内容简介:(本文所使用的Python库和版本号: Python 3.6, Numpy 1.14, scikit-learn 0.19, matplotlib 2.2 )时间序列数据分析是机器学习领域中的一个重要领域,时间序列数据是随着时间变化而不断变化的数据,最典型的一个例子就是股价数据,随着日期的不同而不同,还有一年四季的温度变化,台风运行轨迹等等领域。这个领域的一个重要点是收集到的样本数据在时间是相关的,我们不能像以前那样打乱样本数据之间的顺序,故而这各领域需要特别的研究方式。本章用到的时间序列数据来源于文件d
(本文所使用的 Python 库和版本号: Python 3.6, Numpy 1.14, scikit-learn 0.19, matplotlib 2.2 )
时间序列数据分析是机器学习领域中的一个重要领域,时间序列数据是随着时间变化而不断变化的数据,最典型的一个例子就是股价数据,随着日期的不同而不同,还有一年四季的温度变化,台风运行轨迹等等领域。这个领域的一个重要点是收集到的样本数据在时间是相关的,我们不能像以前那样打乱样本数据之间的顺序,故而这各领域需要特别的研究方式。
1. 准备时间序列数据
本章用到的时间序列数据来源于文件data_timeseries.txt,这个文件中第一列是年份,从1940到2015,第二列是月份,第三列和第四列是数据。
1.1 数据转换为时间序列格式
我们可以将第一列和第二列合并,然后在用一个函数将合并后的字符串转换为Date类型,但是此处的数据很有规律性,时间上没有遗漏,故而我们可以借助pandas的date_range()函数来构建时间序列,并将该时间序列作为DataFrame数据集的index
第一步:用pandas加载数据集
# 加载数据集 data_path='E:\PyProjects\DataSet\FireAI/data_timeseries.txt' df=pd.read_csv(data_path,header=None) print(df.info()) # 查看数据信息,确保没有错误 print(df.head()) print(df.tail()) 复制代码
第二步:用pd.date_range()建立时间序列数据
start=str(df.iloc[0,0])+'-'+str(df.iloc[0,1]) # 1940-1 if df.iloc[-1,1] %12 ==0: # 如果是12月结尾,需要转为第二年1月 end=str(int(df.iloc[-1,0])+1)+'-01' else: end=str(df.iloc[-1,0])+'-'+str(int(df.iloc[-1,1])+1) print(end) dates=pd.date_range(start,end,freq='M') # 构建以月为间隔的日期数据 print(dates[0]) print(dates[-1]) # 最后一个是2015-12 没有错误 print(len(dates)) 复制代码
注意上面有一个判断最后一个月是否是12月,因为date_range在freq为月的时候得到的结果不包含end所在的月份,故而此处我们要加上一个月份,使得最终日期的个数相同。
-------------------------------------输---------出--------------------------------
2016-01 1940-01-31 00:00:00 2015-12-31 00:00:00 912
--------------------------------------------完-------------------------------------
第三步:将时间序列数据设置为df的index
df.set_axis(dates) print(df.info()) print(df.head()) 复制代码
从结果中可以看出,上面得到的dates日期数据已经变成了df这个数据集的index.
1.2 时间序列数据的绘图
pandas内部本来就集成了matplotlib这个函数的多种画图功能,故而我们可以直接画图,比如对所有的第二列数据画图,代码为:
# 画图 df.iloc[:,2].plot() # 画出第2列的时序数据 复制代码
上面图中数据量太大,导致密密麻麻看不清楚,故而我们需要只绘制一部分图来看清楚某一个时间段内的数据走势,可以用下列方法:
# 上面的图中数据太密集了,我们需要查看部分时间段的数据 start='2008-2' end='2010-3' df.iloc[:,2][start:end].plot() # 注意这种写法,先获取第二列数据为Series,然后对Series进行时间范围切片即可 复制代码
也可以选择某几年的数据来绘图
start='2008' # 给定年份来获取数据 end='2010' df.iloc[:,2][start:end].plot() 复制代码
上面每次只绘制一列数据,其实可以同时绘制多列数据,如下:
# 上面每次只绘制一列数据,下面同时绘制两列数据 start='2008' # 给定年份来获取数据 end='2010' df.iloc[:,2:4][start:end].plot() # 同时绘制第二列和第三列的数据 复制代码
还可以绘制这两列数据之间的差,或和,或min,max等如下:
# 也可以绘制两列数据的差异 start='2008' # 给定年份来获取数据 end='2010' temp_df=df.iloc[:,2][start:end]-df.iloc[:,3][start:end] temp_df.plot() 复制代码
还可以绘制出某一列大于某值且另一列小于某值的一部分数据。
# 还可以筛选出第一个大于某个值,同时第二列小于某个值的数据来绘图 temp_df2=df[df.iloc[:,2]>60][df.iloc[:,3]<20].iloc[:,2:4] temp_df2.plot() 复制代码
1.3 获取统计数据
1.3.1 获取Max,Min,Mean等
# 获取数据集的统计数据 part_df=df.iloc[:,2:4] # 只取第二和第三列进行统计 print('Max: \n{}'.format(part_df.max())) print('Min: \n{}'.format(part_df.min())) print('Mean: \n{}'.format(part_df.mean())) # 上面这个方法虽然可以获取Max,Min,Mean值,但是还不如下面这个函数好用 print(part_df.describe()) # 这个可以从整体上看出数据的分布情况 复制代码
上面几个函数很简单,就不贴打印结果了。
1.3.2 计算移动平均值
移动平均值的意义主要是消除噪声,使得信号看起来更加的平滑,计算方法就是计算前面N个数据的平均值,然后在移动一位,始终计算最近N个数据的平均值。如果你会炒股,那么对移动平均线的意义和计算方法应该会了然于胸。
# 计算移动平均值MAn N=20 MAn=part_df.rolling(N).mean() MAn.plot() 复制代码
1.3.3 计算移动平均值的相关系数
移动平均值的相关系数可以理解为:两列数据的相关性,如果相关性很强,那么这两列数据具有很强的关联,用股票数据来说明的话,移动平均值的相关性就是这两只股票的股价走势相关性,如果相关性很强,那么这两只股票会表现出同步的“同涨共跌”的走势,如果相关性很小,说明两个股票的价格走势没有太大关系。
# 计算移动平均值MAn的相关系数 N=20 MAn=part_df.rolling(N).mean() corr=MAn.iloc[:,0].rolling(window=40).corr(MAn.iloc[:,1]) corr.plot() 复制代码
########################小**********结###############################
1,这部分很多都是Pandas模块的基本方法,所以也没有太多要讲解的内容。
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注:本部分代码已经全部上传到( 我的github )上,欢迎下载。
参考资料:
1, Python机器学习经典实例,Prateek Joshi著,陶俊杰,陈小莉译
以上就是本文的全部内容,希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助,也希望大家多多支持 码农网
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