import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from statsmodels.graphics.api import qqplot
import warnings
import os
from statsmodels.tsa.seasonal import seasonal_decompose
from statsmodels.tsa.holtwinters import SimpleExpSmoothing,ExponentialSmoothing
from sklearn.metrics import mean_squared_error

#處理warning
warnings.filterwarnings("ignore") #有時候代碼處于某些原因會飄紅卻不影響正常的運行，為了美觀使用該代碼進行忽視處理
#作圖顯示中文字符
plt.rcParams['font.sans-serif']=['SimHei']
plt.rcParams['axes.unicode_minus']=False
#展示所有列表文件
pd.set_option('display.max_columns',1000)
pd.set_option("display.width",1000)
pd.set_option('display.max_colwidth',1000)
pd.set_option('display.max_rows',1000)
 
datax=pd.read_excel(r'D:\雜貨\金融數(shù)據(jù)集合.xlsx',sheet_name=None)

#將excel中的“日期”一列設(shè)置為行索引
data=data.set_index('日期')
data.index=pd.to_datetime(data.index)

#原始數(shù)據(jù)作圖
fig=plt.figure(figsize=(15,8))#作圖面積的大小
ax1=plt.subplot(1,1,1)#作圖的位置
plt.xticks(fontsize=20)#設(shè)置x軸刻度的字體大小
plt.yticks(fontsize=20)#設(shè)置y軸刻度的字體大小
plt.xlabel('日期',fontsize=35,color='blue')#設(shè)置x軸的標簽，藍色部分字
plt.ylabel('金融數(shù)據(jù)',fontsize=35,color='blue')#設(shè)置y軸的標簽，藍色部分字
plt.title('原始數(shù)據(jù)1964',fontsize=35)#設(shè)置圖的標題
x1=data.index #將先前設(shè)置的日期行索引設(shè)置為坐標軸的橫軸
y=data.iloc[:,0] #利用提取excel列的方法，提取了金融數(shù)據(jù)集第一列的數(shù)據(jù)作為y軸
plt.plot(x1,y,linewidth=4.0,label='真實線',color='orange')#繪制坐標及數(shù)據(jù)，并設(shè)置一些參數(shù)
plt.legend(fontsize=20)#設(shè)置圖例，即圖中左上角那個
plt.show()#繪圖

decomposition=seasonal_decompose(data.iloc[:,0],model='addictive',period=12)
decomposition.plot()
plt.show()

#關(guān)于seasonal_decompose()方法的參數(shù)
seasonal_decompose(x,model='additive',filt=None,period=None,two_sided=True,extrapolate_trend=0)

datasmooth1= SimpleExpSmoothing(data.iloc[:,0]).fit().fittedvalues
print(datasmooth1)

plt.figure(figsize=(15,8))
plt.title('一階平滑1964',fontsize=40)
plt.xticks(fontsize=20)
plt.yticks(fontsize=20)
plt.xlabel('日期',fontsize=35,color='blue')
plt.ylabel('金融數(shù)據(jù)',fontsize=35,color='blue')
datasmooth1.plot(color='green',linewidth=3.0,label='擬合線') #將一階平滑的結(jié)果畫折線圖
data.iloc[:,0].plot(color='black',linewidth=3.0,label='真實線')#將原始數(shù)據(jù)畫折線圖
plt.legend(fontsize=20)
plt.show()

datasmooth2= ExponentialSmoothing(data.iloc[:,0], trend="add", seasonal=None).fit().fittedvalues#添加trend效果
datasmooth2_2 = ExponentialSmoothing(data.iloc[:,0], trend="mul", seasonal=None).fit().fittedvalues#非添加trend效果
print(datasmooth2)
print(datasmooth2_2)

plt.figure(figsize=(15,8))
plt.title('二階平滑1964',fontsize=40)
plt.xticks(fontsize=20)
plt.yticks(fontsize=20)
plt.xlabel('日期',fontsize=35,color='blue')
plt.ylabel('金融數(shù)據(jù)',fontsize=35,color='blue')
datasmooth2.plot(color='green',linewidth=3.0,label='line_add')#添加trend效果折線圖
datasmooth2_2.plot(color='red',linewidth=3.0,label='line_mul')#非添加trend效果折線圖
data.iloc[:,0].plot(color='black',linewidth=3.0,label='line_real')#真實線圖
plt.legend(fontsize=20)
plt.show()

datasmooth3 = ExponentialSmoothing(data.iloc[:,0], trend="add", seasonal="add", seasonal_periods=12).fit().fittedvalues#添加seasonal效果
datasmooth3_2 = ExponentialSmoothing(data.iloc[:,0], trend="mul", seasonal="mul", seasonal_periods=12).fit().fittedvalues#非添加seasonal效果
print(datasmooth3)
print(datasmooth3_2)

plt.figure(figsize=(15,8))
plt.title('三階平滑'+num,fontsize=40)
plt.xticks(fontsize=20)
plt.yticks(fontsize=20)
plt.xlabel('日期',fontsize=35,color='blue')
plt.ylabel('金融數(shù)據(jù)',fontsize=35,color='blue')
datasmooth3.plot(color='green',linewidth=3.0,label='line_add')#添加seasonal效果折線圖
datasmooth3_2.plot(color='red',linewidth=3.0,label='line_mul')#非添加seasonal效果折線圖
data.iloc[:,0].plot(color='black',linewidth=3.0,label='line_real')#原始數(shù)據(jù)折線圖
plt.legend(fontsize=20)
plt.show()

from sklearn.metrics import mean_squared_error
datasmooth1= SimpleExpSmoothing(data.iloc[:,0]).fit().fittedvalues#一階指數(shù)平滑擬合結(jié)果
datasmooth2= ExponentialSmoothing(data.iloc[:,0], trend="add", seasonal=None).fit().fittedvalues#二階指數(shù)平滑擬合結(jié)果
datasmooth3 = ExponentialSmoothing(data.iloc[:,0], trend="add", seasonal="add", seasonal_periods=12).fit().fittedvalues#三階指數(shù)平滑擬合結(jié)果
mse_1 = mean_squared_error(datasmooth1,data.iloc[:,0])#一階指數(shù)平滑的均方誤
mse_2 = mean_squared_error(datasmooth2,data.iloc[:,0])#二階指數(shù)平滑的均方誤
mse_3 = mean_squared_error(datasmooth3,data.iloc[:,0])#三階指數(shù)平滑的均方誤
print(mse_1)
print(mse_2)
print(mse_3)

resid=model.resid#先計算出數(shù)據(jù)的殘差
#以下再進行作圖
fig=plt.figure(figsize=(8,6))
ax=fig.add_subplot(1,1,1)
plt.xticks(fontsize=20)
plt.yticks(fontsize=20)
plt.xlabel('Theoretical Quantiles',fontsize=35,color='blue')
plt.ylabel('Sample Quantiles',fontsize=35,color='blue')
plt.title('正態(tài)性檢驗1964',fontsize=20)
fig=qqplot(resid,line='q',ax=ax,fit=True)
plt.show()

model = ExponentialSmoothing(data.iloc[:,0], trend="add", seasonal="add", seasonal_periods=12).fit()
pred = model.forecast(18)
print(pred)

plt.figure(figsize=(15,8))
plt.title('最終預測結(jié)果1964',fontsize=40)
plt.xticks(fontsize=20)
plt.yticks(fontsize=20)
plt.xlabel('日期',fontsize=35,color='blue')
plt.ylabel('金融數(shù)據(jù)',fontsize=35,color='blue')
pred.plot(color='red',linewidth=3.0,label='預測線')#預測數(shù)據(jù)折線圖
data.iloc[:,0].plot(color='black',linewidth=3.0,label='真實線')#實際數(shù)據(jù)折線圖
plt.legend(fontsize=20)
plt.show()

import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from statsmodels.graphics.api import qqplot
import warnings
import os
 
#處理warning
warnings.filterwarnings("ignore")
#作圖顯示中文字符
plt.rcParams['font.sans-serif']=['SimHei']
plt.rcParams['axes.unicode_minus']=False
#展示所有列表文件
pd.set_option('display.max_columns',1000)
pd.set_option("display.width",1000)
pd.set_option('display.max_colwidth',1000)
pd.set_option('display.max_rows',1000)
 
datax=pd.read_excel(r'D:\雜貨\金融數(shù)據(jù)集合.xlsx',sheet_name=None)#導入表格中的所有sheet
datasets=['1998','2001','1996','1981','1982','1974','1976','1972','1984','1964']#待循環(huán)的十個數(shù)據(jù)
 
 
def timeda_3(num):
    data=pd.read_excel(r'D:\雜貨\金融數(shù)據(jù)集合.xlsx',sheet_name=num)
    data=data.set_index('日期')
    data.index=pd.to_datetime(data.index)
    #原始數(shù)據(jù)作圖
    fig=plt.figure(figsize=(15,8))
    ax1=plt.subplot(1,1,1)
    plt.xticks(fontsize=20)
    plt.yticks(fontsize=20)
    plt.xlabel('日期',fontsize=35,color='blue')
    plt.ylabel('金融數(shù)據(jù)',fontsize=35,color='blue')
    plt.title('原始數(shù)據(jù)'+num,fontsize=35)
    x1=data.index
    y=data.iloc[:,0]
    plt.plot(x1,y,linewidth=4.0,label='真實線',color='orange')
    plt.legend(fontsize=20)
    plt.savefig(os.path.join(r'C:\Users\Lenovo\Desktop\商業(yè)數(shù)據(jù)挖掘大作業(yè)\金融數(shù)據(jù)集圖片', '原始數(shù)據(jù)圖'+num))#用于將圖片保存到指定的文件夾中
    plt.show()
    #作季節(jié)性圖
    from statsmodels.tsa.seasonal import seasonal_decompose
    decomposition=seasonal_decompose(data.iloc[:,0],model='addictive',period=12)
    decomposition.plot()
    plt.savefig(os.path.join(r'C:\Users\Lenovo\Desktop\商業(yè)數(shù)據(jù)挖掘大作業(yè)\金融數(shù)據(jù)集圖片', '季節(jié)性圖' + num))
    plt.show()
    #一階平滑
    from statsmodels.tsa.holtwinters import SimpleExpSmoothing,ExponentialSmoothing
    datasmooth1= SimpleExpSmoothing(data.iloc[:,0]).fit().fittedvalues
    print('一階平滑結(jié)果：\n',datasmooth1,file=wordfile)
    plt.figure(figsize=(15,8))
    plt.title('一階平滑'+num,fontsize=40)
    plt.xticks(fontsize=20)
    plt.yticks(fontsize=20)
    plt.xlabel('日期',fontsize=35,color='blue')
    plt.ylabel('金融數(shù)據(jù)',fontsize=35,color='blue')
    datasmooth1.plot(color='green',linewidth=3.0,label='擬合線')
    data.iloc[:,0].plot(color='black',linewidth=3.0,label='真實線')
    plt.legend(fontsize=20)
    plt.savefig(os.path.join(r'C:\Users\Lenovo\Desktop\商業(yè)數(shù)據(jù)挖掘大作業(yè)\金融數(shù)據(jù)集圖片', '一階平滑圖' + num))
    plt.show()
    #一階平滑均方誤
    datasmooth1= SimpleExpSmoothing(data.iloc[:,0]).fit().fittedvalues
    from sklearn.metrics import mean_squared_error
    mse_1 = mean_squared_error(datasmooth1,data.iloc[:,0])
    print('一階平滑均方誤：',mse_1,file=wordfile)
    #二階平滑
    datasmooth2= ExponentialSmoothing(data.iloc[:,0], trend="add", seasonal=None).fit().fittedvalues
    datasmooth2_2 = ExponentialSmoothing(data.iloc[:,0], trend="mul", seasonal=None).fit().fittedvalues
    print('二階平滑結(jié)果(add）：\n',datasmooth2,file=wordfile)
    print('二階平滑結(jié)果（mul)：\n',datasmooth2_2,file=wordfile)
    plt.figure(figsize=(15,8))
    plt.title('二階平滑'+num,fontsize=40)
    plt.xticks(fontsize=20)
    plt.yticks(fontsize=20)
    plt.xlabel('日期',fontsize=35,color='blue')
    plt.ylabel('金融數(shù)據(jù)',fontsize=35,color='blue')
    datasmooth2.plot(color='green',linewidth=3.0,label='line_add')
    datasmooth2_2.plot(color='red',linewidth=3.0,label='line_mul')
    data.iloc[:,0].plot(color='black',linewidth=3.0,label='line_real')
    plt.legend(fontsize=20)
    plt.savefig(os.path.join(r'C:\Users\Lenovo\Desktop\商業(yè)數(shù)據(jù)挖掘大作業(yè)\金融數(shù)據(jù)集圖片', '二階平滑圖' + num))
    plt.show()
    #二階平滑均方誤
    datasmooth2= ExponentialSmoothing(data.iloc[:,0], trend="add", seasonal=None).fit().fittedvalues
    from sklearn.metrics import mean_squared_error
    mse_2 = mean_squared_error(datasmooth2,data.iloc[:,0])
    print('二階平滑均方誤：',mse_2,file=wordfile)
    #三階平滑
    datasmooth3 = ExponentialSmoothing(data.iloc[:,0], trend="add", seasonal="add", seasonal_periods=12).fit().fittedvalues
    datasmooth3_2 = ExponentialSmoothing(data.iloc[:,0], trend="mul", seasonal="mul", seasonal_periods=12).fit().fittedvalues
    print('三階平滑結(jié)果(add)：\n',datasmooth3,file=wordfile)
    print('三階平滑結(jié)果(mul)：\n',datasmooth3_2,file=wordfile)
    plt.figure(figsize=(15,8))
    plt.title('三階平滑'+num,fontsize=40)
    plt.xticks(fontsize=20)
    plt.yticks(fontsize=20)
    plt.xlabel('日期',fontsize=35,color='blue')
    plt.ylabel('金融數(shù)據(jù)',fontsize=35,color='blue')
    datasmooth3.plot(color='green',linewidth=3.0,label='line_add')
    datasmooth3_2.plot(color='red',linewidth=3.0,label='line_mul')
    data.iloc[:,0].plot(color='black',linewidth=3.0,label='line_real')
    plt.legend(fontsize=20)
    plt.savefig(os.path.join(r'C:\Users\Lenovo\Desktop\商業(yè)數(shù)據(jù)挖掘大作業(yè)\金融數(shù)據(jù)集圖片', '三階平滑圖' + num))
    plt.show()
    #三階平滑均方誤
    datasmooth3 = ExponentialSmoothing(data.iloc[:,0], trend="add", seasonal="add", seasonal_periods=12).fit().fittedvalues
    from sklearn.metrics import mean_squared_error
    mse_3 = mean_squared_error(datasmooth3,data.iloc[:,0])
    print('三階平滑均方誤：',mse_3,file=wordfile)
    #預測三階平滑模型數(shù)據(jù)
    model = ExponentialSmoothing(data.iloc[:,0], trend="add", seasonal="add", seasonal_periods=12).fit()
    pred = model.forecast(18)
    print('三階平滑預測結(jié)果數(shù)據(jù)：\n',pred,file=wordfile)
    #qq圖正態(tài)性檢驗
    resid=model.resid
    fig=plt.figure(figsize=(8,6))
    ax=fig.add_subplot(1,1,1)
    plt.xticks(fontsize=20)
    plt.yticks(fontsize=20)
    plt.xlabel('Theoretical Quantiles',fontsize=35,color='blue')
    plt.ylabel('Sample Quantiles',fontsize=35,color='blue')
    plt.title('正態(tài)性檢驗'+num,fontsize=20)
    fig=qqplot(resid,line='q',ax=ax,fit=True)
    plt.savefig(os.path.join(r'C:\Users\Lenovo\Desktop\商業(yè)數(shù)據(jù)挖掘大作業(yè)\金融數(shù)據(jù)集圖片', '正態(tài)性檢驗qq圖' + num))
    plt.show()
    #預測圖
    plt.figure(figsize=(15,8))
    plt.title('最終預測結(jié)果'+num,fontsize=40)
    plt.xticks(fontsize=20)
    plt.yticks(fontsize=20)
    plt.xlabel('日期',fontsize=35,color='blue')
    plt.ylabel('金融數(shù)據(jù)',fontsize=35,color='blue')
    pred.plot(color='red',linewidth=3.0,label='預測線')
    data.iloc[:,0].plot(color='black',linewidth=3.0,label='真實線')
    plt.legend(fontsize=20)
    plt.savefig(os.path.join(r'C:\Users\Lenovo\Desktop\商業(yè)數(shù)據(jù)挖掘大作業(yè)\金融數(shù)據(jù)集圖片', '預測數(shù)據(jù)圖' + num))
    plt.show()
    print('-------------','以上為',num,'年的數(shù)據(jù)','------------',file=wordfile)
 
if __name__=='__main__':
    wordfile = open(r'C:\Users\Lenovo\Desktop\商業(yè)數(shù)據(jù)挖掘大作業(yè)\數(shù)據(jù)輸出.docx', 'w')#打開一個word文檔，只有打開了才能寫入
    for num in datasets:
        timeda_3(num)
    wordfile.close()#寫完word文檔后要關(guān)閉，才能保存。
    print('運行完畢')