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Python数据分析入门(十三):时间序列

2021-04-18 18:38:24python人已围观

简介时间序列(time series)数据是一种重要的结构化数据形式,。在多个时间点观察或测量到的任何时间都可以形成一段时间序列。很多时间, 时间序列是固定频率的, 也就是说, 数据点是根

时间序列(time series)数据是一种重要的结构化数据形式,。在多个时间点观察或测量到的任何时间都可以形成一段时间序列。很多时间, 时间序列是固定频率的, 也就是说, 数据点是根据某种规律定期出现的(比如每15秒。。。。)。时间序列也可以是不定期的。时间序列数据的意义取决于具体的应用场景。主要由以下几种:

  • 时间戳(timestamp),特定的时刻。
  • 固定时期(period),如2007年1月或2010年全年。
  • 时间间隔(interval),由起始和结束时间戳表示。时期(period)可以被看做间隔(interval)的特例。

1. 时间和日期数据类型及其工具:

Python标准库包含用于日期(date)和时间(time)数据的数据类型,而且还有日历方面的功能。我们主要会用到datetime、time以及calendar模块。datetime.datetime(也可以简写为datetime)是用得最多的数据类型:

In [10]: from datetime import datetime

In [11]: now = datetime.now()

In [12]: now
Out[12]: datetime.datetime(2017, 9, 25, 14, 5, 52, 72973)

In [13]: now.year, now.month, now.day
Out[13]: (2017, 9, 25)

datetime以毫秒形式存储日期和时间。timedelta表示两个datetime对象之间的时间差:

In [14]: delta = datetime(2011, 1, 7) - datetime(2008, 6, 24, 8, 15)

In [15]: delta
Out[15]: datetime.timedelta(926, 56700)

In [16]: delta.days
Out[16]: 926

In [17]: delta.seconds
Out[17]: 56700

可以给datetime对象加上(或减去)一个或多个timedelta,这样会产生一个新对象:

In [18]: from datetime import timedelta

In [19]: start = datetime(2011, 1, 7)

In [20]: start + timedelta(12)
Out[20]: datetime.datetime(2011, 1, 19, 0, 0)

In [21]: start - 2 * timedelta(12)
Out[21]: datetime.datetime(2010, 12, 14, 0, 0)

字符串和datetime的相互转换

利用str或strftime方法(传入一个格式化字符串),datetime对象和pandas的Timestamp对象(稍后就会介绍)可以被格式化为字符串:

In [22]: stamp = datetime(2011, 1, 3)

In [23]: str(stamp)
Out[23]: '2011-01-03 00:00:00'

In [24]: stamp.strftime('%Y-%m-%d')
Out[24]: '2011-01-03'

datetime.strptime可以用这些格式化编码将字符串转换为日期:

In [26]: datetime.strptime(value, '%Y-%m-%d')
Out[26]: datetime.datetime(2011, 1, 3, 0, 0)

In [27]: datestrs = ['7/6/2011', '8/6/2011']

In [28]: [datetime.strptime(x, '%m/%d/%Y') for x in datestrs]
Out[28]: 
[datetime.datetime(2011, 7, 6, 0, 0),
 datetime.datetime(2011, 8, 6, 0, 0)]

datetime.strptime是通过已知格式进行日期解析的最佳方式。但是每次都要编写格式定义是很麻烦的事情,尤其是对于一些常见的日期格式。这种情况下,你可以用dateutil这个第三方包中的parser.parse方法(pandas中已经自动安装好了):

In [29]: from dateutil.parser import parse

In [30]: parse('2011-01-03')
Out[30]: datetime.datetime(2011, 1, 3, 0, 0)

dateutil可以解析几乎所有人类能够理解的日期表示形式:

In [31]: parse('Jan 31, 1997 10:45 PM')
Out[31]: datetime.datetime(1997, 1, 31, 22, 45)

在国际通用的格式中,日出现在月的前面很普遍,传入dayfirst=True即可解决这个问题:

In [32]: parse('6/12/2011', dayfirst=True)
Out[32]: datetime.datetime(2011, 12, 6, 0, 0)

pandas通常是用于处理成组日期的,不管这些日期是DataFrame的轴索引还是列。to_datetime方法可以解析多种不同的日期表示形式。对标准日期格式(如ISO8601)的解析非常快:

In [33]: datestrs = ['2011-07-06 12:00:00', '2011-08-06 00:00:00']

In [34]: pd.to_datetime(datestrs)
Out[34]: DatetimeIndex(['2011-07-06 12:00:00', '2011-08-06 00:00:00'], dtype='dat
etime64[ns]', freq=None)

它还可以处理缺失值(None、空字符串等):

In [35]: idx = pd.to_datetime(datestrs + [None])

In [36]: idx
Out[36]: DatetimeIndex(['2011-07-06 12:00:00', '2011-08-06 00:00:00', 'NaT'], dty
pe='datetime64[ns]', freq=None)

In [37]: idx[2]
Out[37]: NaT

In [38]: pd.isnull(idx)
Out[38]: array([False, False,  True], dtype=bool)

NaT(Not a Time)是pandas中时间戳数据的null值。

2. 时间序列基础

pandas最基本的时间序列类型就是以时间戳(通常以Python字符串或datatime对象表示)为索引的Series:

In [39]: from datetime import datetime

In [40]: dates = [datetime(2011, 1, 2), datetime(2011, 1, 5),
   ....:          datetime(2011, 1, 7), datetime(2011, 1, 8),
   ....:          datetime(2011, 1, 10), datetime(2011, 1, 12)]

In [41]: ts = pd.Series(np.random.randn(6), index=dates)

In [42]: ts
Out[42]: 
2011-01-02   -0.204708
2011-01-05    0.478943
2011-01-07   -0.519439
2011-01-08   -0.555730
2011-01-10    1.965781
2011-01-12    1.393406
dtype: float64

这些datetime对象实际上是被放在一个DatetimeIndex中的:

In [43]: ts.index
Out[43]: 
DatetimeIndex(['2011-01-02', '2011-01-05', '2011-01-07', '2011-01-08',
               '2011-01-10', '2011-01-12'],
              dtype='datetime64[ns]', freq=None)

跟其他Series一样,不同索引的时间序列之间的算术运算会自动按日期对齐:

In [44]: ts + ts[::2]
Out[44]: 
2011-01-02   -0.409415
2011-01-05         NaN
2011-01-07   -1.038877
2011-01-08         NaN
2011-01-10    3.931561
2011-01-12         NaN
dtype: float64

ts[::2] 是每隔两个取一个。

索引、选取、子集构造

当你根据标签索引选取数据时,时间序列和其它的pandas.Series很像:

In [48]: stamp = ts.index[2]

In [49]: ts[stamp]
Out[49]: -0.51943871505673811

还有一种更为方便的用法:传入一个可以被解释为日期的字符串:

In [50]: ts['1/10/2011']
Out[50]: 1.9657805725027142

In [51]: ts['20110110']
Out[51]: 1.9657805725027142

文章来源:查看

Tags:序列   入门   时间   分析   数据

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