python pandas库的rolling函数用法介绍

rolling 方法用于在时间序列数据或其他数据上创建滚动窗口(移动窗口),然后对这些窗口应用各种聚合函数,如求和、平均、最大值、最小值等。
下面是对 rolling 方法的详细介绍和一些常见的用法示例。

1. rolling 方法的基本用法

rolling 方法的基本语法如下:

DataFrame.rolling(window, min_periods=None, center=False, win_type=None, on=None, axis=0, closed=None)

2. 参数说明

  • window:滚动窗口的大小,通常是一个整数,表示窗口包含的元素个数。对于时间序列数据,可以使用偏移量字符串(如 '30D' 表示30天)。
  • min_periods:窗口内的最小观测值数量,默认为窗口大小。如果窗口内的有效数据点少于这个数量,结果为 NaN
  • center:是否将标签设置为窗口中心,默认为 False,即窗口的标签位于窗口的右端。
  • win_type:窗口类型,如 boxcartriangblackman 等。默认为 None,即使用平滑窗口。
  • on:用于对基于列的时间序列数据进行滚动窗口计算,指定列名。
  • axis:沿着哪个轴进行滚动计算,默认是 0(沿着行)。
  • closed:指定窗口是左闭、右闭、两端闭或两端开的。可以是 rightleftbothneither

3. 示例用法

3.1 创建示例数据

import pandas as pd

data = {
    'Date': pd.date_range(start='2021-01-01', periods=10, freq='D'),
    'Sales_Qty': [10, 15, 14, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23]
}
df = pd.DataFrame(data)

3.2 基本滚动窗口求和

Sales_Qty 列计算3天滚动窗口的和:

df['Rolling_Sum'] = df['Sales_Qty'].rolling(window=3).sum()
print(df)

输出:

         Date  Sales_Qty  Rolling_Sum
0  2021-01-01         10          NaN
1  2021-01-02         15          NaN
2  2021-01-03         14         39.0
3  2021-01-04         17         46.0
4  2021-01-05         18         49.0
5  2021-01-06         19         54.0
6  2021-01-07         20         57.0
7  2021-01-08         21         60.0
8  2021-01-09         22         63.0
9  2021-01-10         23         66.0

3.3 滚动窗口平均值

计算5天滚动窗口的平均值:

df['Rolling_Mean'] = df['Sales_Qty'].rolling(window=5).mean()
print(df)

输出:

         Date  Sales_Qty  Rolling_Sum  Rolling_Mean
0  2021-01-01         10          NaN           NaN
1  2021-01-02         15          NaN           NaN
2  2021-01-03         14         39.0           NaN
3  2021-01-04         17         46.0           NaN
4  2021-01-05         18         49.0          14.8
5  2021-01-06         19         54.0          16.6
6  2021-01-07         20         57.0          17.6
7  2021-01-08         21         60.0          19.0
8  2021-01-09         22         63.0          20.0
9  2021-01-10         23         66.0          21.0

3.4 时间序列数据的滚动窗口

对日期列设置索引,并计算30天滚动窗口的和:

说明:对于基于时间的滚动窗口(如 '30D'),即使不显式设置 min_periodspandas 也会默认使用时间范围内的所有数据进行计算,因此不会出现 NaN

df.set_index('Date', inplace=True)
df['Rolling_Sum_30D'] = df['Sales_Qty'].rolling(window='30D', closed='right').sum()
print(df)

输出:

            Sales_Qty  Rolling_Sum  Rolling_Mean  Rolling_Sum_30D
Date
2021-01-01         10          NaN           NaN             10.0
2021-01-02         15          NaN           NaN             25.0
2021-01-03         14         39.0           NaN             39.0
2021-01-04         17         46.0           NaN             56.0
2021-01-05         18         49.0          14.8             74.0
2021-01-06         19         54.0          16.6             93.0
2021-01-07         20         57.0          17.6            113.0
2021-01-08         21         60.0          19.0            134.0
2021-01-09         22         63.0          20.0            156.0
2021-01-10         23         66.0          21.0            179.0

3.5 其他滚动窗口操作

你可以使用其他聚合函数,例如 maxminstd 等:

df['Rolling_Max'] = df['Sales_Qty'].rolling(window=3).max()
df['Rolling_Min'] = df['Sales_Qty'].rolling(window=3).min()
df['Rolling_Std'] = df['Sales_Qty'].rolling(window=3).std()
print(df)

输出:

            Sales_Qty  Rolling_Sum  Rolling_Mean  Rolling_Sum_30D  Rolling_Max  Rolling_Min  Rolling_Std
Date                                                                                                     
2021-01-01         10          NaN           NaN             10.0          NaN          NaN          NaN
2021-01-02         15          NaN           NaN             25.0          NaN          NaN          NaN
2021-01-03         14         39.0           NaN             39.0         15.0         10.0     2.516611
2021-01-04         17         46.0           NaN             56.0         17.0         14.0     1.527525
2021-01-05         18         49.0          14.8             74.0         18.0         14.0     2.081666
2021-01-06         19         54.0          16.6             93.0         19.0         17.0     1.000000
2021-01-07         20         57.0          17.6            113.0         20.0         18.0     1.000000
2021-01-08         21         60.0          19.0            134.0         21.0         19.0     1.000000
2021-01-09         22         63.0          20.0            156.0         22.0         20.0     1.000000
2021-01-10         23         66.0          21.0            179.0         23.0         21.0     1.000000

rolling 方法非常灵活,可以在数据分析中用于各种滚动计算操作。
你可以根据具体需求调整滚动窗口的大小和聚合函数,从而实现对时间序列数据或其他数据的详细分析。

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