六、日期時間預處理

作者：Chris Albon

譯者：飛龍

協議：CC BY-NC-SA 4.0

把日期和時間拆成多個特徵

# 載入庫
import pandas as pd

# 建立資料幀
df = pd.DataFrame()

# 建立五個日期
df['date'] = pd.date_range('1/1/2001', periods=150, freq='W')

# 為年月日，時分秒建立特徵
df['year'] = df['date'].dt.year
df['month'] = df['date'].dt.month
df['day']
 
 = df['date'].dt.day
df['hour'] = df['date'].dt.hour
df['minute'] = df['date'].dt.minute

# 展示三行
df.head(3)

計算日期時間之間的差

# 載入庫
import pandas as pd

# 建立資料幀
df = pd.DataFrame()

# 建立兩個 datetime 特徵
df['Arrived'] = [pd.Timestamp('01-01-2017'), pd.Timestamp('01-04-2017')]
df['Left'] = [pd.Timestamp('01-01-2017'), pd.Timestamp('01-06-2017')]

# 計算特徵之間的間隔
df['Left'] - df['Arrived']

'''
0   0 days
1   2 days
dtype: timedelta64[ns] 
'''

# 計算特徵之間的間隔
pd.Series(delta.days for delta in (df['Left'] - df['Arrived']))

'''
0    0
1    2
dtype: int64 
'''
 

將字串轉換為日期

# 載入庫
import numpy as np
import pandas as pd

# 建立字串
date_strings = np.array(['03-04-2005 11:35 PM',
                         '23-05-2010 12:01 AM',
                         '04-09-2009 09:09 PM'])

如果errors="coerce"那麼任何問題都不會產生錯誤（預設行為），而是將導致錯誤的值設定為NaT（即缺失值）。

# 轉換為 datetime
[pd.to_datetime(date, format="%d-%m-%Y %I:%M %p", errors="coerce") for date in date_strings]

'''
[Timestamp('2005-04-03 23:35:00'),
 Timestamp('2010-05-23 00:01:00'),
 Timestamp('2009-09-04 21:09:00')] 
'''

轉換 pandas 列的時區

# 載入庫
import pandas as pd
from pytz import all_timezones

# 展示十個時區
all_timezones[0:10]

'''
['Africa/Abidjan',
 'Africa/Accra',
 'Africa/Addis_Ababa',
 'Africa/Algiers',
 'Africa/Asmara',
 'Africa/Asmera',
 'Africa/Bamako',
 'Africa/Bangui',
 'Africa/Banjul',
 'Africa/Bissau'] 
'''

# 建立十個日期
dates = pd.Series(pd.date_range('2/2/2002', periods=10, freq='M'))

# 設定時區
dates_with_abidjan_time_zone = dates.dt.tz_localize('Africa/Abidjan')

# 檢視 pandas 序列
dates_with_abidjan_time_zone

'''
0   2002-02-28 00:00:00+00:00
1   2002-03-31 00:00:00+00:00
2   2002-04-30 00:00:00+00:00
3   2002-05-31 00:00:00+00:00
4   2002-06-30 00:00:00+00:00
5   2002-07-31 00:00:00+00:00
6   2002-08-31 00:00:00+00:00
7   2002-09-30 00:00:00+00:00
8   2002-10-31 00:00:00+00:00
9   2002-11-30 00:00:00+00:00
dtype: datetime64[ns, Africa/Abidjan] 
'''

# 轉換時區
dates_with_london_time_zone = dates_with_abidjan_time_zone.dt.tz_convert('Europe/London')

# 檢視 pandas 序列
dates_with_london_time_zone

'''
0   2002-02-28 00:00:00+00:00
1   2002-03-31 00:00:00+00:00
2   2002-04-30 01:00:00+01:00
3   2002-05-31 01:00:00+01:00
4   2002-06-30 01:00:00+01:00
5   2002-07-31 01:00:00+01:00
6   2002-08-31 01:00:00+01:00
7   2002-09-30 01:00:00+01:00
8   2002-10-31 00:00:00+00:00
9   2002-11-30 00:00:00+00:00
dtype: datetime64[ns, Europe/London] 
'''

編碼星期

# 載入庫
import pandas as pd

# 建立資料集
dates = pd.Series(pd.date_range('2/2/2002', periods=3, freq='M'))

# 檢視資料
dates

'''
0   2002-02-28
1   2002-03-31
2   2002-04-30
dtype: datetime64[ns] 
'''

# 檢視星期
dates.dt.weekday_name

'''
0    Thursday
1      Sunday
2     Tuesday
dtype: object 
'''

處理時間序列中的缺失值

# 載入庫
import pandas as pd
import numpy as np

# 建立日期
time_index = pd.date_range('01/01/2010', periods=5, freq='M')

# 建立資料幀，設定索引
df = pd.DataFrame(index=time_index)

# 建立帶有一些缺失值的特徵
df['Sales'] = [1.0,2.0,np.nan,np.nan,5.0]

# 對缺失值執行插值
df.interpolate()

# 前向填充
df.ffill()

# 後向填充
df.bfill()

# 對缺失值執行插值
df.interpolate(limit=1, limit_direction='forward')

處理時區

# 載入庫
import pandas as pd
from pytz import all_timezones

# 展示十個時區
all_timezones[0:10]

'''
['Africa/Abidjan',
 'Africa/Accra',
 'Africa/Addis_Ababa',
 'Africa/Algiers',
 'Africa/Asmara',
 'Africa/Asmera',
 'Africa/Bamako',
 'Africa/Bangui',
 'Africa/Banjul',
 'Africa/Bissau'] 
'''

# 建立 datetime
pd.Timestamp('2017-05-01 06:00:00', tz='Europe/London')

# Timestamp('2017-05-01 06:00:00+0100', tz='Europe/London') 

# 建立 datetime
date = pd.Timestamp('2017-05-01 06:00:00')

# 設定時區
date_in_london = date.tz_localize('Europe/London')

# 修改時區
date_in_london.tz_convert('Africa/Abidjan')

# Timestamp('2017-05-01 05:00:00+0000', tz='Africa/Abidjan') 

平移時間特徵

# 載入庫
import pandas as pd

# 建立資料幀
df = pd.DataFrame()

# 建立資料
df['dates'] = pd.date_range('1/1/2001', periods=5, freq='D')
df['stock_price'] = [1.1,2.2,3.3,4.4,5.5]

# 將值平移一行
df['previous_days_stock_price'] = df['stock_price'].shift(1)

# 展示資料幀
df

滑動時間視窗

# 載入庫
import pandas as pd

# 建立 datetime
time_index = pd.date_range('01/01/2010', periods=5, freq='M')

# 建立資料幀，設定索引
df = pd.DataFrame(index=time_index)

# 建立特徵
df['Stock_Price'] = [1,2,3,4,5]

# 計算滑動均值
df.rolling(window=2).mean()

# 識別滑動時間視窗中的最大值
df.rolling(window=2).max()

選擇日期時間範圍

# 載入庫
import pandas as pd

# 建立資料幀
df = pd.DataFrame()

# 建立 datetime
df['date'] = pd.date_range('1/1/2001', periods=100000, freq='H')

如果資料幀未按時間索引，請使用此方法。

# 選擇兩個日期時間之間的觀測
df[(df['date'] > '2002-1-1 01:00:00') & (df['date'] <= '2002-1-1 04:00:00')]

如果資料幀按時間索引，請使用此方法。

# 設定索引
df = df.set_index(df['date'])

# 選擇兩個日期時間之間的觀測
df.loc['2002-1-1 01:00:00':'2002-1-1 04:00:00']