Pandas时间序列

pandas 提供了一组标准的时间序列处理工具和数据算法

数据类型及操作

Python 标准库的 datetime

datetime 模块中的 datetime、 time、 calendar 等类都可以用来存储时间类型以及进行一些转换和运算操作。

from datetime import datetime
now = datetime.now()
now

datetime.datetime(2017, 10, 9, 12, 41, 23, 916666)

delta = datetime(2010,2,2)-datetime(2010,2,1)
delta

datetime.timedelta(1)

now + delta

datetime.datetime(2017, 10, 10, 12, 41, 23, 916666)

datetime 对象间的减法运算会得到一个 timedelta 对象，表示一个时间段。

datetime 对象与它所保存的字符串格式时间戳之间可以互相转换。str() 函数是可用的，但更推荐 datetime.strptime() 方法。这个方法可以实现双向转换。

str(now)

'2017-10-09 12:41:23.916666'

now.strftime('%Y-%m-%d')

'2017-10-09'

datetime.strptime('2010-01-01','%Y-%m-%d')

datetime.datetime(2010, 1, 1, 0, 0)

pandas 的 TimeStamp

pandas 最基本的时间日期对象是一个从 Series 派生出来的子类 TimeStamp，这个对象与 datetime 对象保有高度兼容性，可通过 pd.to_datetime() 函数转换。（一般是从 datetime 转换为 Timestamp）

import pandas as pd

pd.to_datetime(now)

Timestamp('2017-10-09 12:41:23.916666')

import numpy as np

pd.to_datetime(np.nan)

NaT

pandas 的时间序列

pandas 最基本的时间序列类型就是以时间戳（TimeStamp）为 index 元素的 Series 类型。

dates = [datetime(2011,1,1),datetime(2011,1,2),datetime(2011,1,3)]
ts = pd.Series(np.random.randn(3),index=dates)
ts

2011-01-01   -0.233171
2011-01-02   -1.053316
2011-01-03   -0.448214
dtype: float64

type(ts)

pandas.core.series.Series

ts.index

DatetimeIndex(['2011-01-01', '2011-01-02', '2011-01-03'], dtype='datetime64[ns]', freq=None)

ts.index[0]

Timestamp('2011-01-01 00:00:00')

时间序列之间的算术运算会自动按时间对齐。

索引、选取、子集构造

时间序列只是 index 比较特殊的 Series ，因此一般的索引操作对时间序列依然有效。其特别之处在于对时间序列索引的操作优化。如使用各种字符串进行索引：

ts['20110101']

-0.23317140272262557

ts['2011-01-01']

-0.23317140272262557

ts['01/01/2011']

-0.23317140272262557

对于较长的序列，还可以只传入 “年” 或 “年月” 选取切片：

ts

2011-01-01   -0.233171
2011-01-02   -1.053316
2011-01-03   -0.448214
dtype: float64

ts['2011']

2011-01-01   -0.233171
2011-01-02   -1.053316
2011-01-03   -0.448214
dtype: float64

ts['2011-1-2':'2012-12']

2011-01-02   -1.053316
2011-01-03   -0.448214
dtype: float64

生成日期范围

pd.date_range() 可用于生成指定长度的 DatetimeIndex。参数可以是起始结束日期，或单给一个日期，加一个时间段参数。日期是包含的。

pd.date_range('20100101','20100110')

DatetimeIndex(['2010-01-01', '2010-01-02', '2010-01-03', '2010-01-04',
               '2010-01-05', '2010-01-06', '2010-01-07', '2010-01-08',
               '2010-01-09', '2010-01-10'],
              dtype='datetime64[ns]', freq='D')

pd.date_range(start='20100101',periods=10)

DatetimeIndex(['2010-01-01', '2010-01-02', '2010-01-03', '2010-01-04',
               '2010-01-05', '2010-01-06', '2010-01-07', '2010-01-08',
               '2010-01-09', '2010-01-10'],
              dtype='datetime64[ns]', freq='D')

pd.date_range(end='20100110',periods=10)

DatetimeIndex(['2010-01-01', '2010-01-02', '2010-01-03', '2010-01-04',
               '2010-01-05', '2010-01-06', '2010-01-07', '2010-01-08',
               '2010-01-09', '2010-01-10'],
              dtype='datetime64[ns]', freq='D')

移动（超前和滞后）数据

移动（shifting）指的是沿着时间轴将数据前移或后移。Series 和 DataFrame 都有一个 .shift() 方法用于执行单纯的移动操作，index 维持不变：

ts

2011-01-01   -0.233171
2011-01-02   -1.053316
2011-01-03   -0.448214
dtype: float64

ts.shift(2)

2011-01-01         NaN
2011-01-02         NaN
2011-01-03   -0.233171
dtype: float64

ts.shift(-2)

2011-01-01   -0.448214
2011-01-02         NaN
2011-01-03         NaN
dtype: float64

因为移动操作产生了 NA 值，另一种移动方法是移动 index，而保持数据不变。这种移动方法需要额外提供一个 freq 参数来指定移动的频率：

ts.shift(2,freq='D')

2011-01-03   -0.233171
2011-01-04   -1.053316
2011-01-05   -0.448214
Freq: D, dtype: float64

ts.shift(2,freq='3D')

2011-01-07   -0.233171
2011-01-08   -1.053316
2011-01-09   -0.448214
Freq: D, dtype: float64

时期及其算术运算

时期（period）概念不同于前面的时间戳（timestamp），指的是一个时间段。但在使用上并没有太多不同，pd.Period 类的构造函数仍需要一个时间戳，以及一个 freq 参数。freq 用于指明该 period 的长度，时间戳则说明该 period 在公园时间轴上的位置。

p = pd.Period(2010,freq='M')
p

Period('2010-01', 'M')

p + 2

Period('2010-03', 'M')

上例中我给 period 的构造器传了一个 “年” 单位的时间戳和一个 “Month” 的 freq，pandas 便自动把 2010 解释为了 2010-01。

period_range 函数可用于创建规则的时间范围：

pd.period_range('2010-01','2010-05',freq='M')

PeriodIndex(['2010-01', '2010-02', '2010-03', '2010-04', '2010-05'], dtype='period[M]', freq='M')

PeriodIndex 类保存了一组 period，它可以在任何 pandas 数据结构中被用作轴索引：

pd.Series(np.random.randn(5),index=pd.period_range('201001','201005',freq='M'))

2010-01    1.770363
2010-02   -0.402647
2010-03   -0.562749
2010-04   -0.606754
2010-05   -0.368662
Freq: M, dtype: float64

重采样

Pandas可以通过频率转换简单高效的进行重新采样

Pandas在对频率转换进行重新采样时拥有简单、强大且高效的功能（如将按秒采样的数据转换为按分钟为单位进行采样的数据）。这种操作在金融领域非常常见。

rng = pd.date_range('1/1/2012', periods=10, freq='S')
rng

DatetimeIndex(['2012-01-01 00:00:00', '2012-01-01 00:00:01',
               '2012-01-01 00:00:02', '2012-01-01 00:00:03',
               '2012-01-01 00:00:04', '2012-01-01 00:00:05',
               '2012-01-01 00:00:06', '2012-01-01 00:00:07',
               '2012-01-01 00:00:08', '2012-01-01 00:00:09'],
              dtype='datetime64[ns]', freq='S')

ts = pd.Series(np.random.randint(0, 500, len(rng)), index=rng)
ts

2012-01-01 00:00:00    417
2012-01-01 00:00:01    192
2012-01-01 00:00:02     86
2012-01-01 00:00:03    393
2012-01-01 00:00:04    354
2012-01-01 00:00:05    234
2012-01-01 00:00:06    440
2012-01-01 00:00:07    248
2012-01-01 00:00:08     59
2012-01-01 00:00:09    335
Freq: S, dtype: int32

ts.resample('1Min').sum() # 将秒级数据整合(加)成1min的数据

2012-01-01    2758
Freq: T, dtype: int32

其他类型数值转为时间类型

时间字符串转时间格式：整型例如 20010100000000 这类格式容易当成时间戳转错，带format格式才行

a = pd.DataFrame([[20010101,100000,'aaa'],[20010201,230100,'bbb']])
a

pd.to_datetime(a[0],format='%Y%m%d')

0   2001-01-01
1   2001-02-01
Name: 0, dtype: datetime64[ns]