python Pandas库基础分析之时间序列的处理详解

前言

在使用Python进行数据分析时，经常会遇到时间日期格式处理和转换，特别是分析和挖掘与时间相关的数据，比如量化交易就是从历史数据中寻找股价的变化规律。Python中自带的处理时间的模块有datetime，NumPy库也提供了相应的方法，Pandas作为Python环境下的数据分析库，更是提供了强大的日期数据处理的功能，是处理时间序列的利器。

1、生成日期序列

主要提供pd.data_range()和pd.period_range()两个方法，给定参数有起始时间、结束时间、生成时期的数目及时间频率（freq='M'月，'D'天，‘W'，周，'Y'年）等。

两种主要区别在于pd.date_range()生成的是DatetimeIndex格式的日期序列；pd.period_range()生成的是PeriodIndex格式的日期序列。

以下通过生成月时间序列和周时间序列来对比下：

date_rng = pd.date_range('2019-01-01', freq='M', periods=12)
print(f'month date_range()：
{date_rng}')
"""
date_range()：
DatetimeIndex(['2019-01-31', '2019-02-28', '2019-03-31', '2019-04-30',
 '2019-05-31', '2019-06-30', '2019-07-31', '2019-08-31',
 '2019-09-30', '2019-10-31', '2019-11-30', '2019-12-31'],
 dtype='datetime64[ns]', freq='M')
"""
period_rng = pd.period_range('2019/01/01', freq='M', periods=12)
print(f'month period_range()：
{period_rng}')
"""
period_range()：
PeriodIndex(['2019-01', '2019-02', '2019-03', '2019-04', '2019-05', '2019-06',
 '2019-07', '2019-08', '2019-09', '2019-10', '2019-11', '2019-12'],
 dtype='period[M]', freq='M')
"""
date_rng = pd.date_range('2019-01-01', freq='W-SUN', periods=12)
print(f'week date_range()：
{date_rng}')
"""
week date_range()：
DatetimeIndex(['2019-01-06', '2019-01-13', '2019-01-20', '2019-01-27',
 '2019-02-03', '2019-02-10', '2019-02-17', '2019-02-24',
 '2019-03-03', '2019-03-10', '2019-03-17', '2019-03-24'],
 dtype='datetime64[ns]', freq='W-SUN')
"""
period_rng=pd.period_range('2019-01-01',freq='W-SUN',periods=12)
print(f'week period_range()：
{period_rng}')
"""
week period_range()：
PeriodIndex(['2018-12-31/2019-01-06', '2019-01-07/2019-01-13',
 '2019-01-14/2019-01-20', '2019-01-21/2019-01-27',
 '2019-01-28/2019-02-03', '2019-02-04/2019-02-10',
 '2019-02-11/2019-02-17', '2019-02-18/2019-02-24',
 '2019-02-25/2019-03-03', '2019-03-04/2019-03-10',
 '2019-03-11/2019-03-17', '2019-03-18/2019-03-24'],
 dtype='period[W-SUN]', freq='W-SUN')
"""
date_rng = pd.date_range('2019-01-01 00:00:00', freq='H', periods=12)
print(f'hour date_range()：
{date_rng}')
"""
hour date_range()：
DatetimeIndex(['2019-01-01 00:00:00', '2019-01-01 01:00:00',
 '2019-01-01 02:00:00', '2019-01-01 03:00:00',
 '2019-01-01 04:00:00', '2019-01-01 05:00:00',
 '2019-01-01 06:00:00', '2019-01-01 07:00:00',
 '2019-01-01 08:00:00', '2019-01-01 09:00:00',
 '2019-01-01 10:00:00', '2019-01-01 11:00:00'],
 dtype='datetime64[ns]', freq='H')
"""
period_rng=pd.period_range('2019-01-01 00:00:00',freq='H',periods=12)
print(f'hour period_range()：
{period_rng}')
"""
hour period_range()：
PeriodIndex(['2019-01-01 00:00', '2019-01-01 01:00', '2019-01-01 02:00',
 '2019-01-01 03:00', '2019-01-01 04:00', '2019-01-01 05:00',
 '2019-01-01 06:00', '2019-01-01 07:00', '2019-01-01 08:00',
 '2019-01-01 09:00', '2019-01-01 10:00', '2019-01-01 11:00'],
 dtype='period[H]', freq='H')
"""

2、生成Timestamp对象及转换

创建一个Timestamp时间戳对象有pd.Timestamp()方法和pd.to_datetime()方法。如下所示：

ts=pd.Timestamp(2019,1,1)
print(f'pd.Timestamp()-1：{ts}')
#pd.Timestamp()-1：2019-01-01 00:00:00
ts=pd.Timestamp(dt(2019,1,1,hour=0,minute=1,second=1))
print(f'pd.Timestamp()-2：{ts}')
#pd.Timestamp()-2：2019-01-01 00:01:01
ts=pd.Timestamp("2019-1-1 0:1:1")
print(f'pd.Timestamp()-3：{ts}')
#pd.Timestamp()-3：2019-01-01 00:01:01
print(f'pd.Timestamp()-type：{type(ts)}')
#pd.Timestamp()-type：
#dt=pd.to_datetime(2019,1,1) 不支持
dt=pd.to_datetime(dt(2019,1,1,hour=0,minute=1,second=1))
print(f'pd.to_datetime()-1：{dt}')
#pd.to_datetime()-1：2019-01-01 00:01:01
dt=pd.to_datetime("2019-1-1 0:1:1")
print(f'pd.to_datetime()-2：{dt}')
#pd.to_datetime()-2：2019-01-01 00:01:01
print(f'pd.to_datetime()-type：{type(dt)}')
#pd.to_datetime()-type：
#pd.to_datetime生成自定义时间序列
dtlist=pd.to_datetime(["2019-1-1 0:1:1", "2019-3-1 0:1:1"])
print(f'pd.to_datetime()-list：{dtlist}')
#pd.to_datetime()-list：DatetimeIndex(['2019-01-01 00:01:01', '2019-03-01 00:01:01'], dtype='datetime64[ns]', freq=None)
#时间戳转换为period月时期
pr = ts.to_period('M')
print(f'ts.to_period()：{pr}')
#ts.to_period()：2019-01
print(f'pd.to_period()-type：{type(pr)}')
#pd.to_period()-type：

3、生成period对象及转换

#定义时期period
per=pd.Period('2019')
print(f'pd.Period()：{per}')
#pd.Period()：2019
per_del=pd.Period('2019')-pd.Period('2018')
print(f'2019和2018间隔{per_del}年')#可以直接+、-整数（代表年）
#2019和2018间隔1年
#时期转换为时间戳
print(per.to_timestamp(how='end'))#2019-12-31 00:00:00
print(per.to_timestamp(how='start'))#2019-01-01 00:00:00

4、生成时间间隔Timedelta

#生成时间间隔Timedelta
print(pd.Timedelta(days=5, minutes=50, seconds=20, milliseconds=10, microseconds=10, nanoseconds=10))
#5 days 00:50:20.010010
#获取当前时间
now=pd.datetime.now()
#计算当前时间往后50天的日期
dt=now+pd.Timedelta(days=50)
print(f'当前时间是{now}, 50天后时间是{dt}')
#当前时间是2019-06-08 17:59:31.726065, 50天后时间是2019-07-28 17:59:31.726065
#只显示年月日
print(dt.strftime('%Y-%m-%d'))#2019-07-28

5、重采样及频率转换

#asfreq 按季度显示索引值
#'DatetimeIndex' object has no attribute 'asfreq'
date=pd.date_range('1/1/2018', periods=20, freq='D')
tsdat_series=pd.Series(range(20),index=date)
tsp_series=tsdat_series.to_period('D')
print(tsp_series.index.asfreq('Q'))
date=pd.period_range('1/1/2018', periods=20, freq='D')
tsper_series=pd.Series(range(20),index=date)
print(tsper_series.index.asfreq('Q'))
"""
PeriodIndex(['2018Q1', '2018Q1', '2018Q1', '2018Q1', '2018Q1', '2018Q1',
 '2018Q1', '2018Q1', '2018Q1', '2018Q1', '2018Q1', '2018Q1',
 '2018Q1', '2018Q1', '2018Q1', '2018Q1', '2018Q1', '2018Q1',
 '2018Q1', '2018Q1'],
 dtype='period[Q-DEC]', freq='Q-DEC')
"""
#resample 按季度统计并显示
print(tsdat_series.resample('Q').sum().to_period('Q'))
"""
2018Q1 190
Freq: Q-DEC, dtype: int64
"""
#groupby 按周进行汇总求平均值
print(tsdat_series.groupby(lambda x:x.weekday).mean())
"""
0 7.0
1 8.0
2 9.0
3 10.0
4 11.0
5 12.0
6 9.5
dtype: float64
"""

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