使用 Plotnine 进行时间序列可视化的分步指南

news2026/5/3 5:37:41
原文towardsdatascience.com/step-by-step-guide-to-time-series-visualization-using-plotnine-3a2306aeafe0https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/9a8458a301a4b3fe5e6af4a0cdc16fbe.png图片由 Alex Litvin 在 Unsplash 上提供可视化是快速有效地从数据中获取见解的方法。本文提供了使用图形探索时间序列的逐步指南。我们将使用 6 种不同的图来揭示时间序列的不同方面。我们将专注于 Python 的 plotnine这是一种图形语法类型的库。简介探索性数据分析是一种旨在揭示数据集潜在结构的分析方法。几乎总是这个过程涉及到使用图形技术来可视化数据。使用图形进行时间序列分析是快速从数据中提取见解的方法例如揭示基本模式如趋势或季节性检测不规则性包括缺失数据或异常值检测分布中的变化在本文的其余部分你将学习如何构建 6 个图形来探索时间序列。探索时间序列让我们从加载一个时间序列开始。在本指南中我们将使用 M3 数据集中可用的月度时间序列 [2]。我们从datasetsforecast库中获取它fromdatasetsforecast.m3importM3 dataset,*_M3.load(./data,Monthly)seriesdataset.query(funique_idM400)你将学习如何使用 plotnine 创建图形。这个库类似于 Python 的 ggplot2。让我们先设置主题importplotnineasp9 MY_THEMEp9.theme_538(base_familyPalatino,base_size12)p9.theme(plot_margin.025,axis_text_yp9.element_text(size10),panel_backgroundp9.element_rect(fillwhite),plot_backgroundp9.element_rect(fillwhite),strip_backgroundp9.element_rect(fillwhite),legend_backgroundp9.element_rect(fillwhite),axis_text_xp9.element_text(size10))我们将使用基于 538 的主题并进行一些额外修改。时间图在分析时间序列时你首先想要做的可能是时间图。时间图是一种线形图的实例其中你将序列的值与时间进行对比time_plotp9.ggplot(dataseries)p9.aes(xds,yy)MY_THEMEp9.geom_line(color#58a63e,size1)p9.labs(xDatetime,yvalue)https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/716f3020124a70d33da78313c9055b2a.png时间序列分解的时间图。图片由作者提供此图展示了时间序列的基本模式例如趋势或季节性。使用时间图分布的变化无论是均值还是方差通常也容易检测到。示例时间序列表现出 随机趋势。序列的水平在某个点上增加然后数据开始降低水平。此外规则的波动表明存在季节性结构。你也可以使用分解数据构建时间图。首先我们使用 STL 对时间序列进行分解importpandasaspdfromstatsmodels.tsa.seasonalimportSTL ts_decompSTL(series[y],period12).fit()components{Trend:ts_decomp.trend,Seasonal:ts_decomp.seasonal,Residuals:ts_decomp.resid,}components_dfpd.DataFrame(components).reset_index()melted_datacomponents_df.melt(index)然后我们使用类似这样的 _facetgrid为每个部分创建时间图fromnumerizeimportnumerize# a nice trick to summarise large values in graphicslabslambdalst:[numerize.numerize(x)forxinlst]decomposed_timeplotp9.ggplot(melted_data)p9.aes(xindex,yvalue)p9.facet_grid(variable ~.,scalesfree)MY_THEMEp9.geom_line(color#58a63e,size1)p9.labs(xDatetime index)p9.scale_y_continuous(labelslabs)https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/83d0ba73025e64bc5e7d83f08a3da637.png时间序列分解的时间图。图片由作者提供这种变体使得检查每个组件变得更加容易。在这种情况下趋势和季节性影响变得清晰可见。我们使用numerize来使大数字更易于阅读。你还可以将此样式添加到任何其他图表中。滞后图滞后图是散点图的一个实例其中你将时间序列的每个值与过去通常是上一个值进行对比。X[series[y].shift(i)foriinlist(range(2,0,-1))]Xpd.concat(X,axis1).dropna()X.columns[t-1,t]lag_plotp9.ggplot(X)p9.aes(xt-1,yt)MY_THEMEp9.geom_point(color#58a63e)p9.labs(xSeries at time t-1,ySeries at time t)p9.scale_y_continuous(labelslabs)p9.scale_x_continuous(labelslabs)滞后图可以揭示序列结构。具有自相关的时序点的分布将沿着对角线聚集。这种聚集与自相关的强度一样明显。如果数据是随机的那么数据点将在图形上分布得四处都是。这意味着过去值对未来没有提供任何信息。https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/e0894e836dcfba03871d70fc21369613.png示例时间序列的滞后图。图片由作者提供。滞后图也有助于检测异常值。这些点将与其他点隔离。示例时间序列的值倾向于聚集在对角线上但随着值的增大方差也会增加。这似乎表明序列包含一个自回归结构。自相关图自相关是衡量时间序列在观察过去值滞后时与其自身相关性的度量。绘制自相关图也有助于传达关于序列结构的线索。你可以使用statsmodels来计算自相关importnumpyasnpfromstatsmodels.tsa.stattoolsimportacf acf_xacf(series[y],nlags24,alpha0.05,bartlett_confintTrue)acf_vals,acf_conf_intacf_x[:2]acf_dfpd.DataFrame({ACF:acf_vals,ACF_low:acf_conf_int[:,0],ACF_high:acf_conf_int[:,1],})acf_df[Lag][t][ft-{i}foriinrange(1,25)]acf_df[Lag]pd.Categorical(acf_df[Lag],categoriesacf_df[Lag])然后我们使用plotnine来构建棒棒糖图significance_thr2/np.sqrt(len(series[y]))acf_plotp9.ggplot(acf_df,p9.aes(xLag,yACF))p9.geom_hline(yinterceptsignificance_thr,linetypedashed,color#58a63e,size.8)p9.geom_hline(yintercept-significance_thr,linetypedashed,color#58a63e,size.8)p9.geom_hline(yintercept0,linetypesolid,colorblack,size1)p9.geom_segment(p9.aes(xLag,xendLag,y0,yendACF),size1.5,color#58a63e)p9.geom_point(size4,colordarkgreen,)MY_THEMEhttps://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/6e5840dd5f18e6972889d2d60a13a9db.png自相关图。图片由作者提供随着滞后值的增加自相关的变化提供了关于序列结构的线索。如果自相关始终接近于零这意味着序列是白噪声或随机序列。随着滞后值的增加衰减速度缓慢这表明存在趋势。有时自相关会显示出具有季节滞后峰值的振荡模式。这种模式表明存在强烈的季节性成分。季节性子序列图一些图形是为了探索季节性效应而量身定制的例如季节性图或季节性子序列图。季节性子序列图通过以下方式按季节周期对序列进行分组grouped_dfseries.groupby(Month)[y]group_avggrouped_df.mean()group_avggroup_avg.reset_index()series[Month]pd.Categorical(series[Month],categoriesseries[Month].unique())group_avg[Month]pd.Categorical(group_avg[Month],categoriesseries[Month].unique())seas_subseries_plotp9.ggplot(series)p9.aes(xds,yy)MY_THEMEp9.theme(axis_text_xp9.element_text(size8,angle90),legend_titlep9.element_blank(),strip_background_xp9.element_text(color#58a63e),strip_text_xp9.element_text(size11))p9.geom_line()p9.facet_grid(. ~Month)p9.geom_hline(datagroup_avg,mappingp9.aes(yintercepty),colourdarkgreen,size1)p9.scale_y_continuous(labelslabs)p9.scale_x_datetime(breaksdate_breaks(2 years),labelsdate_format(%Y))p9.labs(yvalue)seas_subseries_plotp9.theme(figure_size(10,4))https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/4cc62a88b47f300fba722b50f17cf33b.png此图对于揭示季节周期内和跨季节周期的模式非常有用。在示例时间序列中我们可以看到平均值在三月最低。在某些月份例如五月序列显示出强烈的正向趋势。分组密度图时间序列容易受到变化或干预的影响。有时时间序列所代表的事物会因为某些事件而发生变化。你可以使用图形技术来理解这些事件的影响。例如你可以使用以下分组密度图# some event happens at index 23change_index23before,aftertrain_test_split(series,train_sizechange_index,shuffleFalse)n_bf,n_afbefore.shape[0],after.shape[0]p1_dfpd.DataFrame({Series:before[y],Id:range(n_bf)})p1_df[Part]Before changep2_dfpd.DataFrame({Series:after[y],Id:range(n_af)})p2_df[Part]After changedfpd.concat([p1_df,p2_df])df[Part]pd.Categorical(df[Part],categories[Before change,After change])group_avgdf.groupby(Part).mean()[Series]density_plotp9.ggplot(df)p9.aes(xSeries,fillPart)MY_THEMEp9.theme(legend_positiontop)p9.geom_vline(xinterceptgroup_avg,linetypedashed,colorsteelblue,size1.1,alpha0.7)p9.geom_density(alpha.2)在这个特定的例子中某个事件发生在索引 23 处。这里选择这个特定的时间步是任意性的。但是你可以使用变化点检测方法来检测重要的时间步。https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/a52cd52a6878c426067ffd36f31fa832.png分组密度图。图片由作者提供我们在临界点前后绘制了分布图。分布上出现了显著的变化。主要收获探索性数据分析是任何时间序列分析和预测项目中的关键步骤。本文将向您介绍使用 6 种图形技术探索时间序列的过程。这些技术包括时间图分解时间图滞后图自相关图季节性子序列图分组密度图这些功能可以帮助你快速从数据中挖掘洞察。我们使用了 plotnine这是一个在 Python 中实现的图形语法类型的可视化库。它受到了 R 的 ggplot2 的启发并提供了许多不同的图形。您可以在以下链接中查看一些示例plotnine.org/tutorials/。感谢您的阅读我们下次故事再见代码代码笔记本参考文献[1] Hyndman, Rob J., and George Athanasopoulos. Forecasting: principles and practice. OTexts, 2018.[2] M3 预测竞赛数据集来自 datasetsforecast (MIT 许可)

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/2577310.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

SpringBoot-17-MyBatis动态SQL标签之常用标签

文章目录 1 代码1.1 实体User.java1.2 接口UserMapper.java1.3 映射UserMapper.xml1.3.1 标签if1.3.2 标签if和where1.3.3 标签choose和when和otherwise1.4 UserController.java2 常用动态SQL标签2.1 标签set2.1.1 UserMapper.java2.1.2 UserMapper.xml2.1.3 UserController.ja…

wordpress后台更新后 前端没变化的解决方法

使用siteground主机的wordpress网站,会出现更新了网站内容和修改了php模板文件、js文件、css文件、图片文件后,网站没有变化的情况。 不熟悉siteground主机的新手,遇到这个问题,就很抓狂,明明是哪都没操作错误&#x…

网络编程(Modbus进阶)

思维导图 Modbus RTU(先学一点理论) 概念 Modbus RTU 是工业自动化领域 最广泛应用的串行通信协议,由 Modicon 公司(现施耐德电气)于 1979 年推出。它以 高效率、强健性、易实现的特点成为工业控制系统的通信标准。 包…

UE5 学习系列(二)用户操作界面及介绍

这篇博客是 UE5 学习系列博客的第二篇,在第一篇的基础上展开这篇内容。博客参考的 B 站视频资料和第一篇的链接如下: 【Note】:如果你已经完成安装等操作,可以只执行第一篇博客中 2. 新建一个空白游戏项目 章节操作,重…

IDEA运行Tomcat出现乱码问题解决汇总

最近正值期末周,有很多同学在写期末Java web作业时,运行tomcat出现乱码问题,经过多次解决与研究,我做了如下整理: 原因: IDEA本身编码与tomcat的编码与Windows编码不同导致,Windows 系统控制台…

利用最小二乘法找圆心和半径

#include <iostream> #include <vector> #include <cmath> #include <Eigen/Dense> // 需安装Eigen库用于矩阵运算 // 定义点结构 struct Point { double x, y; Point(double x_, double y_) : x(x_), y(y_) {} }; // 最小二乘法求圆心和半径 …

使用docker在3台服务器上搭建基于redis 6.x的一主两从三台均是哨兵模式

一、环境及版本说明 如果服务器已经安装了docker,则忽略此步骤,如果没有安装,则可以按照一下方式安装: 1. 在线安装(有互联网环境): 请看我这篇文章 传送阵>> 点我查看 2. 离线安装(内网环境):请看我这篇文章 传送阵>> 点我查看 说明&#xff1a;假设每台服务器已…

XML Group端口详解

在XML数据映射过程中&#xff0c;经常需要对数据进行分组聚合操作。例如&#xff0c;当处理包含多个物料明细的XML文件时&#xff0c;可能需要将相同物料号的明细归为一组&#xff0c;或对相同物料号的数量进行求和计算。传统实现方式通常需要编写脚本代码&#xff0c;增加了开…

LBE-LEX系列工业语音播放器|预警播报器|喇叭蜂鸣器的上位机配置操作说明

LBE-LEX系列工业语音播放器|预警播报器|喇叭蜂鸣器专为工业环境精心打造&#xff0c;完美适配AGV和无人叉车。同时&#xff0c;集成以太网与语音合成技术&#xff0c;为各类高级系统&#xff08;如MES、调度系统、库位管理、立库等&#xff09;提供高效便捷的语音交互体验。 L…

(LeetCode 每日一题) 3442. 奇偶频次间的最大差值 I (哈希、字符串)

题目&#xff1a;3442. 奇偶频次间的最大差值 I 思路 &#xff1a;哈希&#xff0c;时间复杂度0(n)。 用哈希表来记录每个字符串中字符的分布情况&#xff0c;哈希表这里用数组即可实现。 C版本&#xff1a; class Solution { public:int maxDifference(string s) {int a[26]…

【大模型RAG】拍照搜题技术架构速览:三层管道、两级检索、兜底大模型

摘要 拍照搜题系统采用“三层管道&#xff08;多模态 OCR → 语义检索 → 答案渲染&#xff09;、两级检索&#xff08;倒排 BM25 向量 HNSW&#xff09;并以大语言模型兜底”的整体框架&#xff1a; 多模态 OCR 层 将题目图片经过超分、去噪、倾斜校正后&#xff0c;分别用…

【Axure高保真原型】引导弹窗

今天和大家中分享引导弹窗的原型模板&#xff0c;载入页面后&#xff0c;会显示引导弹窗&#xff0c;适用于引导用户使用页面&#xff0c;点击完成后&#xff0c;会显示下一个引导弹窗&#xff0c;直至最后一个引导弹窗完成后进入首页。具体效果可以点击下方视频观看或打开下方…

接口测试中缓存处理策略

在接口测试中&#xff0c;缓存处理策略是一个关键环节&#xff0c;直接影响测试结果的准确性和可靠性。合理的缓存处理策略能够确保测试环境的一致性&#xff0c;避免因缓存数据导致的测试偏差。以下是接口测试中常见的缓存处理策略及其详细说明&#xff1a; 一、缓存处理的核…

龙虎榜——20250610

上证指数放量收阴线&#xff0c;个股多数下跌&#xff0c;盘中受消息影响大幅波动。 深证指数放量收阴线形成顶分型&#xff0c;指数短线有调整的需求&#xff0c;大概需要一两天。 2025年6月10日龙虎榜行业方向分析 1. 金融科技 代表标的&#xff1a;御银股份、雄帝科技 驱动…

观成科技:隐蔽隧道工具Ligolo-ng加密流量分析

1.工具介绍 Ligolo-ng是一款由go编写的高效隧道工具&#xff0c;该工具基于TUN接口实现其功能&#xff0c;利用反向TCP/TLS连接建立一条隐蔽的通信信道&#xff0c;支持使用Let’s Encrypt自动生成证书。Ligolo-ng的通信隐蔽性体现在其支持多种连接方式&#xff0c;适应复杂网…

铭豹扩展坞 USB转网口 突然无法识别解决方法

当 USB 转网口扩展坞在一台笔记本上无法识别,但在其他电脑上正常工作时,问题通常出在笔记本自身或其与扩展坞的兼容性上。以下是系统化的定位思路和排查步骤,帮助你快速找到故障原因: 背景: 一个M-pard(铭豹)扩展坞的网卡突然无法识别了,扩展出来的三个USB接口正常。…

未来机器人的大脑:如何用神经网络模拟器实现更智能的决策?

编辑&#xff1a;陈萍萍的公主一点人工一点智能 未来机器人的大脑&#xff1a;如何用神经网络模拟器实现更智能的决策&#xff1f;RWM通过双自回归机制有效解决了复合误差、部分可观测性和随机动力学等关键挑战&#xff0c;在不依赖领域特定归纳偏见的条件下实现了卓越的预测准…

Linux应用开发之网络套接字编程(实例篇)

服务端与客户端单连接 服务端代码 #include <sys/socket.h> #include <sys/types.h> #include <netinet/in.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <arpa/inet.h> #include <pthread.h> …

华为云AI开发平台ModelArts

华为云ModelArts&#xff1a;重塑AI开发流程的“智能引擎”与“创新加速器”&#xff01; 在人工智能浪潮席卷全球的2025年&#xff0c;企业拥抱AI的意愿空前高涨&#xff0c;但技术门槛高、流程复杂、资源投入巨大的现实&#xff0c;却让许多创新构想止步于实验室。数据科学家…

深度学习在微纳光子学中的应用

深度学习在微纳光子学中的主要应用方向 深度学习与微纳光子学的结合主要集中在以下几个方向&#xff1a; 逆向设计 通过神经网络快速预测微纳结构的光学响应&#xff0c;替代传统耗时的数值模拟方法。例如设计超表面、光子晶体等结构。 特征提取与优化 从复杂的光学数据中自…