隨時間建立特徵

Python 的時間序列資料機器學習

Chris Holdgraf

Fellow, Berkeley Institute for Data Science

用視窗擷取特徵

用 .aggregate 進行特徵擷取

# Visualize the raw data
print(prices.head(3))

symbol            AIG        ABT
date                            
2010-01-04  29.889999  54.459951
2010-01-05  29.330000  54.019953
2010-01-06  29.139999  54.319953

# Calculate a rolling window, then extract two features
feats = prices.rolling(20).aggregate([np.std, np.max]).dropna()
print(feats.head(3))

                 AIG                  ABT           
                 std       amax       std       amax
date                                                
2010-02-01  2.051966  29.889999  0.868830  56.239949
2010-02-02  2.101032  29.629999  0.869197  56.239949
2010-02-03  2.157249  29.629999  0.852509  56.239949

檢查特徵的性質！

在 Python 中使用 partial()

# If we just take the mean, it returns a single value
a = np.array([[0, 1, 2], [0, 1, 2], [0, 1, 2]])
print(np.mean(a))

1.0

# We can use the partial function to initialize np.mean 
# with an axis parameter
from functools import partial
mean_over_first_axis = partial(np.mean, axis=0)

print(mean_over_first_axis(a))

[0. 1. 2.]

用百分位數摘要資料

百分位數能更細緻地摘要資料（不同於使用 np.mean）。
對一個資料集，第 N 百分位是有 N% 資料小於該值、100−N% 資料大於該值的位置。

print(np.percentile(np.linspace(0, 200), q=20))

40.0

結合 np.percentile() 與 partial 函式計算多個百分位數

data = np.linspace(0, 100)

# Create a list of functions using a list comprehension
percentile_funcs = [partial(np.percentile, q=ii) for ii in [20, 40, 60]]

# Calculate the output of each function in the same way
percentiles = [i_func(data) for i_func in percentile_funcs]
print(percentiles)

[20.0, 40.00000000000001, 60.0]

# Calculate multiple percentiles of a rolling window
data.rolling(20).aggregate(percentiles)

計算「日期型」特徵

目前為止我們著重在計算「統計型」特徵，例如「平均值」、「標準差」等，這些對應到資料的統計性質。
但別忘了，時間序列也常有較「人本」的特徵，如星期幾、節日等。
這些特徵在處理跨越多年的時間序列（如股價走勢）時常很有用。

用 Pandas 擷取 datetime 特徵

# Ensure our index is datetime
prices.index = pd.to_datetime(prices.index)

# Extract datetime features
day_of_week_num = prices.index.weekday
print(day_of_week_num[:10])

Index([0 1 2 3 4 0 1 2 3 4], dtype='object')

day_of_week = prices.index.day_name()
print(day_of_week[:10])

Index(['Monday' 'Tuesday' 'Wednesday' 'Thursday' 'Friday' 'Monday' 'Tuesday'
 'Wednesday' 'Thursday' 'Friday'], dtype='object')

一起來練習吧！

Python 的時間序列資料機器學習