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利用Python进行数据分析(10)-移动窗口函数

利用Python进行数据分析(10)-移动窗口函数

作者: 皮皮大 | 来源:发表于2020-05-17 10:57 被阅读0次

Python-for-data-移动窗口函数

本文中介绍的是\color{red}{移动窗口函数},主要的算子是:

  • rolling算子
  • expanding算子
  • ewm算子
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移动窗口函数

统计和通过其他移动窗口或者指数衰减而运行的函数,称之为移动窗口函数

  • ounter(line
  • ounter(line
  • ounter(line
  • ounter(line
import pandas as pd
  • ounter(line
  • ounter(line
  • ounter(line
close_px_all = pd.read_csv("./examples/stock_px_2.csv"
  • ounter(line
  • ounter(line
  • ounter(line
close_px = close_px_all[["AAPL","MSFT","XOM"]]

<style scoped="">.dataframe tbody tr th:only-of-type { vertical-align: middle; } <pre><code>.dataframe tbody tr th { vertical-align: top; } .dataframe thead th { text-align: right; } </code></pre></style>

AAPL MSFT XOM
2003-01-02 7.40 21.11 29.22
2003-01-03 7.45 21.14 29.24
2003-01-06 7.45 21.52 29.96
2003-01-07 7.43 21.93 28.95
2003-01-08 7.28 21.31 28.83
... ... ... ...
2011-10-10 388.81 26.94 76.28
2011-10-11 400.29 27.00 76.27
2011-10-12 402.19 26.96 77.16
2011-10-13 408.43 27.18 76.37
2011-10-14 422.00 27.27 78.11

2292 rows × 3 columns

  • ounter(line
close_px.AAPL.plot()
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rolling算子

rolling算子,行为和resample和groupby类似

rolling可以在S或者DF上通过一个window进行调用

  • ounter(line
  • ounter(line
# 图形更加地平滑:根据250日滑动窗口分组,而不是直接分组
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  • ounter(line
  • ounter(line
appl_std250 = close_px.AAPL.rolling(250,min_periods=10).std()
2003-01-09         NaN
2003-01-10         NaN
2003-01-13         NaN
2003-01-14         NaN
2003-01-15    0.077496
2003-01-16    0.074760
2003-01-17    0.112368
Freq: B, Name: AAPL, dtype: float64

  • ounter(line
  • ounter(line
  • ounter(line
# 滚动窗口函数需要窗口中所有的值必须是非NaN值
<matplotlib.axes._subplots.AxesSubplot at 0x11ee210d0>

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在DF上调用移动窗口函数作用到每列

  • ounter(line
close_px.rolling(60).mean().plot(logy=True)
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  • ounter(line
  • ounter(line
## rolling算子接收固定大小的时间偏置字符串

<style scoped="">.dataframe tbody tr th:only-of-type { vertical-align: middle; } <pre><code>.dataframe tbody tr th { vertical-align: top; } .dataframe thead th { text-align: right; } </code></pre></style>

AAPL MSFT XOM
2003-01-02 7.400000 21.110000 29.220000
2003-01-03 7.425000 21.125000 29.230000
2003-01-06 7.433333 21.256667 29.473333
2003-01-07 7.432500 21.425000 29.342500
2003-01-08 7.402000 21.402000 29.240000
... ... ... ...
2011-10-10 389.351429 25.602143 72.527857
2011-10-11 388.505000 25.674286 72.835000
2011-10-12 388.531429 25.810000 73.400714
2011-10-13 388.826429 25.961429 73.905000
2011-10-14 391.038000 26.048667 74.185333

2292 rows × 3 columns

扩展均值算子 expanding

  • ounter(line
  • ounter(line
  • ounter(line
# 调用扩展均值算子
2003-01-02          NaN
2003-01-03          NaN
2003-01-06          NaN
2003-01-07          NaN
2003-01-08          NaN
                ...    
2011-10-10    18.521201
2011-10-11    18.524272
2011-10-12    18.527385
2011-10-13    18.530554
2011-10-14    18.533823
Freq: B, Name: AAPL, Length: 2292, dtype: float64

指数加权函数

指定一个常数衰减因子为观测值提供更多的权重。常用指定衰减因子的方法:使用span(跨度)

ewm算子

  • ounter(line
  • ounter(line
  • ounter(line
# 将苹果公司的股票价格的60日均线和span=60的EW移动均线进行比较
  • ounter(line
ewma60 = appl_px.ewm(span=30).mean()

rolling和ewm对比

  • ounter(line
ma60.plot(style="k--",label="Simple MA")
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  • ounter(line
ewma60.plot(style="k-",label="EWMA")
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二元移动窗口函数rolling+corr

一些统计算子,例如相关度和协方差等需要同时操作两个时间序列。

例如,金融分析中的股票和基准指数的关联性问题:计算时间序列的百分比变化pct_change()

  • ounter(line
close_px_all[:5]

<style scoped="">.dataframe tbody tr th:only-of-type { vertical-align: middle; } <pre><code>.dataframe tbody tr th { vertical-align: top; } .dataframe thead th { text-align: right; } </code></pre></style>

AAPL MSFT XOM SPX
2003-01-02 7.40 21.11 29.22 909.03
2003-01-03 7.45 21.14 29.24 908.59
2003-01-06 7.45 21.52 29.96 929.01
2003-01-07 7.43 21.93 28.95 922.93
2003-01-08 7.28 21.31 28.83 909.93

计算苹果和标普500的相关性

  • ounter(line
  • ounter(line
spx_px = close_px_all["SPX"]  # 选择某列的数据
  • ounter(line
returns = close_px.pct_change()  # 计算整个数据的百分比变化
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# 调用rolling后,corr聚合函数可以根据spx_rets计算滚动相关性
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计算全部公司和标普500的相关性

  • ounter(line
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corr = returns.rolling(125,min_periods=100).corr(spx_rets)
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自定义移动窗口函数

在rolling及其相关方法上使用apply方法提供了一种在移动窗口中应用自己设计的数组函数的方法。

唯一要求:该函数从每个数组中产生一个单值(缩聚),例如使用rolling()...quantile(q)计算样本的中位数

  • ounter(line
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# 定值的百分位数:scipy.stats.percentileofscore
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score_at_2percent = lambda x: percentileofscore(x,0.02)
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