M

MLOG

Ελληνικά

Ξεκλειδώστε τη δύναμη των δεδομένων χρονοσειρών με συναρτήσεις παραθύρου. Οδηγός για ανάλυση δεδομένων.

Ανάλυση Χρονοσειρών: Εκμάθηση Συναρτήσεων Παραθύρου για Εν insights

Τα δεδομένα χρονοσειρών, που χαρακτηρίζονται από την διαδοχική και χρονικά εξαρτημένη φύση τους, είναι πανταχού παρόντα σε όλες τις βιομηχανίες. Από την παρακολούθηση των τιμών των μετοχών και την παρακολούθηση της επισκεψιμότητας ιστοτόπων έως την ανάλυση των αναγνώσεων αισθητήρων και την πρόβλεψη των τάσεων πωλήσεων, η ικανότητα εξαγωγής ουσιαστικών πληροφοριών από τα δεδομένα χρονοσειρών είναι ζωτικής σημασίας για τη λήψη τεκμηριωμένων αποφάσεων. Οι συναρτήσεις παραθύρου παρέχουν ένα ισχυρό και ευέλικτο σύνολο εργαλείων για την εκτέλεση υπολογισμών σε ένα σύνολο γραμμών που σχετίζονται με την τρέχουσα γραμμή σε έναν πίνακα ή πλαίσιο δεδομένων, καθιστώντας τα απαραίτητα για την ανάλυση χρονοσειρών.

Κατανόηση των Δεδομένων Χρονοσειρών

Τα δεδομένα χρονοσειρών είναι μια ακολουθία σημείων δεδομένων που ευρετηριάζονται με χρονική σειρά. Τα σημεία δεδομένων μπορούν να αντιπροσωπεύουν διάφορες μετρήσεις, όπως:

Η ανάλυση δεδομένων χρονοσειρών περιλαμβάνει τον εντοπισμό μοτίβων, τάσεων και εποχικότητας, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την πρόβλεψη μελλοντικών τιμών, την ανίχνευση ανωμαλιών και τη βελτιστοποίηση των επιχειρηματικών διαδικασιών.

Εισαγωγή στις Συναρτήσεις Παραθύρου

Οι συναρτήσεις παραθύρου, γνωστές και ως συγκεντρωτικά παραθύρου ή αναλυτικές συναρτήσεις, σας επιτρέπουν να εκτελείτε υπολογισμούς σε ένα σύνολο γραμμών που σχετίζονται με την τρέχουσα γραμμή, χωρίς να ομαδοποιείτε τις γραμμές σε ένα μόνο σύνολο αποτελεσμάτων όπως οι παραδοσιακές συναρτήσεις συγκέντρωσης (π.χ., SUM, AVG, COUNT). Αυτή η δυνατότητα είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για την ανάλυση χρονοσειρών, όπου συχνά πρέπει να υπολογίζετε κινούμενους μέσους όρους, αθροιστικά αθροίσματα και άλλες μετρήσεις βάσει χρόνου.

Μια συνάρτηση παραθύρου αποτελείται συνήθως από τα ακόλουθα στοιχεία:

  1. Συνάρτηση: Ο υπολογισμός που θα εκτελεστεί (π.χ., AVG, SUM, RANK, LAG).
  2. Ρήτρα OVER: Ορίζει το παράθυρο των γραμμών που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό.
  3. Ρήτρα PARTITION BY (προαιρετικό): Διαιρεί τα δεδομένα σε διαμερίσματα και η συνάρτηση παραθύρου εφαρμόζεται σε κάθε διαμέρισμα ξεχωριστά.
  4. Ρήτρα ORDER BY (προαιρετικό): Καθορίζει τη σειρά των γραμμών εντός κάθε διαμερίσματος.
  5. Ρήτρα ROWS/RANGE (προαιρετικό): Ορίζει το πλαίσιο παραθύρου, το οποίο είναι το σύνολο των γραμμών σε σχέση με την τρέχουσα γραμμή που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό.

Βασικές Έννοιες και Σύνταξη

1. Η Ρήτρα OVER()

Η ρήτρα OVER() είναι η καρδιά μιας συνάρτησης παραθύρου. Ορίζει το παράθυρο των γραμμών που θα λειτουργήσει η συνάρτηση. Ένα απλό OVER() ρήτρα χωρίς ορίσματα θα θεωρήσει ολόκληρο το σύνολο αποτελεσμάτων ως το παράθυρο. Για παράδειγμα:

Παράδειγμα SQL:

SELECT
  date,
  sales,
  AVG(sales) OVER()
FROM
  sales_data;

Αυτό το ερώτημα υπολογίζει τον μέσο όρο των πωλήσεων σε όλες τις ημερομηνίες στον πίνακα sales_data.

2. PARTITION BY

Η ρήτρα PARTITION BY διαιρεί τα δεδομένα σε διαμερίσματα και η συνάρτηση παραθύρου εφαρμόζεται ξεχωριστά σε κάθε διαμέρισμα. Αυτό είναι χρήσιμο όταν θέλετε να υπολογίσετε μετρήσεις για διαφορετικές ομάδες μέσα στα δεδομένα σας.

Παράδειγμα SQL:

SELECT
  date,
  product_id,
  sales,
  AVG(sales) OVER (PARTITION BY product_id)
FROM
  sales_data;

Αυτό το ερώτημα υπολογίζει τον μέσο όρο των πωλήσεων για κάθε προϊόν ξεχωριστά.

3. ORDER BY

Η ρήτρα ORDER BY καθορίζει τη σειρά των γραμμών εντός κάθε διαμερίσματος. Αυτό είναι απαραίτητο για τον υπολογισμό αθροιστικών συνόλων, κινούμενων μέσων όρων και άλλων μετρήσεων βάσει χρόνου.

Παράδειγμα SQL:

SELECT
  date,
  sales,
  SUM(sales) OVER (ORDER BY date)
FROM
  sales_data;

Αυτό το ερώτημα υπολογίζει το αθροιστικό άθροισμα των πωλήσεων με την πάροδο του χρόνου.

4. ROWS/RANGE

Οι ρήτρες ROWS και RANGE ορίζουν το πλαίσιο παραθύρου, το οποίο είναι το σύνολο των γραμμών σε σχέση με την τρέχουσα γραμμή που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό. Η ρήτρα ROWS καθορίζει το πλαίσιο παραθύρου με βάση τον φυσικό αριθμό γραμμής, ενώ η ρήτρα RANGE καθορίζει το πλαίσιο παραθύρου με βάση τις τιμές της στήλης ORDER BY.

Παράδειγμα ROWS:

SELECT
  date,
  sales,
  AVG(sales) OVER (ORDER BY date ROWS BETWEEN 2 PRECEDING AND CURRENT ROW)
FROM
  sales_data;

Αυτό το ερώτημα υπολογίζει τον κινούμενο μέσο όρο των πωλήσεων τις τελευταίες 3 ημέρες (συμπεριλαμβανομένης της τρέχουσας ημέρας).

Παράδειγμα RANGE:

SELECT
  date,
  sales,
  AVG(sales) OVER (ORDER BY date RANGE BETWEEN INTERVAL '2' DAY PRECEDING AND CURRENT ROW)
FROM
  sales_data;

Αυτό το ερώτημα υπολογίζει τον κινούμενο μέσο όρο των πωλήσεων τις τελευταίες 2 ημέρες (συμπεριλαμβανομένης της τρέχουσας ημέρας). Σημειώστε ότι το `RANGE` απαιτεί μια ταξινομημένη στήλη που είναι αριθμητικού ή τύπου δεδομένων ημερομηνίας/ώρας.

Συνήθεις Συναρτήσεις Παραθύρου για Ανάλυση Χρονοσειρών

1. Κυλιόμενος/Κινούμενος Μέσος Όρος

Ο κυλιόμενος μέσος όρος, γνωστός και ως κινούμενος μέσος όρος, είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική για την εξομάλυνση των βραχυπρόθεσμων διακυμάνσεων στα δεδομένα χρονοσειρών και την επισήμανση των μακροπρόθεσμων τάσεων. Υπολογίζεται με τον υπολογισμό του μέσου όρου των τιμών σε ένα καθορισμένο παράθυρο χρόνου.

Παράδειγμα SQL:

SELECT
  date,
  sales,
  AVG(sales) OVER (ORDER BY date ROWS BETWEEN 6 PRECEDING AND CURRENT ROW) AS moving_average_7_days
FROM
  sales_data;

Αυτό το ερώτημα υπολογίζει τον 7-ημέρων κινούμενο μέσο όρο των πωλήσεων.

Παράδειγμα Python (χρησιμοποιώντας Pandas):

import pandas as pd

# Υποθέτοντας ότι έχετε ένα Pandas DataFrame που ονομάζεται 'sales_df' με στήλες 'date' και 'sales'

sales_df['moving_average_7_days'] = sales_df['sales'].rolling(window=7).mean()

Παγκόσμιο Παράδειγμα Εφαρμογής: Ένα πολυεθνικό κατάστημα λιανικής θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει έναν 30ήμερο κινούμενο μέσο όρο για να εξομαλύνει τις ημερήσιες διακυμάνσεις των πωλήσεων και να εντοπίσει τις υποκείμενες τάσεις πωλήσεων σε διάφορες περιοχές.

2. Αθροιστικό Άθροισμα

Το αθροιστικό άθροισμα, γνωστό και ως τρέχον σύνολο, υπολογίζει το άθροισμα των τιμών έως την τρέχουσα γραμμή. Είναι χρήσιμο για την παρακολούθηση της συνολικής συσσωρευμένης τιμής με την πάροδο του χρόνου.

Παράδειγμα SQL:

SELECT
  date,
  sales,
  SUM(sales) OVER (ORDER BY date) AS cumulative_sales
FROM
  sales_data;

Αυτό το ερώτημα υπολογίζει το αθροιστικό άθροισμα των πωλήσεων με την πάροδο του χρόνου.

Παράδειγμα Python (χρησιμοποιώντας Pandas):

import pandas as pd

# Υποθέτοντας ότι έχετε ένα Pandas DataFrame που ονομάζεται 'sales_df' με στήλες 'date' και 'sales'

sales_df['cumulative_sales'] = sales_df['sales'].cumsum()

Παγκόσμιο Παράδειγμα Εφαρμογής: Μια διεθνής εταιρεία ηλεκτρονικού εμπορίου μπορεί να χρησιμοποιήσει αθροιστικές πωλήσεις για να παρακολουθεί τα συνολικά έσοδα που δημιουργούνται από μια νέα κυκλοφορία προϊόντος σε διαφορετικές αγορές.

3. Lead και Lag

Οι συναρτήσεις LEAD και LAG σας επιτρέπουν να έχετε πρόσβαση σε δεδομένα από τις επόμενες ή προηγούμενες γραμμές, αντίστοιχα. Είναι χρήσιμα για τον υπολογισμό αλλαγών από περίοδο σε περίοδο, τον εντοπισμό τάσεων και τη σύγκριση τιμών σε διαφορετικές χρονικές περιόδους.

Παράδειγμα SQL:

SELECT
  date,
  sales,
  LAG(sales, 1, 0) OVER (ORDER BY date) AS previous_day_sales,
  sales - LAG(sales, 1, 0) OVER (ORDER BY date) AS sales_difference
FROM
  sales_data;

Αυτό το ερώτημα υπολογίζει τη διαφορά των πωλήσεων σε σύγκριση με την προηγούμενη ημέρα. Η συνάρτηση LAG(sales, 1, 0) ανακτά την τιμή των πωλήσεων από την προηγούμενη γραμμή (αντιστάθμιση 1) και, εάν δεν υπάρχει προηγούμενη γραμμή (π.χ., η πρώτη γραμμή), επιστρέφει 0 (η προεπιλεγμένη τιμή).

Παράδειγμα Python (χρησιμοποιώντας Pandas):

import pandas as pd

# Υποθέτοντας ότι έχετε ένα Pandas DataFrame που ονομάζεται 'sales_df' με στήλες 'date' και 'sales'

sales_df['previous_day_sales'] = sales_df['sales'].shift(1)
sales_df['sales_difference'] = sales_df['sales'] - sales_df['previous_day_sales'].fillna(0)

Παγκόσμιο Παράδειγμα Εφαρμογής: Μια παγκόσμια αεροπορική εταιρεία μπορεί να χρησιμοποιήσει συναρτήσεις lead και lag για να συγκρίνει τις πωλήσεις εισιτηρίων για την ίδια διαδρομή σε διαφορετικές εβδομάδες και να εντοπίσει πιθανές διακυμάνσεις της ζήτησης.

4. Rank και Dense Rank

Οι συναρτήσεις RANK() και DENSE_RANK() εκχωρούν μια κατάταξη σε κάθε γραμμή εντός ενός διαμερίσματος με βάση την καθορισμένη διάταξη. Η RANK() εκχωρεί κατατάξεις με κενά (π.χ., 1, 2, 2, 4), ενώ η DENSE_RANK() εκχωρεί κατατάξεις χωρίς κενά (π.χ., 1, 2, 2, 3).

Παράδειγμα SQL:

SELECT
  date,
  sales,
  RANK() OVER (ORDER BY sales DESC) AS sales_rank,
  DENSE_RANK() OVER (ORDER BY sales DESC) AS sales_dense_rank
FROM
  sales_data;

Αυτό το ερώτημα κατατάσσει τις τιμές των πωλήσεων με φθίνουσα σειρά.

Παγκόσμιο Παράδειγμα Εφαρμογής: Μια παγκόσμια ηλεκτρονική αγορά μπορεί να χρησιμοποιήσει συναρτήσεις κατάταξης για να εντοπίσει τα προϊόντα με τις καλύτερες πωλήσεις σε κάθε χώρα ή περιοχή.

Προηγμένες Τεχνικές και Εφαρμογές

1. Συνδυασμός Συναρτήσεων Παραθύρου

Οι συναρτήσεις παραθύρου μπορούν να συνδυαστούν για την εκτέλεση πιο σύνθετων υπολογισμών. Για παράδειγμα, μπορείτε να υπολογίσετε τον κινούμενο μέσο όρο του αθροιστικού αθροίσματος.

Παράδειγμα SQL:

SELECT
  date,
  sales,
  AVG(cumulative_sales) OVER (ORDER BY date ROWS BETWEEN 6 PRECEDING AND CURRENT ROW) AS moving_average_cumulative_sales
FROM
  (
    SELECT
      date,
      sales,
      SUM(sales) OVER (ORDER BY date) AS cumulative_sales
    FROM
      sales_data
  ) AS subquery;

2. Χρήση Συναρτήσεων Παραθύρου με Συνθήκη Συγκέντρωσης

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε συναρτήσεις παραθύρου σε συνδυασμό με υπό συνθήκη συγκέντρωσης (π.χ., χρησιμοποιώντας δηλώσεις CASE) για την εκτέλεση υπολογισμών με βάση συγκεκριμένες συνθήκες.

Παράδειγμα SQL:

SELECT
  date,
  sales,
  AVG(CASE WHEN sales > 100 THEN sales ELSE NULL END) OVER (ORDER BY date ROWS BETWEEN 6 PRECEDING AND CURRENT ROW) AS moving_average_high_sales
FROM
  sales_data;

Αυτό το ερώτημα υπολογίζει τον κινούμενο μέσο όρο των πωλήσεων μόνο για ημέρες κατά τις οποίες οι πωλήσεις είναι μεγαλύτερες από 100.

3. Ανάλυση Χρονοσειρών

Οι συναρτήσεις παραθύρου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποσύνθεση μιας χρονοσειράς στα συστατικά τάσης, εποχιακότητας και υπολοίπου. Αυτό περιλαμβάνει τον υπολογισμό κινούμενων μέσων όρων για την εκτίμηση της τάσης, τον εντοπισμό εποχιακών μοτίβων και, στη συνέχεια, την αφαίρεση των συστατικών τάσης και εποχικότητας για την απόκτηση των υπολοίπων.

4. Ανίχνευση Ανωμαλιών

Οι συναρτήσεις παραθύρου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση ανωμαλιών στα δεδομένα χρονοσειρών υπολογίζοντας κινούμενους μέσους όρους και τυπικές αποκλίσεις. Τα σημεία δεδομένων που εμπίπτουν εκτός ενός ορισμένου εύρους (π.χ., +/- 3 τυπικές αποκλίσεις από τον κινούμενο μέσο όρο) μπορούν να επισημανθούν ως ανωμαλίες.

Πρακτικά Παραδείγματα σε Όλες τις Βιομηχανίες

1. Χρηματοοικονομικά

2. Λιανική

3. Μεταποίηση

4. Υγειονομική περίθαλψη

Επιλογή του Σωστού Εργαλείου

Οι συναρτήσεις παραθύρου είναι διαθέσιμες σε διάφορα εργαλεία επεξεργασίας δεδομένων και γλώσσες προγραμματισμού, όπως:

Η επιλογή του εργαλείου εξαρτάται από τις συγκεκριμένες σας ανάγκες και την τεχνική σας τεχνογνωσία. Η SQL είναι κατάλληλη για δεδομένα που είναι αποθηκευμένα σε σχεσιακές βάσεις δεδομένων, ενώ η Python και το Spark είναι πιο ευέλικτα για την επεξεργασία μεγάλων συνόλων δεδομένων και την εκτέλεση πολύπλοκης ανάλυσης.

Βέλτιστες Πρακτικές

Συμπέρασμα

Οι συναρτήσεις παραθύρου είναι ένα ισχυρό εργαλείο για την ανάλυση χρονοσειρών, επιτρέποντάς σας να υπολογίζετε κινούμενους μέσους όρους, αθροιστικά αθροίσματα, τιμές lead/lag και άλλες μετρήσεις βάσει χρόνου. Με την εκμάθηση των συναρτήσεων παραθύρου, μπορείτε να ξεκλειδώσετε πολύτιμες πληροφορίες από τα δεδομένα χρονοσειρών σας και να λάβετε πιο τεκμηριωμένες αποφάσεις. Είτε αναλύετε οικονομικά δεδομένα, δεδομένα πωλήσεων, δεδομένα αισθητήρων ή δεδομένα επισκεψιμότητας Ιστού, οι συναρτήσεις παραθύρου μπορούν να σας βοηθήσουν να εντοπίσετε μοτίβα, τάσεις και ανωμαλίες που θα ήταν δύσκολο να εντοπιστούν χρησιμοποιώντας παραδοσιακές τεχνικές συγκέντρωσης. Κατανοώντας τις βασικές έννοιες και τη σύνταξη των συναρτήσεων παραθύρου και ακολουθώντας τις βέλτιστες πρακτικές, μπορείτε να τις αξιοποιήσετε αποτελεσματικά για την επίλυση ενός ευρέος φάσματος πραγματικών προβλημάτων σε διάφορες βιομηχανίες.