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Python量化交易基础讲堂-用Pandas库处理时间序列

《Python实战-构建基于股票的量化交易系统》小册子,虽然主要侧重于 Python 实战讲解,但在内容设计上提供了前置基础章节帮助读者快速掌握基础工具的使用,因此小册适合的人群仅具备Python最基础编程经验即可。

同时我们会持续更新一些关于Python和量化相关的基础文章,帮助大家夯实基础。接下来我们介绍下使用Pandas库处理时间序列。

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():\n{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():\n{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():\n{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():\n{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():\n{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():\n{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')
"""

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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:<class 'pandas._libs.tslibs.timestamps.Timestamp'>

#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:<class 'pandas._libs.tslibs.timestamps.Timestamp'>

#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:<class 'pandas._libs.tslibs.period.Period'>
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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
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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

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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
"""

复制代码

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