Python 比較兩個(gè)時(shí)間序列在圖形上是否相似

作者：Ckend 2023-03-26 00:15:43

圖形上的相似性并不能完全代表兩個(gè)時(shí)間序列之間的相似性，因?yàn)橥粋€(gè)圖形可以對(duì)應(yīng)著不同的時(shí)間序列。因此，在進(jìn)行時(shí)間序列的比較時(shí)，需要綜合考慮多個(gè)方面的信息。

比較兩個(gè)時(shí)間序列在圖形上是否相似，可以通過以下方法：

可視化比較：將兩個(gè)時(shí)間序列繪制在同一張圖上，并使用相同的比例和軸標(biāo)簽進(jìn)行比較。可以觀察它們的趨勢、峰值和谷值等特征，從而進(jìn)行比較。
峰值和谷值比較：通過比較兩個(gè)時(shí)間序列中的峰值和谷值來進(jìn)行比較。可以比較它們的幅度和位置。
相關(guān)性分析：計(jì)算兩個(gè)時(shí)間序列之間的相關(guān)系數(shù)，從而確定它們是否存在線性關(guān)系。如果它們的相關(guān)系數(shù)接近1，則它們趨勢相似。
非線性方法：使用非線性方法來比較兩個(gè)時(shí)間序列，如動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整、小波變換等。這些方法可以幫助捕捉兩個(gè)時(shí)間序列之間的相似性。

需要注意的是，圖形上的相似性并不能完全代表兩個(gè)時(shí)間序列之間的相似性，因?yàn)橥粋€(gè)圖形可以對(duì)應(yīng)著不同的時(shí)間序列。因此，在進(jìn)行時(shí)間序列的比較時(shí)，需要綜合考慮多個(gè)方面的信息。

1.準(zhǔn)備

開始之前，你要確保Python和pip已經(jīng)成功安裝在電腦上，如果沒有，可以訪問這篇文章：超詳細(xì)Python安裝指南進(jìn)行安裝。

(可選1) 如果你用Python的目的是數(shù)據(jù)分析，可以直接安裝Anaconda：Python數(shù)據(jù)分析與挖掘好幫手—Anaconda，它內(nèi)置了Python和pip.

(可選2) 此外，推薦大家用VSCode編輯器，它有許多的優(yōu)點(diǎn)：Python 編程的最好搭檔—VSCode 詳細(xì)指南。

請(qǐng)選擇以下任一種方式輸入命令安裝依賴：1. Windows 環(huán)境打開 Cmd (開始-運(yùn)行-CMD)。2. MacOS 環(huán)境打開 Terminal (command+空格輸入Terminal)。3. 如果你用的是 VSCode編輯器或 Pycharm，可以直接使用界面下方的Terminal.

pip install matplotlib
pip install numpy

2. 使用Matplotlib可視化比較兩個(gè)時(shí)間序列

import matplotlib.pyplot as plt

# 生成時(shí)間序列數(shù)據(jù)
x = [1, 2, 3, 4, 5]
y1 = [10, 15, 13, 17, 20]
y2 = [8, 12, 14, 18, 22]

# 繪制兩個(gè)時(shí)間序列的折線圖
plt.plot(x, y1, label='y1')
plt.plot(x, y2, label='y2')

# 設(shè)置圖形屬性
plt.xlabel('Time')
plt.ylabel('Value')
plt.title('Comparison of two time series')
plt.legend()

# 顯示圖形
plt.show()

3. 計(jì)算兩個(gè)時(shí)間序列的相關(guān)系數(shù)：

import numpy as np

# 生成時(shí)間序列數(shù)據(jù)
x = [1, 2, 3, 4, 5]
y1 = [10, 15, 13, 17, 20]
y2 = [8, 12, 14, 18, 22]

# 計(jì)算相關(guān)系數(shù)
corr = np.corrcoef(y1, y2)[0, 1]

# 輸出結(jié)果
print('Correlation coefficient:', corr)

4.使用Python實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整算法（DTW）：

import numpy as np

# 生成時(shí)間序列數(shù)據(jù)
x = [1, 2, 3, 4, 5]
y1 = [10, 15, 13, 17, 20]
y2 = [8, 12, 14, 18, 22]

# 動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整算法
def dtw_distance(ts_a, ts_b, d=lambda x, y: abs(x - y)):
    DTW = {}

    # 初始化邊界條件
    for i in range(len(ts_a)):
        DTW[(i, -1)] = float('inf')
    for i in range(len(ts_b)):
        DTW[(-1, i)] = float('inf')
    DTW[(-1, -1)] = 0

    # 計(jì)算DTW矩陣
    for i in range(len(ts_a)):
        for j in range(len(ts_b)):
            cost = d(ts_a[i], ts_b[j])
            DTW[(i, j)] = cost + min(DTW[(i-1, j)], DTW[(i, j-1)], DTW[(i-1, j-1)])

    # 返回DTW距離
    return DTW[len(ts_a)-1, len(ts_b)-1]

# 計(jì)算兩個(gè)時(shí)間序列之間的DTW距離
dtw_dist = dtw_distance(y1, y2)

# 輸出結(jié)果
print('DTW distance:', dtw_dist)

責(zé)任編輯：武曉燕來源： Python實(shí)用寶典

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