[論文レビュー] zoo: S3 Infrastructure for Regular and Irregular Time Series

Achim Zeileis, Gabor Grothendieck|ArXiv.org|May 25, 2005

Time Series Analysis and Forecasting参考文献 2被引用数 150

ひとこと要約

この論文は、正規および不規則な時系列を含む完全順序付きインデックス付き観測値を扱うためのS3クラスであるRパッケージ'zoo'を紹介する。これは、ベースRおよび'ts'クラスとシームレスに統合される、インデックスに依存しない柔軟なフレームワークを提供し、NAの取り扱い、型変換、および他の時系列クラスとの相互運用性をサポートすることで、時系列タイプ間で一貫した操作を可能にする。

ABSTRACT

zoo is an R package providing an S3 class with methods for indexed totally ordered observations, such as discrete irregular time series. Its key design goals are independence of a particular index/time/date class and consistency with base R and the "ts" class for regular time series. This paper describes how these are achieved within zoo and provides several illustrations of the available methods for "zoo" objects which include plotting, merging and binding, several mathematical operations, extracting and replacing data and index, coercion and NA handling. A subclass "zooreg" embeds regular time series into the "zoo" framework and thus bridges the gap between regular and irregular time series classes in R.

研究の動機と目的

• Rに不規則な時系列用のネイティブで汎用的なクラスが不足していたことに対処する。これは、かつて特定の時系列クラスに束縛された特別なパッケージに依存していた。
• 特定のインデックスクラス（例：POSIXct、yearmon）に依存しない、時系列インfra構造を設計することで、さまざまなデータタイプに広く適用可能にする。
• 標準的な汎用メソッドを実装することで、ベースRおよび'ts'クラスと一貫性を持たせ、ユーザーの学習コストを低減する。
• 'zooreg'サブクラスと'zoo'、'ts'、'its'、'irts'、'timeSeries'クラス間のシームレスな型変換を通じて、正規時系列と不規則時系列の間のギャップを埋める。
• 他のパッケージが'zoo'を時系列処理の基盤として利用できるように、拡張性を提供する。

提案手法

• 'zoo'クラスは、観測値の完全順序を定義するインデックスベクトルとデータベクトルまたは行列を組み合わせる'zoo()'コンストラクタによって作成される。
• パッケージは、数値、文字列、日時、またはカスタム型の任意のインデックスタイプをサポートしており、'POSIXct'や'yearmon'などの特定の時系列クラスに依存しない。
• 'zooreg'サブクラスは、'frequency'属性を追加することで'zoo'を拡張し、'ts'クラスとの互換性を実現する正規時系列を表す。
• プロット、マージ、結合、数学的演算、NAの取り扱いなどの標準的な汎用メソッドを実装し、'ts'クラスと類似した直感的な操作を可能にする。
• 'as.irts()'、'as.ts()'、'as.yearqtr()'などの型変換関数により、'zoo'と他の時系列クラス間の変換が最小限のデータ損失で可能になる。
• 'yearmon'インデックスのための特別なメソッドが含まれており、四半期単位の集計や'Date'または'POSIXct'形式への変換が可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Rにおいて、特定の時系列クラスに束縛されず、正規および不規則な時系列を両方サポートする汎用的な時系列インfraストラクチャをどのように設計できるか？
• RQ2 'zoo'と'ts'、'its'、'irts'、'timeSeries'などの既存の時系列クラスとの間で、どのようにシームレスな相互運用性を実現できるか？
• RQ3 プロット、マージ、要約などの標準R汎用メソッドを、'zoo'オブジェクトに対して一貫して実装することで、ユーザー体験を直感的に保つにはどうすればよいか？
• RQ4 'yearmon'や'POSIXct'または'Date'への変換を含む、柔軟なインデックス取り扱いを可能にするメカニズムは何か？
• RQ5 'zoo'フレームワークが、後方互換性と拡張性を維持しながら、上位レベルの時系列パッケージの構築基盤としてどのように機能できるか？

主な発見

• 'zoo'パッケージは、正規および不規則な時系列を一貫したメソッドインターフェースでサポートする、完全順序付き観測値の統合S3クラスを成功裏に提供している。
• 'zooreg'サブクラスにより、'ts'クラスとの完全な互換性が実現され、正規時系列が'zoo'フレームワーク内に埋め込まれ、シームレスな変換と操作が可能になっている。
• 'zoo'と他の時系列クラス（例：'ts'、'its'、'irts'、'timeSeries'）との間の型変換は、損失がなく、効率的であり、パッケージ間でのデータ交換を容易にする。
• パッケージは柔軟なインデックスタイプをサポートしており、'yearmon'を含め、人間が読みやすい出力や四半期・月単位の集計が可能である。
• 'aggregate(zr3, as.yearqtr, mean)'のようなメソッドにより、月次データを四半期単位の要約に簡単に集計でき、コード量を最小限に抑えられる。
• 'zoo'オブジェクトを'POSIXct'または'Date'形式に変換するのは簡単で、月の初日および末日を指定する慣習に対応しており、時系列分析における使いやすさが向上する。