao realizado por if e else, que é a função switch(). Porém, ao invés de utilizar o resultado de um teste lógico, essa função utiliza uma string ou um índice numérico para selecionar e executar um dos blocos de comandos listados.

Por exemplo, logo abaixo, eu forneço à função switch() o objeto y, o qual contém a string "fruit". Ao receber esse valor, switch() começa a procurar por alguma opção listada cujo o nome seja igual a essa string. Ao se deparar com fruit = "banana", switch() pega a expressão guardada nessa opção (nesse caso, a string "banana") e a executa. Já no segundo bloco, o objeto y agora guarda a string "meat", e assim, a função switch() procura novamente por uma opção listada que possua esse nome. Porém, ela não encontra nenhuma opção com o nome meat, e, por isso, ela acaba executando a expressão “geral” (a qual não está conectada a nenhum “nome” específico).

y <- "fruit"
switch(y, fruit = "banana", vegetable = "broccoli", "Neither")

## [1] "banana"

y <- "meat"
switch(y, fruit = "banana", vegetable = "broccoli", "Neither")

## [1] "Neither"

Portanto, quando fornecemos uma string à switch(), a função procura por uma opção listada que possua um nome igual a essa string. Caso switch() encontre essa opção, a função vai executar a expressão que foi dada a essa opção. Vale destacar que essa expressão pode ser qualquer coisa, uma constante, uma função ou uma expressão que cria um novo objeto (nome_objeto <- valor).

y <- "média"
switch(y, média = mean(1:10), soma = sum(1:10), "Não encontrei a função")

## [1] 5.5

y <- "soma"
switch(y, média = mean(1:10), soma = sum(1:10), "Não encontrei a função")

## [1] 55

y <- "divisão"
switch(y, média = mean(1:10), soma = sum(1:10), "Não encontrei a função")

## [1] "Não encontrei a função"

Uma outra forma de selecionar a expressão a ser executada em switch() é fonecer o índice númerico que representa essa expressão. Ou seja, se eu quero executar a primeira expressão listada, eu forneço o número 1, se eu quero executar a segunda expressão listada, eu forneço o número 2, e assim por diante.

y <- 2
switch(y, mean(1:10), sum(1:10), "Não encontrei a função")

## [1] 55

13.5 Em certas ocasiões, é melhor evitar uma árvore de if’s através de subsetting

Nós utilizamos um controle de escolha para escolher que caminho perseguir em uma determinada parte de nosso programa. Entretanto, muitos usuários podem acabar utilizando if statements de uma forma não produtiva, ou ineficiente. Tenha atenção com isso. Se você está utilizando vários if/else em seu código, você provavelmente consegue refatorar esses comandos, em um formato mais claro e eficiente.

Isso se torna um ponto ainda mais crítico quando você está tentando lidar com várias possibilidades diferentes. Pois, apesar dos controles de escolha do R serem bastante rápidos, quando temos uma árvore muito grande de if’s, várias verificações lógicas precisam ser avaliadas e, com isso, ineficiências podem surgir em seu programa de maneira desnecessária. Uma das conclusões fundamentais de GROLEMUND (2014) na Parte 3 de sua obra, é que podemos quase sempre evitar esse efeito danoso, ao substituirmos nossa árvore de if’s por um sistema que utiliza subsetting sobre algum objeto de consulta que contém todas as possibilidades.

Por exemplo, suponha que você esteja construindo um programa que simula uma máquina caça-níquel. Quando você aciona a máquina, três símbolos são sorteados, dentre as opções “D” (diamante), “C” (cereja), “B” (banana), “G” (ouro). Caso os três símbolos seja iguais entre si, você ganha um prêmio, com base em que símbolos são esses. Suponha que 3 diamantes geram R$1000 de prêmio, enquanto 3 cerejas, 3 bananas e 3 ouros levam a prêmios de R$200, R$100 e R$600, respectivamente.

Portanto, nesse programa, temos um comando que sorteia o resultado da máquina caça-níquel, e uma outra parte, que decide qual o valor do premio com base nesse resultado sorteado. Esse é provavelmente o caso mais típico de uso indevido de um if/else statements, em que você está tentando determinar o valor correto de uma variável (no caso abaixo, premio) que pode assumir diferentes valores a depender de uma ou de várias condições lógicas.

### Sorteando os símbolos:
resultado <- paste(sample(c("D", "C", "B", "G"), 3), collapse = "")
resultado

## [1] "CGB"

premio <- 0

if(resultado == "DDD"){
  premio <- 1000
}

if(resultado == "CCC"){
  premio <- 200
}

if(resultado == "BBB"){
  premio <- 100
}

if(resultado == "GGG"){
  premio <- 600
}

### Vendo qual foi o prêmio da rodada:
print(premio)

## [1] 0

Um método muito mais eficiente de se resolver um problema como esse, seria criarmos um vetor de consulta (ou lookup vector) com os valores de cada prêmio. Para criar um vetor como esse, nós armazenamos os prêmios em um vetor comum, e utilizamos a função names() para nomearmos cada um desses valores com o respectivo resultado que o representa. Dessa forma, ao sortearmos o resultado do caça-níquel, utilizamos esse resultado como uma key dentro da função de subsetting ([). No exemplo abaixo, estamos fazendo isso com o comando premios[resultado]. Assim, o R vai procurar por um prêmio dentro do vetor premios que contém o mesmo nome que essa key.

premios <- c(1000, 200, 100, 600)
names(premios) <- c("DDD", "CCC", "BBB", "GGG")
print(premios)

##  DDD  CCC  BBB  GGG 
## 1000  200  100  600

### Sorteando o resultado
resultado <- paste(sample(c("D", "C", "B", "G"), 3), collapse = "")
print(resultado)

## [1] "BGD"

### Calculando o prêmio
premio <- sum(0, premios[resultado], na.rm = TRUE)
print(premio)

## [1] 0

Assim como em que qualquer outra linguagem, você pode reescrever uma sentença de várias formas diferentes, sem afetar o seu significado. Porém, quando estamos tratando de linguagens de programação, certos padrões de escrita tendem a ser mais claros e eficientes do que outros. O padrão de escrita mostrado acima, em que estamos tentando determinar o valor correto de uma variável, pode ser quase sempre resumido por essa estratégia em que criamos um objeto de consulta contendo todas as possibilidades, e utilizamos a função de subsetting ([) para selecionarmos a possibilidade correta.

Entenda que, esse “valor correto” pode ser qualquer coisa (um character, um double, uma função, o nome de um arquivo, etc.) que o R te permite definir. Como exemplo, suponha que você receba múltiplos valores numéricos individuais, e que esses valores numéricos são acompanhados de um rótulo. Esse rótulo faz referência a um indicador específico.

Vamos supor que temos apenas 3 indicadores diferentes: nota média de atendimento (identificado pelo rótulo "nma"), tempo médio de atendimento (identificado pelo rótulo "tma") e índice de conclusão de tickets (identificado pelo rótulo "ict"). Cada um desses 3 indicadores utilizam uma unidade diferente, ou, em outras palavras, eles são apresentados em formatos diferentes. Por exemplo, o indicador tma é um indicador de tempo, logo, ele pode ser apresentado no formato HH:MM:SS. Por outro lado, o indicador ict é uma proporção de quantos tickets foram concluídos, logo, ele seria apresentado como uma porcentagem VV,VV%.

Portanto, a depender do rótulo associado ao valor numérico que eu recebo, eu preciso formatar esse valor numérico de uma determinada maneira. Poderíamos organizar essas diferentes maneiras de se apresentar um determinado indicador em diferentes funções de “formatos”. Tais funções estão representadas abaixo. Todas elas esperam receber como input, um valor numérico qualquer, e elas produzem como output, uma representação em texto desse valor numérico no formato ideal para o indicador a que esse valor se refere.

format_percent <- function(x){
  rn <- round(as.double(x) * 100, 2)
  rn <- format(rn, decimal.mark = ",", big.mark = ".")
  paste0(rn, "%", collapse = "")
}

format_double <- function(x){
  rn <- as.double(x)
  rn <- round(rn, 2)
  rn <- format(rn, decimal.mark = ",", big.mark = ".")
  return(rn)
}

format_hour <- function(x){
  n <- as.double(x)
  H <- as.integer( abs(n) / 3600 )
  M <- as.integer( (abs(n) / 60) - (H * 60) )
  S <- as.integer( abs(n) - (M * 60) - (H * 3600) )
  H <- ifelse(H < 10, paste0("0", as.character(H), collapse = ""), as.character(H))
  M <- ifelse(M < 10, paste0("0", as.character(M), collapse = ""), as.character(M))
  S <- ifelse(S < 10, paste0("0", as.character(S), collapse = ""), as.character(S))
  hour <- paste0(H, ':', M, ':', S, collapse = "")
  return(hour)
}

Com essas funções em mãos, você poderia construir uma árvore de if’s que decidiria qual dessas funções aplicar sobre um determinado valor a depender do rótulo que o acompanha. Logo abaixo, temos um exemplo deste raciocínio:

valor <- 560.258812
names(valor) <- "tma"

if(names(valor) == "ict"){
  format_percent(valor)
} else 
if(names(valor) == "tma"){
  format_hour(valor)
} else
if(names(valor) == "nma"){
  format_double(valor)
}

## [1] "00:09:20"

Entretanto, podemos facilmente refatorar esses comandos utilizando subsetting. Dessa forma, podemos armazenar as diferentes funções de formato dentro de uma lista e, em seguida, utilizarmos o rótulo que acompanha o valor em questão como uma key para acessarmos a função de formato correta dentro da lista de consulta (funcoes_formato), como está demonstrado abaixo:

funcoes_formato <- list(
  "nma" = format_double,
  "ict" = format_percent,
  "tma" = format_hour
)

valor <- 560.258812
names(valor) <- "tma"

format_fun <- funcoes_formato[[names(valor)]]

format_fun(valor)

## [1] "00:09:20"

Uma outra alternativa, seria utilizarmos a função switch() para reorganizarmos esse código:

valor <- 560.258812
names(valor) <- "tma"

ind <- names(valor)

format_fun <- switch(
  ind,
  "nma" = format_double,
  "ict" = format_percent,
  "tma" = format_hour
)

format_fun(valor)

## [1] "00:09:20"