Pandas处理时间序列数据的20个关键知识点

时间序列数据有许多定义，它们以不同的方式表示相同的含义。一个简单的定义是时间序列数据包括附加到顺序时间点的数据点。

时间序列数据的来源是周期性的测量或观测。许多行业都存在时间序列数据。举几个例子:

• 一段时间内的股票价格
• 每天，每周，每月的销售额
• 流程中的周期性度量
• 一段时间内的电力或天然气消耗率

在这篇文章中，我将列出20个要点，帮助你全面理解如何用Pandas处理时间序列数据。

1.不同形式的时间序列数据

时间序列数据可以是特定日期、持续时间或固定的自定义间隔的形式。

时间戳可以是给定日期的一天或一秒，具体取决于精度。例如，' 2020-01-01 14:59:30 '是基于秒的时间戳。

2.时间序列数据结构

Pandas提供灵活和高效的数据结构来处理各种时间序列数据。

除了这3个结构之外，Pandas还支持日期偏移概念，这是一个与日历算法相关的相对时间持续时间。

3.创建一个时间戳

最基本的时间序列数据结构是时间戳，可以使用to_datetime或Timestamp函数创建

import pandas as pdpd.to_datetime('2020-9-13')
Timestamp('2020-09-13 00:00:00')pd.Timestamp('2020-9-13')
Timestamp('2020-09-13 00:00:00')

4.访问按时间戳保存的信息

我们可以获得存储在时间戳中的关于日、月和年的信息。

a = pd.Timestamp('2020-9-13')a.day_name()
'Sunday'
a.month_name()
'September'
a.day
13
a.month
9
a.year
2020

5. 隐藏信息访问

时间戳对象还保存有关日期算法的信息。例如，我们可以问这一年是不是闰年。以下是我们可以获得的一些更具体的信息:

b = pd.Timestamp('2020-9-30')b.is_month_end
Trueb.is_leap_year
Trueb.is_quarter_start
Falseb.weekofyear
40

6. 欧洲风格的日期

我们可以使用to_datetime函数处理欧洲风格的日期(即日期在先)。dayfirst参数被设置为True。

pd.to_datetime('10-9-2020', dayfirst=True)
Timestamp('2020-09-10 00:00:00')pd.to_datetime('10-9-2020')
Timestamp('2020-10-09 00:00:00')

注意:如果第一项大于12，Pandas会知道它不能是月。

pd.to_datetime('13-9-2020')
Timestamp('2020-09-13 00:00:00')

7. 将数据格式转换为时间序列数据

to_datetime函数可以将具有适当列的数据名称转换为时间序列。考虑以下数据格式:

pd.to_datetime(df)0   2020-04-13 
1   2020-05-16 
2   2019-04-11 
dtype: datetime64[ns]

7.时间戳之外的时间表示

在现实生活中，我们几乎总是使用连续的时间序列数据，而不是单独的日期。而且，Pandas处理顺序时间序列数据非常简单。

我们可以将日期列表传递给to_datetime函数。

pd.to_datetime(['2020-09-13', '2020-08-12', '2020-08-04', '2020-09-05'])
DatetimeIndex(['2020-09-13', '2020-08-12', '2020-08-04', '2020-09-05'], dtype='datetime64[ns]', freq=None)

返回的对象是一个DatetimeIndex。

还有一些更实用的方法来创造一系列的时间数据。

9. 用to_datetime和to_timedelta创建时间序列

可以通过将TimedeltaIndex添加到时间戳中来创建DatetimeIndex。

pd.to_datetime('10-9-2020') + pd.to_timedelta(np.arange(5), 'D')

“D”用来表示“day”，但是也有很多其他的选择。

10. date_range函数

它提供了一种更灵活的创建DatetimeIndex的方法。

pd.date_range(start='2020-01-10', periods=10, freq='M')

参数的作用是:指定索引中的项数。freq 是频率，“M”表示一个月的最后一天。

就freq参数而言，date_range非常灵活。

pd.date_range(start='2020-01-10', periods=10, freq='6D')

我们创建了一个频率为6天的数据。

11. period_range函数

它返回一个PeriodIndex。语法类似于date_range函数。

pd.period_range('2018', periods=10, freq='M')

12. timedelta_range函数

它返回一个TimedeltaIndex。

pd.timedelta_range(start='0', periods=24, freq='H')

13.时区

默认情况下，Panda的时间序列对象没有指定的时区。

dates = pd.date_range('2019-01-01','2019-01-10')
dates.tz is None
True

我们可以使用tz_localize方法为这些对象分配时区。

dates_lcz = dates.tz_localize('Europe/Berlin')
dates_lcz.tz
<DstTzInfo 'Europe/Berlin' LMT+0:53:00 STD>

14. 创建一个具有指定时区的时间序列

我们还可以使用tz关键字参数创建带有时区的时间序列对象。

pd.date_range('2020-01-01', periods = 5, freq = 'D', tz='US/Eastern')

15. 偏移量

假设我们有一个时间序列索引，并且想为所有的日期偏移一个特定的时间。

A = pd.date_range('2020-01-01', periods=10, freq='D')
A

让我们给这个数据加上一周的偏移。

A + pd.offsets.Week()

16. 移动时间序列数据

时间序列数据分析可能需要移数据点进行比较。移位函数可以移位数据。

A.shift(10, freq='M')

17. Shift vs tshift

• 移动:移动数据
• tshift:移动时间索引

让我们创建一个带有时间序列索引的dataframe，并绘制它以查看shift和tshift之间的区别。

dates = pd.date_range('2020-03-01', periods=30, freq='D')
values = np.random.randint(10, size=30)
df = pd.DataFrame({'values':values}, index=dates)df.head()

让我们把原始的时间序列和移位的时间序列一起画出来。

import matplotlib.pyplot as pltfig, axs = plt.subplots(nrows=3, figsize=(10,6), sharey=True)
plt.tight_layout(pad=4)
df.plot(ax=axs[0], legend=None)
df.shift(10).plot(ax=axs[1], legend=None)
df.tshift(10).plot(ax=axs[2], legend=None)

18. 用取样函数重新采样

时间序列数据的另一个常见操作是重采样。根据任务的不同，我们可能需要以更高或更低的频率重新采样数据。

Resample创建指定内部的组(或容器)，并允许您对组进行合并。

让我们创建一个包含30个值和一个时间序列索引的Panda系列。

A = pd.date_range('2020-01-01', periods=30, freq='D')
values = np.random.randint(10, size=30)
S = pd.Series(values, index=A)

以下将返回3天时间内的平均值。

S.resample('3D').mean()

在某些情况下，我们可能对特定频率的值感兴趣。函数返回指定间隔结束时的值。例如，在上一步创建的系列中，我们可能只需要每3天(而不是平均3天)一次的值。

S.asfreq('3D')

20.滚动

滚动对于时间序列数据是一种非常有用的操作。滚动意味着创建一个具有指定大小的滚动窗口，并对该窗口中的数据执行计算，当然，该窗口将滚动数据。下图解释了滚动的概念。

值得注意的是，计算开始时整个窗口都在数据中。换句话说，如果窗口的大小为3，那么第一次合并将在第三行进行。

让我们为我们的数据应用一个3天的滚动窗口。

S.rolling(3).mean()[:10]

结论

我们已经全面介绍了用Pandas进行时间序列分析。值得注意的是，Pandas提供了更多的时间序列分析。

感谢您的阅读。如果你有任何反馈，请告诉我。

作者：Soner Yıldırım

deephub翻译组:孟翔杰