Почему мой left.join не работает? Проблема с индексацией?

Вы имеете дело с точностью с плавающей запятой и, следовательно, не получаете того, чего ожидаете. Начнем с вашего второго вопроса.

Вместо

> lookup[15020, ]
        d   s     v
15020 177 8.2 15020
>
> lookup$s[15020] == 8.2
[1] FALSE

пытаться

> tol <- .Machine$double.eps^0.5
> lookup$s[15020] - 8.2 < tol
[1] TRUE
> lookup$v[which(lookup$d == 177 & abs(lookup$s - 8.2) < tol)]
[1] 15020

Подробнее об этом читайте в этом ответе.

Это также может относиться к вашему первому вопросу о том, что у merge есть проблемы.

Вместо этого, используя merge (или dplyr::*join), мы могли бы расширить логику tolerance.

> f <- \(x, y, tol=.Machine$double.eps^0.5) {
+   which(
+     colSums(
+       abs(t(lookup[, c('d', 's')]) - c(x, y)) < rep_len(tol, 2),
+     ) == 2L
+   )
+ }
> res1 <- data |> transform(v=lookup$v[mapply(f, data$d, data$s)])
> res1 |> head(20) 
     d    s     v
1   53  5.3  9647
2  124 20.2 36687
3  172 21.5 39088
4  137  5.3  9731
5   52 18.8 34081
6   67 20.0 36268
7   87 21.1 38279
8   64 29.4 53279
9   97 18.5 33583
10 159  8.6 15726
11  40 10.4 18865
12 138 29.6 53715
13  33 15.7 28451
14 171 24.4 44336
15 126 33.2 60219
16 120 20.1 36502
17  15 17.3 31329
18 104 17.4 31599
19  34  3.3  6008
20  92 33.6 60909

Поскольку это медленно, мы могли бы использовать Rcpp.

> Rcpp::cppFunction('
+ IntegerVector match_tol(NumericMatrix lookup, NumericMatrix data) {
+   int n = data.nrow();
+   IntegerVector res(n);
+   double tol = sqrt(std::numeric_limits<double>::epsilon());
+   for (int i = 0; i < n; ++i) {
+     double d = data(i, 0);  // first data column
+     double s = data(i, 1);  // second
+     for (int j = 0; j < lookup.nrow(); ++j) {
+       if (lookup(j, 0) == d && std::abs(lookup(j, 1) - s) < tol) {
+         res[i] = lookup(j, 2);
+         break;
+       }
+     }
+   }
+   return res;
+ }
+ ')

> res2 <- data |> transform(v=match_tol(as.matrix(lookup), as.matrix(data)))
> res2 |> head(20)
     d    s     v
1   53  5.3  9647
2  124 20.2 36687
3  172 21.5 39088
4  137  5.3  9731
5   52 18.8 34081
6   67 20.0 36268
7   87 21.1 38279
8   64 29.4 53279
9   97 18.5 33583
10 159  8.6 15726
11  40 10.4 18865
12 138 29.6 53715
13  33 15.7 28451
14 171 24.4 44336
15 126 33.2 60219
16 120 20.1 36502
17  15 17.3 31329
18 104 17.4 31599
19  34  3.3  6008
20  92 33.6 60909

Другие решения, в том числе base::merge(., sort=FALSE) в числовом или символьном формате, могут по-прежнему иметь проблемы*:

> joined1 <- merge(data, lookup, all.x=TRUE, sort=FALSE) 
> joined1 |> head(20)
     d    s     v
1   53  5.3  9647
2  124 20.2 36687
3  172 21.5 39088
4  137  5.3  9731
5   52 18.8 34081
6   67 20.0 36268
7   87 21.1 38279
8   64 29.4 53279
9   97 18.5 33583
10 159  8.6 15726
11  40 10.4 18865
12 138 29.6 53715
13  33 15.7 28451
14 171 24.4 44336
15 126 33.2 60219
16 120 20.1 36502
17  15 17.3 31329
18 104 17.4 31599  ## *
19 104 17.4 31599  ## *
20  34  3.3  6008

> joined2 <- merge(
+   sapply(data, as.character), 
+   sapply(lookup, as.character), 
+   all.x=TRUE, sort=FALSE) |> 
+   sapply(as.numeric) |> 
+   as.data.frame()  ## optional
> joined2 |> head(20)
     d    s     v
1   53  5.3  9647
2  124 20.2 36687
3  172 21.5 39088
4  137  5.3  9731
5   52 18.8 34081
6   67 20.0 36268
7   87 21.1 38279
8   64 29.4 53279
9   97 18.5 33583
10 159  8.6 15726
11  40 10.4 18865
12 138 29.6 53715
13  33 15.7 28451
14 171 24.4 44336
15 126 33.2 60219
16 120 20.1 36502
17  15 17.3 31329
18 104 17.4 31599  ## *
19 104 17.4 31599  ## *
20  34  3.3  6008

Сравнивать:

> data |> head(20)
     d    s
1   53  5.3
2  124 20.2
3  172 21.5
4  137  5.3
5   52 18.8
6   67 20.0
7   87 21.1
8   64 29.4
9   97 18.5
10 159  8.6
11  40 10.4
12 138 29.6
13  33 15.7
14 171 24.4
15 126 33.2
16 120 20.1
17  15 17.3
18 104 17.4
19  34  3.3
20  92 33.6

Данные:

> lookup <- expand.grid(d=0:180, s=seq(0, 35, by=0.1)) |>
+   transform(v=seq_len(35/.1 + 1))
> set.seed(42)
> data <- data.frame(d=sample(lookup$d, 1000, replace=TRUE), 
+                    s=round(runif (n=1000, min=0, max=35), 1))