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时间序列--日期的范围、频率及移动

时间:2020-02-06 14:33:05      阅读:113      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:计算   sum   dataframe   简单   body   表达   size   lis   第一个   

pandas中的时间序列一般被认为是不规则的,也就是说,没有固定的频率。但pandas有一整套标准时间序列频率以及用于重采样、频率推断、生成固定频率日期范围的工具。例如将一个时间序列转换为固定频率的时间序列,只需要调用resample即可。

频率的转换(或重采样)是一个大的主题,这里先介绍如何使用基本的频率。

1.1 生成日期范围

pandas.date_range()可用于生成指定长度的DatetimeIndex。

1 >>> index = pd.date_range(1/1/2020, 1/10/2020)  
2 >>> index
3 DatetimeIndex([2020-01-01, 2020-01-02, 2020-01-03, 2020-01-04,
4                2020-01-05, 2020-01-06, 2020-01-07, 2020-01-08,
5                2020-01-09, 2020-01-10],
6               dtype=datetime64[ns], freq=D)
7 >>>

默认情况下,date_range会产生按天计算的时间点,如果只传入起始或结束日期。那就还得传入一个表示一段时间的数字。

 1 >>> pd.date_range(start=1/1/2020, periods=20)
 2 DatetimeIndex([2020-01-01, 2020-01-02, 2020-01-03, 2020-01-04,
 3                2020-01-05, 2020-01-06, 2020-01-07, 2020-01-08,
 4                2020-01-09, 2020-01-10, 2020-01-11, 2020-01-12,
 5                2020-01-13, 2020-01-14, 2020-01-15, 2020-01-16,
 6                2020-01-17, 2020-01-18, 2020-01-19, 2020-01-20],
 7               dtype=datetime64[ns], freq=D)
 8 >>> pd.date_range(end=1/20/2020, periods=20) 
 9 DatetimeIndex([2020-01-01, 2020-01-02, 2020-01-03, 2020-01-04,
10                2020-01-05, 2020-01-06, 2020-01-07, 2020-01-08,
11                2020-01-09, 2020-01-10, 2020-01-11, 2020-01-12,
12                2020-01-13, 2020-01-14, 2020-01-15, 2020-01-16,
13                2020-01-17, 2020-01-18, 2020-01-19, 2020-01-20],
14               dtype=datetime64[ns], freq=D)
15 >>>

起始和结束日期定义了日期索引的严格边界。例如,如果你想要生成由每月最后一个工作日组成的日期索引,可以传入“BM”频率(表示business end of month),这样只会包含时间间隔内(或刚好在边界上)符合频率要求的日期。

1 >>> pd.date_range(1/1/2000, 12/1/2000, freq=BM) 
2 DatetimeIndex([2000-01-31, 2000-02-29, 2000-03-31, 2000-04-28,
3                2000-05-31, 2000-06-30, 2000-07-31, 2000-08-31,
4                2000-09-29, 2000-10-31, 2000-11-30],
5               dtype=datetime64[ns], freq=BM)
6 >>>

date_range默认会保留起始和结束时间戳的时间信息。

1 >>> pd.date_range(5/2/2012 12:56:31, periods=5) 
2 DatetimeIndex([2012-05-02 12:56:31, 2012-05-03 12:56:31,
3                2012-05-04 12:56:31, 2012-05-05 12:56:31,
4                2012-05-06 12:56:31],
5               dtype=datetime64[ns], freq=D)

有时,虽然起始和结束日期都带有时间信息,但希望产生一组被规范化(normalize)到午夜的时间戳,normalize选项即可实现该功能。

1 >>> pd.date_range(5/2/2012 12:56:31, periods=5, normalize=True) 
2 DatetimeIndex([2012-05-02, 2012-05-03, 2012-05-04, 2012-05-05,
3                2012-05-06],
4               dtype=datetime64[ns], freq=D

1.2  频率与日期偏移量

pandas的频率由一个基础频率(base frequency)和一个乘数组成的。基础频率通常以一个字符串别名表示,比如“M”表示每月,“H”表示每小时。对于每个基础频率,都有一个被称为日期偏移量(date offset)的对象与之对应。如,按小时计算的频率可以用Hour类表示。

1 >>> from pandas.tseries.offsets import Hour, Minute
2 >>> hour = Hour()
3 >>> hour  
4 <Hour>
5 >>> four_hours = Hour(4)  #定义偏移量的倍数
6 >>> four_hours
7 <4 * Hours>

一般来说,无需显示创建这样的对象,只需要使用诸如“H”或“4H”这样的字符串别名即可。在基础频率前放一个整数即可创建倍数。

 1 >>> pd.date_range(1/1/2020, 1/3/2020 23:59, freq=4H) 
 2 DatetimeIndex([2020-01-01 00:00:00, 2020-01-01 04:00:00,
 3                2020-01-01 08:00:00, 2020-01-01 12:00:00,
 4                2020-01-01 16:00:00, 2020-01-01 20:00:00,
 5                2020-01-02 00:00:00, 2020-01-02 04:00:00,
 6                2020-01-02 08:00:00, 2020-01-02 12:00:00,
 7                2020-01-02 16:00:00, 2020-01-02 20:00:00,
 8                2020-01-03 00:00:00, 2020-01-03 04:00:00,
 9                2020-01-03 08:00:00, 2020-01-03 12:00:00,
10                2020-01-03 16:00:00, 2020-01-03 20:00:00],
11               dtype=datetime64[ns], freq=4H)

大部分偏移量对象可通过加法进行连接。

1 >>> Hour(2) + Minute(30) 
2 <150 * Minutes>

同理,也可以传入频率字符串,这种字符串可以被高效的解析为等效的表达式。

1 >>> pd.date_range(1/1/2020, periods=10, freq=1h30min) 
2 DatetimeIndex([2020-01-01 00:00:00, 2020-01-01 01:30:00,
3                2020-01-01 03:00:00, 2020-01-01 04:30:00,
4                2020-01-01 06:00:00, 2020-01-01 07:30:00,
5                2020-01-01 09:00:00, 2020-01-01 10:30:00,
6                2020-01-01 12:00:00, 2020-01-01 13:30:00],
7               dtype=datetime64[ns], freq=90T)

有些频率说描述的时间点并不是均匀分隔的,例如:“M”(日历月末)和“BM”(每月最后一个工作日)就取决于每月的天数。对于后者,还要考虑月末是不是周末。我们将这些称为瞄点偏移量(anchored offset)。下表是pandas中频率代码和日期偏移量类。

别名

偏移量类型

说明

D

Day

每日历日

B

BusinessDay

每工作日

H

Hour

每小时

T或min

Minute

每分

S

Second

每秒

L或ms

Milli

每毫秒(即每千分之一秒)

Y

Micro

每微妙(即每百万分之一秒)

M

MonthEnd

每月最后一个日历日

BM

BusinessMonthEnd

每月最后一个工作日

MS

MonthBegin

每月第一个日历日

BMS

BusinessMonthBegin

每月第一个工作日

W-MON、W-TUE…

Week

从指定的星期几(MON、TUE、WED、THU、FRI、SAT、SUM)开始算起,每周

WOM-1MON、WOM-2MON…

WeekOfMonth

产生每月第一、第二、第三或第四周的星期几。例如,WOM-3FRI表示每月第三个星期五

Q-JAN、Q-FEB…

QuarterEnd

对于以指定月份(JAN、FEB、MAR、APR、MAY、JUN、JUL、AUG、SEP、OCT、NOV、DEC)结束的年度,每季度最后一月的最后一个日历日

BQ-JAN、BQ-FEB…

BusinessQuarterEnd

对于以指定月份结束的年度,每季度最后一月的最后一个工作日

QS-JAN、QS-FEB…

QuarterBegin

对于以指定月份结束的年度,么季度最后一月的第一个日历日

BQS-JAN、BQS-FEB…

BusinessQuarterBegin

对于以指定月份结束的年度。每季度最后一月的第一个工作日

A-JAN、A-FEB…

YearEnd

每年指定月份的最后一个日历日

BA-JAN、BA-FEB…

BusinessYearEnd

每年指定月份的最后一个工作日

AS-JAN、AS-FEB…

YearBegin

每年指定月份的第一个日历日

BAS-JAN、BAS-FEB…

BusinessYearBegin

每年指定月份的第一个工作日

WOM日期:WOM(Week Of Month)是一种很实用的频率类。它使你能够获得诸如“每月第三个星期五”之类的日期:

1 >>> rng = pd.date_range(1/1/2020, 9/1/2020, freq=WOM-3FRI) 
2 >>> list(rng) 
3 [Timestamp(2020-01-17 00:00:00, freq=WOM-3FRI), Timestamp(2020-02-21 00:00:00, freq=WOM-3FRI), Timestamp(2020-03-20 00:00:00, freq=WOM-3FRI), Timestamp(2020-04-17 
4 00:00:00, freq=WOM-3FRI), Timestamp(2020-05-15 00:00:00, freq=WOM-3FRI), Timestamp(2020-06-19 00:00:00, freq=WOM-3FRI), Timestamp(2020-07-17 00:00:00, freq=WOM-3FRI), Timestamp(2020-08-21 00:00:00, freq=WOM-3FRI)]
5 >>>

1.3  移动(超前或滞后)数据

移动(shifting)指的是沿着时间轴将数据前移或者后移。Series和DataFrame都有一个shift方法用于执行单纯的前移或后移操作,保持索引不变。

 1 >>> ts = pd.Series(np.random.randn(4), index=pd.date_range(1/1/2000, periods=4, freq=M))
 2 >>> ts
 3 2000-01-31   -1.341160
 4 2000-02-29    1.146953
 5 2000-03-31   -1.434801
 6 2000-04-30   -1.175278
 7 Freq: M, dtype: float64
 8 >>> ts.shift(2)
 9 2000-01-31         NaN
10 2000-02-29         NaN
11 2000-03-31   -1.341160
12 2000-04-30    1.146953
13 Freq: M, dtype: float64
14 >>> ts.shift(-2) 
15 2000-01-31   -1.434801
16 2000-02-29   -1.175278
17 2000-03-31         NaN
18 2000-04-30         NaN
19 Freq: M, dtype: float64
20 >>>

shift通常用于计算一个时间序列或多个时间序列(如DataFrame的列)中的百分比变化。可以这样表达:ts/ts.shift(1) – 1。

由于单纯的移位操作不会修改索引,所以部分数据会被丢弃。因此,如果频率已知,则可以将其传给shift以便实现对时间戳进行移位而不是对数据进行简单移位。

 1 >>> ts                      
 2 2000-01-31   -1.341160
 3 2000-02-29    1.146953
 4 2000-03-31   -1.434801
 5 2000-04-30   -1.175278
 6 Freq: M, dtype: float64
 7 >>> ts.shift(2, freq=M) 
 8 2000-03-31   -1.341160
 9 2000-04-30    1.146953
10 2000-05-31   -1.434801
11 2000-06-30   -1.175278
12 Freq: M, dtype: float64
13 >>> ts.shift(3, freq=D) 
14 2000-02-03   -1.341160
15 2000-03-03    1.146953
16 2000-04-03   -1.434801
17 2000-05-03   -1.175278
18 dtype: float64
19 >>> ts.shift(1, freq=3D) 
20 2000-02-03   -1.341160
21 2000-03-03    1.146953
22 2000-04-03   -1.434801
23 2000-05-03   -1.175278
24 dtype: float64
25 >>> ts.shift(1, freq=90T) 
26 2000-01-31 01:30:00   -1.341160
27 2000-02-29 01:30:00    1.146953
28 2000-03-31 01:30:00   -1.434801
29 2000-04-30 01:30:00   -1.175278
30 Freq: M, dtype: float64
31 >>> 

1.4  通过偏移量对日期进行位移

pandas的日期偏移量还可以对用在datetime或timestamp对象上。

如果加的是锚点偏移量(比如MonthEnd),第一次增量会将原日期向前滚动到符合频率规则的下一个日期。

通过锚点偏移量的rollforward和rollback方法,可以显示的将日期向前或先后“滚动”。

 1 >>> from pandas.tseries.offsets import Day, MonthEnd
 2 >>> now = datetime(2011, 11, 17) 
 3 >>> now + 3*Day()  #增加锚点偏移量
 4 Timestamp(2011-11-20 00:00:00)
 5 >>> now + MonthEnd()
 6 Timestamp(2011-11-30 00:00:00)
 7 >>> now + MonthEnd(2) 
 8 Timestamp(2011-12-31 00:00:00)
 9 >>> offset = MonthEnd()
10 >>> offset.rollforward(now)  #前滚
11 Timestamp(2011-11-30 00:00:00)
12 >>> offset.rollback(now)    #后滚
13 Timestamp(2011-10-31 00:00:00)

日期偏移量还有一个巧妙地用法,即结合groupby使用这两个“滚动”方法:

 1 >>> ts = pd.Series(np.random.randn(20), index=pd.date_range(1/15/2000, periods=20, freq=4d))
 2 >>> ts.groupby(offset.rollforward).mean()
 3 2000-01-31   -0.472525
 4 2000-02-29   -0.328598
 5 2000-03-31   -0.620547
 6 dtype: float64
 7 >>> ts
 8 2000-01-15    1.318127
 9 2000-01-19   -1.589067
10 2000-01-23   -1.157066
11 2000-01-27   -0.621659
12 2000-01-31   -0.312961
13 2000-02-04   -0.839835
14 2000-02-08    0.886033
15 2000-02-12   -0.478009
16 2000-02-16   -0.383263
17 2000-02-20    1.837059
18 2000-02-24   -1.343584
19 2000-02-28   -1.978589
20 2000-03-03   -1.372423
21 2000-03-07   -0.837760
22 2000-03-11   -0.329621
23 2000-03-15   -0.237106
24 2000-03-19   -0.596162
25 2000-03-23   -1.020840
26 2000-03-27   -0.037938
27 2000-03-31   -0.532527
28 Freq: 4D, dtype: float64

时间序列--日期的范围、频率及移动

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原文地址:https://www.cnblogs.com/mrlayfolk/p/12268518.html

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