• python 金融应用(四)金融时间序列分析基础


    1.1.创建DataFrame

    df=pd.DataFrame(list(range(10,50,10)),columns=['num'],index=['a','b','c','d'])
    df

    Out[6]:
    num
    a 10
    b 20
    c 30
    d 40

    1.2 标签和索引

    1.2.1行和列的标签

    df.index   #行标签
    Out[8]: Index(['a', 'b', 'c', 'd'], dtype='object')
    
    df.columns   #列标签
    Out[9]: Index(['num'], dtype='object')

    1.2..2 索引

    ix可以索引某特定的行,也可以以列表的形式去索引

    df.ix['c']
    Out[10]: 
    num    30
    Name: c, dtype: int64
    
    df.ix[['a','b']]
    Out[11]: 
       num
    a   10
    b   20

    1.2.3 切片

    df.ix[df.index[1:3]]
    Out[12]: 
       num
    b   20
    c   30

    1.2.4 apply函数

    df.apply(lambda x:x**2)
    Out[13]: 
        num
    a   100
    b   400
    c   900
    d  1600

    将lambda函数应用到每一个数值

    1.3 维度的扩充

    1.3.1 列的扩充

    df['fla']=[x for x in np.linspace(1.5,4.5,4)]

     df
    Out[15]:
    num fla
    a 10 1.5
    b 20 2.5
    c 30 3.5
    d 40 4.5

    1.3.2 行的扩充

    1.3.2.1. 可以取整个DataFrame 对象来定义一个新列。在这种情况下,索引向动分配:

    df['names'] = pd.DataFrame(['Yves' , 'Guido' , 'Felix' , 'Francesc' ],
    index=['d' , 'a' , 'b' , 'c'])
    df
    Out[17]: 
       num  fla     names
    a   10  1.5     Guido
    b   20  2.5     Felix
    c   30  3.5  Francesc
    d   40  4.5      Yves

    1.3.2.2 append函数的追加一行

    df.append( {'num':80, 'fla':0.5, 'names':'Tom'},ignore_index=True)
    Out[28]:
    num fla names
    0 10 1.5 Guido
    1 20 2.5 Felix
    2 30 3.5 Francesc
    3 40 4.5 Yves
    4 80 0.5 Tom

    1.3.2.4 join方法

    df.join(pd.DataFrame([ 4, 9, 16, 25] ,index=['a' , 'b' , 'c' , 'd'] ,columns=['sq' ,]))
    Out[34]: 
       num  fla     names  sq
    a   10  1.5     Guido   4
    b   20  2.5     Felix   9
    c   30  3.5  Francesc  16
    d   40  4.5      Yves  25

    也可以用(how='outer')取并集

    1.4 均值和标准差

    df[['num','fla']].mean()
    Out[51]: 
    num    25.0
    fla     3.0
    dtype: float64
    
    df[['num','fla']].std()
    Out[52]: 
    num    12.909944
    fla     1.290994
    dtype: float64

    1.5 日期的添加

    生成一组数据,并且转化为DataFrame

    a = np.random.standard_normal((9, 4))
    a.round(6)
    
    df=pd.DataFrame(a)
    df
    Out[79]: 
              0         1         2         3
    0  0.718177 -0.933298  1.283205 -0.276078
    1  0.385584 -0.467157  1.393199 -0.976146
    2 -0.199838  0.440602 -0.350353  1.164440
    3  1.077226 -0.327228  1.054912  0.142114
    4  0.551220  0.782386 -1.383381 -0.116057
    5 -0.842587 -0.361619 -0.071588 -0.238011
    6 -0.853783  0.038920  0.746881  1.383499
    7 -0.031835  1.323102  0.675193 -0.287660
    8 -0.515417 -0.184136 -0.897797  1.059599

    添加列名:

    df.columns = ['No1' , 'No2' , 'No3' , 'No4']
    df
    Out[80]: 
            No1       No2       No3       No4
    0  0.718177 -0.933298  1.283205 -0.276078
    1  0.385584 -0.467157  1.393199 -0.976146
    2 -0.199838  0.440602 -0.350353  1.164440
    3  1.077226 -0.327228  1.054912  0.142114
    4  0.551220  0.782386 -1.383381 -0.116057
    5 -0.842587 -0.361619 -0.071588 -0.238011
    6 -0.853783  0.038920  0.746881  1.383499
    7 -0.031835  1.323102  0.675193 -0.287660
    8 -0.515417 -0.184136 -0.897797  1.059599

    提取某一元素

    df['No2'][3]
    Out[81]: -0.3272278378978686

    添加日期的date_range函数

    首先生成一列日期,并把它作为index添加

    dates=pd.date_range('2018-01-01',periods=9,freq="M")
    
    df.index=dates
    df

    No1 No2 No3 No4
    2018-01-31 0.718177 -0.933298 1.283205 -0.276078
    2018-02-28 0.385584 -0.467157 1.393199 -0.976146
    2018-03-31 -0.199838 0.440602 -0.350353 1.164440
    2018-04-30 1.077226 -0.327228 1.054912 0.142114
    2018-05-31 0.551220 0.782386 -1.383381 -0.116057
    2018-06-30 -0.842587 -0.361619 -0.071588 -0.238011
    2018-07-31 -0.853783 0.038920 0.746881 1.383499
    2018-08-31 -0.031835 1.323102 0.675193 -0.287660
    2018-09-30 -0.515417 -0.184136 -0.897797 1.059599

    date range 函数频率参数值

    B: 交易口
    C: 自定义交易日(武验性)
    D: 日历日
    w :每周
    M :每月底
    BM: 每月最后一个交易日
    MS :月初
    BMS :每月第一个交易日
    Q :季度末
    BQ :每季度最后一个交易日
    QS :季度初
    BQS: 每季度第一个交易日
    A :每年底
    BA :每年最后一个交易日
    AS :每年初
    BAS: 每年第一个交易日
    H :每小时
    T: 每分钟
    S :每秒

    1.6 基本分析

    按列总和、平均值、累计总和、统计描述:

    df.sum()
    Out[87]: 
    No1    0.288746
    No2    0.311574
    No3    2.450272
    No4    1.855700
    dtype: float64
    
    df.mean()
    Out[88]: 
    No1    0.032083
    No2    0.034619
    No3    0.272252
    No4    0.206189
    dtype: float64
    
    df.cumsum()
    Out[89]: 
                     No1       No2       No3       No4
    2018-01-31  0.718177 -0.933298  1.283205 -0.276078
    2018-02-28  1.103760 -1.400455  2.676405 -1.252224
    2018-03-31  0.903922 -0.959853  2.326051 -0.087784
    2018-04-30  1.981148 -1.287081  3.380963  0.054330
    2018-05-31  2.532368 -0.504694  1.997583 -0.061727
    2018-06-30  1.689780 -0.866313  1.925995 -0.299737
    2018-07-31  0.835997 -0.827393  2.672876  1.083761
    2018-08-31  0.804162  0.495710  3.348069  0.796101
    2018-09-30  0.288746  0.311574  2.450272  1.855700
    
    df.describe()
    Out[90]: 
                No1       No2       No3       No4
    count  9.000000  9.000000  9.000000  9.000000
    mean   0.032083  0.034619  0.272252  0.206189
    std    0.695067  0.698983  0.993399  0.807175
    min   -0.853783 -0.933298 -1.383381 -0.976146
    25%   -0.515417 -0.361619 -0.350353 -0.276078
    50%   -0.031835 -0.184136  0.675193 -0.116057
    75%    0.551220  0.440602  1.054912  1.059599
    max    1.077226  1.323102  1.393199  1.383499
    
    np.sqrt(df)
    __main__:1: RuntimeWarning: invalid value encountered in sqrt
    Out[91]: 
                     No1       No2       No3       No4
    2018-01-31  0.847453       NaN  1.132787       NaN
    2018-02-28  0.620954       NaN  1.180339       NaN
    2018-03-31       NaN  0.663779       NaN  1.079092
    2018-04-30  1.037895       NaN  1.027089  0.376980
    2018-05-31  0.742442  0.884526       NaN       NaN
    2018-06-30       NaN       NaN       NaN       NaN
    2018-07-31       NaN  0.197281  0.864223  1.176222
    2018-08-31       NaN  1.150262  0.821701       NaN
    2018-09-30       NaN       NaN       NaN  1.029368

    np.sqrt(df).sum()
    __main__:1: RuntimeWarning: invalid value encountered in sqrt
    Out[92]:
    No1 3.248743
    No2 2.895848
    No3 5.026138
    No4 3.661662
    dtype: float64

    1.7 绘图

    import matplotlib.pyplot as plt
    
    df.cumsum().plot(lw=2.0)

    plot函数具体描述

    1.8  serises 类

    type(df['No1'])
    Out[96]: pandas.core.series.Series

    series绘图

    df['No1'].cumsum().plot(style='r',lw=2.)

    1.9 groupby操作

    pandas 抖备强大而灵活的分组功能, 工作方式类似于SQL 种的分组和I Microsoft Excel中的透视表。为了进行分组,我们添加一列,表示对应索引数据所属的季度:

    df['Quarter']=['Q1','Q1','Q1','Q2','Q2','Q2','Q3','Q3','Q3']
    df
    
    Out[97]: 
                     No1       No2       No3       No4 Quarter
    2018-01-31  0.718177 -0.933298  1.283205 -0.276078      Q1
    2018-02-28  0.385584 -0.467157  1.393199 -0.976146      Q1
    2018-03-31 -0.199838  0.440602 -0.350353  1.164440      Q1
    2018-04-30  1.077226 -0.327228  1.054912  0.142114      Q2
    2018-05-31  0.551220  0.782386 -1.383381 -0.116057      Q2
    2018-06-30 -0.842587 -0.361619 -0.071588 -0.238011      Q2
    2018-07-31 -0.853783  0.038920  0.746881  1.383499      Q3
    2018-08-31 -0.031835  1.323102  0.675193 -0.287660      Q3
    2018-09-30 -0.515417 -0.184136 -0.897797  1.059599      Q3

    按季度进行分组:

    groups=df.groupby('Quarter')

    获取每个组的平均值( mean )、最大值( max ) 和组的大小( size )

    groups.mean()
    Out[100]: 
                  No1       No2       No3       No4
    Quarter                                        
    Q1       0.301307 -0.319951  0.775350 -0.029261
    Q2       0.261953  0.031180 -0.133352 -0.070651
    Q3      -0.467012  0.392629  0.174759  0.718479
    
    groups.max()
    Out[101]: 
                  No1       No2       No3       No4
    Quarter                                        
    Q1       0.718177  0.440602  1.393199  1.164440
    Q2       1.077226  0.782386  1.054912  0.142114
    Q3      -0.031835  1.323102  0.746881  1.383499
    
    groups.min()
    Out[102]: 
                  No1       No2       No3       No4
    Quarter                                        
    Q1      -0.199838 -0.933298 -0.350353 -0.976146
    Q2      -0.842587 -0.361619 -1.383381 -0.238011
    Q3      -0.853783 -0.184136 -0.897797 -0.287660
    
    groups.size()
    Out[103]: 
    Quarter
    Q1    3
    Q2    3
    Q3    3
    dtype: int64

    还可以同时根据两列分组:

    df['Odd_Even']=['Odd','Even','Odd','Even','Odd','Even','Odd','Even','Odd']  #添加一组
    
    groups=df.groupby(['Quarter','Odd_Even'])
    groups.mean()
    Out[106]: 
                           No1       No2       No3       No4
    Quarter Odd_Even                                        
    Q1      Even      0.385584 -0.467157  1.393199 -0.976146
            Odd       0.259169 -0.246348  0.466426  0.444181
    Q2      Even      0.117319 -0.344423  0.491662 -0.047948
            Odd       0.551220  0.782386 -1.383381 -0.116057
    Q3      Even     -0.031835  1.323102  0.675193 -0.287660
            Odd      -0.684600 -0.072608 -0.075458  1.221549
    
    groups.max()
    Out[107]: 
                           No1       No2       No3       No4
    Quarter Odd_Even                                        
    Q1      Even      0.385584 -0.467157  1.393199 -0.976146
            Odd       0.718177  0.440602  1.283205  1.164440
    Q2      Even      1.077226 -0.327228  1.054912  0.142114
            Odd       0.551220  0.782386 -1.383381 -0.116057
    Q3      Even     -0.031835  1.323102  0.675193 -0.287660
            Odd      -0.515417  0.038920  0.746881  1.383499
    
    groups.size()
    Out[108]: 
    Quarter  Odd_Even
    Q1       Even        1
             Odd         2
    Q2       Even        2
             Odd         1
    Q3       Even        1
             Odd         2
    dtype: int64
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