今日收揽1588星 sktime：时间序列领域的“瑞士军刀”，告别炼丹的烦恼

作者贝克街的捉虫师

大家好，我是贝克街的捉虫师呀！

话说咱们做软件开发的，或者说跟数据打交道的同学，时间序列数据肯定不陌生。股票价格、传感器读数、用户行为轨迹、服务器负载……这些都是活生生的时间序列。处理这些数据的时候，我们经常会遇到一些挑战，比如需要预测未来的趋势（预测），识别异常值（异常检测），或者把不同类型的时间序列分开（分类）。虽然有很多现成的库可以用，但很多时候，不同的任务需要不同的工具，接口也千差万别，来回切换、适配数据格式、学习新的API，这事儿搞起来效率真不高，甚至有点像在“炼丹”。

就在我思考有没有一种更优雅的方式来处理这些时间序列问题时，GitHub 上一个叫做 sktime 的项目进入了我的视野。它就像时间序列机器学习领域的一把“瑞士军刀”，试图用一个统一的接口，把各种时间序列任务和算法整合起来，这不就是我们梦寐以求的嘛！

项目概述

sktime 这个项目，用一句话概括，它是一个专门为时间序列机器学习设计的 Python 开源库。它的核心目标是提供一个统一、易用的框架，来处理各种时间序列相关的学习任务，比如前面提到的预测、分类、聚类、异常检测等等。你可以把它想象成时间序列界的 scikit-learn —— 提供了一套标准化的API，让你可以轻松地切换不同的算法、构建复杂的模型管道、进行模型评估和调优。

这个项目是完全开源的，基于 BSD 3-clause 许可，主要使用 Python 开发，并且它非常注重与 Python 数据科学生态的集成，特别是和 scikit-learn 的兼容性做得很好。这样一来，很多你熟悉的数据处理和模型构建技巧，在 sktime 里也能派上用场。

项目数据

sktime 在 GitHub 上表现相当活跃，今天就收揽了 1588 个星标，累计总星标数已经达到了 8973。这个增长速度和总数，都说明它在社区里受到了广泛关注和认可。项目的核心开发语言是 Python，这对于广大的 Python 开发者来说非常友好。

从项目的更新频率和贡献者数量来看，sktime 的维护状态良好，社区也非常活跃。它不仅有核心开发者在持续迭代，还有大量的外部贡献者参与其中，这通常是一个健康开源项目的标志。在 PyPI 和 Conda-forge 上的下载量也持续增长，进一步证明了它的实用性和受欢迎程度。

功能亮点

sktime 能够如此受欢迎，自然离不开它那些实实在在的功能：

⚙️ 统一的任务接口

这是 sktime 最核心的设计理念之一。无论是你想做时间序列预测（Forecasting）、分类（Classification）、还是回归（Regression），甚至是更复杂的异常检测（Detection）或聚类（Clustering），sktime 都提供了一套逻辑一致的API。你不需要为每个任务重新学习一套库，这大大降低了学习成本和开发复杂度。我个人在使用时，最深的体会就是当你掌握了其中一个任务的用法，其他任务的入门就变得非常顺畅。

🧩 丰富的内置算法与外部集成

sktime 本身包含了不少专门为时间序列设计的算法。更棒的是，它还提供了与许多流行的时间序列库（比如 statsmodels、tsfresh、fbprophet 等）以及通用机器学习库 scikit-learn 的接口。这意味着你可以在 sktime 的框架下，轻松使用来自这些库的算法，并且能够和其他 sktime 的组件无缝协作。这种“兼容并包”的策略，让它真的像一个连接器，把时间序列生态里的优秀工具都串了起来。

🔗 强大的模型组合能力

在实际应用中，我们很少只使用一个简单的模型。数据预处理、特征提取、模型训练、后处理，这些往往需要组合成一个流程。sktime 提供了类似 scikit-learn 的 Pipeline 机制，可以非常方便地构建复杂的时间序列模型管道。你还可以轻松地进行模型调优（Tuning）、模型集成（Ensembling），甚至可以将一个任务的算法“转化”用于另一个任务（Reduction），比如用 scikit-learn 的回归器来做时间序列预测。这种灵活性让构建复杂的解决方案变得更加简单。

📈 时间序列预测专长

虽然支持多种任务，但 sktime 在时间序列预测（Forecasting）方面做得尤其深入和完善。它提供了大量经典的统计预测模型（如 ARIMA、Exponential Smoothing）以及各种机器学习模型（通过集成 scikit-learn 或其他库），还支持各种复杂的时间序列数据格式（如 Panel 数据）。你可以轻松地设置预测范围（Forecasting Horizon），进行滚动预测（Rolling Forecast），或者进行概率预测。这对于需要准确预测未来趋势的场景非常重要。

📊 便捷的模型评估与交叉验证

评估时间序列模型的性能是个 tricky 的事情，传统的交叉验证方法可能不太适用。sktime 提供了针对时间序列数据的评估指标和交叉验证策略（比如时间序列专属的 Splitter），确保你能更科学、更准确地评估模型的泛化能力。这对于选择最佳模型、避免过拟合至关重要。

🧱 易于扩展和贡献

对于有特定算法需求或者想贡献自己算法的研究者或开发者来说，sktime 的架构设计考虑到了扩展性。它提供了清晰的扩展模板，让你能够相对容易地将自己的时间序列算法添加到 sktime 框架中，并利用框架提供的各种工具（如管道、评估等）。

安装与使用

sktime 的安装比较直接，可以通过 pip 或 conda 进行。根据你的需求，可以选择安装基础版或者包含更多可选依赖的完整版。

首先，确保你的 Python 版本在 3.8 到 3.12 之间。

使用 pip 安装：

“““bash

安装基础版

pip install sktime

安装包含所有额外依赖的完整版（推荐，功能更全面）

pip install sktime[all_extras]


如果你使用 conda：

``````bash
# 使用 conda 安装基础版
conda install -c conda-forge sktime

# 使用 conda 安装包含所有额外依赖的完整版
conda install -c conda-forge sktime-all-extras

安装完成后，就可以导入模块开始使用了。快速入门可以参考官方文档中的例子。比如一个简单的预测流程大概是这样：加载数据、划分训练集和测试集、定义预测范围、选择一个预测器、拟合模型、进行预测，最后评估结果。这套流程在 sktime 里有标准化的步骤。

from sktime.datasets import load_airline
from sktime.forecasting.base import ForecastingHorizon
from sktime.forecasting.theta import ThetaForecaster
from sktime.split import temporal_train_test_split
from sktime.performance_metrics.forecasting import mean_absolute_percentage_error

# 加载一个经典的时间序列数据集
y = load_airline()

# 按时间顺序划分训练集和测试集
y_train, y_test = temporal_train_test_split(y)

# 定义预测的范围（ horizon）
# 这里是基于测试集的索引，所以 is_relative=False
fh = ForecastingHorizon(y_test.index, is_relative=False)

# 选择一个预测模型，比如 ThetaForecaster，设置季节性周期为12（月度数据）
forecaster = ThetaForecaster(sp=12)

# 用训练数据拟合模型
forecaster.fit(y_train)

# 在预测范围上进行预测
y_pred = forecaster.predict(fh)

# 评估预测结果，比如使用平均绝对百分比误差 (MAPE)
mape = mean_absolute_percentage_error(y_test, y_pred)
print(f"MAPE: {mape}") # 输出类似：MAPE: 0.0866...

可以看到，整个过程和 scikit-learn 的 fit/predict 模式非常相似，熟悉 scikit-learn 的同学上手应该会很快。

使用场景与推荐理由

我觉得 sktime 特别适合以下几种场景：

  • 需要处理多种时间序列任务的场景： 如果你的项目涉及到预测、分类、异常检测等多种时间序列分析需求，使用 sktime 可以让你在一个框架内解决问题，避免引入多个库带来的复杂性。
  • 需要构建复杂时间序列模型管道的场景： 当你需要对时间序列数据进行复杂的预处理、特征工程、模型集成等操作时，sktime 的 Pipeline 功能可以帮你构建清晰、可维护的模型流程。
  • 研究或比较不同时间序列算法的场景： sktime 集成了多种算法并提供了统一接口，非常方便用来比较不同算法在你的数据上的表现。
  • 希望将时间序列分析与现有机器学习流程整合的场景： 如果你的团队已经在使用 scikit-learn，sktime 的兼容性可以让你更顺畅地将时间序列分析融入到现有的机器学习工作流中。

为什么我推荐 sktime 呢？首先，它解决了时间序列机器学习领域工具分散的问题，提供了一个统一的、高层次的抽象。其次，它的设计借鉴了 scikit-learn 的成功经验，API清晰直观，对于有 scikit-learn 基础的开发者来说非常友好。再次，它的社区活跃，文档也比较完善，遇到问题比较容易找到帮助。最后，它持续集成和发展新的时间和序列算法和功能，紧跟领域前沿。

当然，任何工具都不是银弹。对于一些极其特殊的、需要底层精细控制的场景，或者你只需要一个非常简单的特定功能时，直接使用最专业的那个库也可能更合适。但对于大多数通用的时间序列机器学习任务来说，sktime 提供了一个非常高效且优雅的解决方案。

结语

总的来说，sktime 是一个非常有价值的开源项目，它为时间序列机器学习提供了一个统一、强大且易于使用的平台。它把分散的时间序列工具和算法整合起来，用一套标准化的API让开发者能够更专注于解决问题本身，而不是被各种库的接口差异所困扰。

如果你经常处理时间序列数据，并且希望有一个更系统、更高效的工具链，我强烈建议你花时间了解和尝试一下 sktime。它可能会显著提高你的开发效率，让你的时间序列分析工作变得更加轻松愉快。

项目的 GitHub 地址在这里：https://github.com/sktime/sktime

文档也很不错，有很多详细的教程和API参考：https://www.sktime.net

去看看吧，说不定它就是你一直在寻找的时间序列分析利器！试用之后有什么心得，或者发现了哪些“虫子”，也欢迎在评论区分享给我呀！我们下期再见！

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