在 Python 中处理日期和时间有点麻烦。所幸&＃xff0c;Python 提供了一种内置的方式来简化这种操作&＃xff1a;Python 的 Datetime 模块。

datetime 可以帮助我们识别并处理与时间相关的元素&＃xff0c;如日期&＃xff0c;小时&＃xff0c;分钟&＃xff0c;秒&＃xff0c;星期&＃xff0c;月份&＃xff0c;年份等。它提供了诸如时区和夏令时等很多服务。还可以处理时间戳数据&＃xff0c;解析星期几&＃xff0c;每月几号&＃xff0c;以及从字符串格式化日期和时间等。

简而言之&＃xff0c;datetime 是 Python 中处理日期和时间的一大利器。我们现在来深入了解一下。

本节教程中&＃xff0c;我们将会学习很多 datetime 中很多详细的方法&＃xff0c;包括&＃xff1a;

• 创建日期对象 Date
• 从日期中获取年份和月份
• 从日期中获取每月几号和星期几
• 从日期中获取小时和分钟
• 从日期中获取一年中的第几周
• 日期对象转换成时间戳
• Unix 时间戳字符串转换成日期对象
• 处理时间差对象 timedelta
• 比较两个日期和时间之间的差值
• 日期格式化&＃xff1a;strftime() 和 strptime()
• 时区处理
• 使用 Pandas 中的 datetime 对象
• 获取年&＃xff0c;月&＃xff0c;日&＃xff0c;时&＃xff0c;分
• 获取星期几与一年中的第几天
• 转换日期对象为 DataFrame 索引

学习本教程时&＃xff0c;我们建议你在自己的机器上运行一下这些代码。

Python 的 datetime 类

在编写代码之前&＃xff0c;有必要先了解一下 datetime 模块中提供的五个主要的对象类。根据我们具体需要执行的操作&＃xff0c;我们可能需要使用其中的一个或多个类。

• datatime&＃xff1a;允许我们同时操作时间和日期(月&＃xff0c;日&＃xff0c;年&＃xff0c;时&＃xff0c;秒&＃xff0c;微秒)。
• date&＃xff1a;允许我们排除时间仅操作日期(月&＃xff0c;日&＃xff0c;年)
• time&＃xff1a;允许我们排除日期仅操作时间(时&＃xff0c;分&＃xff0c;秒&＃xff0c;微秒)
• timedelta&＃xff1a;一个用于操作日期以及测量的时间跨度
• tzinfo&＃xff1a;一个用于处理时区的抽象类

如果还是不太理解它们之间的区别&＃xff0c;也没关系。我们接下来就深入学习一下 datetime 的工作方式&＃xff0c;来更好地理解和使用它们。

创建 Date 对象

首先&＃xff0c;我们来仔细看看 datetime 对象。由于 datetime 既是模块名也是模块内的类名&＃xff0c;所以我们要从 datetime 模块内引用 datetime 类。

然后&＃xff0c;打印当前日期和时间来查看 datetime 对象中都包含什么。可以使用 datetime 类的 .now() 函数创建一个 datetime 对象&＃xff0c;然后打印这个对象&＃xff0c;之后再使用 type() 函数打印这个对象的类型。如此&＃xff0c;我们可以看到更详细的信息。

从上面的结果中&＃xff0c;我们可以看到 datetime_object 是 datetime 类的对象实例&＃xff0c;对象中包含了年&＃xff0c;月&＃xff0c;日&＃xff0c;时&＃xff0c;分&＃xff0c;秒&＃xff0c;以及毫秒。

从 Date 中提取年份和月份

我们现在已经理解了 datetime 对象的构成&＃xff0c;那么我们可以猜一下 date 和 time 对象是怎样的。因为我们已经知道 date 对象可以理解为 datetime 去掉了时间数据&＃xff0c;而 time 对象可以理解为 datetime 去掉了日期数据。

我们还可以解决很多问题。比如&＃xff0c;大多数数据集中&＃xff0c;日期和时间信息是以字符串格式存储的。另外&＃xff0c;我们可能不希望拿到所有的日期和时间数据&＃xff0c;当我们在做一些诸如月度销售分析的时候&＃xff0c;那么将信息分解到毫秒级别的用处并不大。

现在&＃xff0c;我们来聚焦于数据科学中的一项常见任务&＃xff1a;使用 datetime 从字符串中提取我们实际想要的元素。

为了实现这个目的&＃xff0c;我们还需要做一些其他的工作。

使用 strptime() 和 strftime() 处理日期和时间字符串

幸运的是&＃xff0c;datetime 提供了两个方法&＃xff0c;strptime() 和 strftime()&＃xff0c;可以在字符串与 datetime 对象之间互相转换。strptime() 可以读取字符串中的日期与时间信息并将其转换为 datetime 对象&＃xff0c;而 strftime 则是将 datetime 对象转换为字符串。

当然&＃xff0c;strptime() 并没有魔法&＃xff0c;它不能将任意字符串转换为日期和时间&＃xff0c;它需要一些人为地帮助&＃xff0c;来解释它究竟识别到了什么。但是它只能识别大多数常规的日期和时间字符串格式(详情请查阅文档)。我们现在给定一个日期格式字符串 "YYYY-MM-DD"&＃xff0c;来看看 strptime() 方法能做什么。

可以看到 strptime() 方法接收两个参数&＃xff1a;字符串 my_string 以及 "%Y-%m-%d"&＃xff0c;多出来的这个字符串告诉 strptime() 方法如何解释传入的字符串 my_string。比如&＃xff0c;"%Y" 表示期望从字符串的前四个字符中读取年份。

这篇文档中完整地列出了这些可匹配的模式&＃xff0c;我们将在教程后面的部分详细介绍这些方法。

你可能还注意到日期后面还跟着时间信息 00:00:00。这是因为我们创建了一个 datetime 对象&＃xff0c;必然会包含日期和时间。如果我们在输传入的字符串中没有指明时间&＃xff0c;将会用 00:00:00 作为默认时间。

先不论其他&＃xff0c;我们希望的是从日期中分离出特定的元素用于分析。一个办法是使用 datetime 对象内置的类属性&＃xff0c;如 .month 或 .year。

从 Date 获取每月的某天和一周的某天

我们现在来提取更多的信息&＃xff0c;这也确实是一个常见的任务。此时&＃xff0c;我们将尝试从 my_date 对象中获取月份中某一天以及年份中的某一天。通过 datetime 对象的 .weekday() 函数可以得到一个星期几的数字&＃xff0c;但是我们可以通过使用 calendar 模块中的 day_name 方法将其转化为文本格式(如&＃xff0c;Monday&＃xff0c;Tuesday&＃xff0c;Wednesday 等等)。

我们首先会导入 calendar&＃xff0c;之后会用到 my_date 对象的 .day 属性以及 .weekday() 方法。这样我们就可以获取到星期几的文本格式&＃xff1a;

先等一下&＃xff0c;这里看起来有一点奇怪。一周的第三天应该是 Wednesday 而不是 Thursday 啊。

我们这里使用一个循环来仔细看一下 day_name 变量中的信息&＃xff1a;

现在我们知道 Python 中星期是从 Monday 开始的&＃xff0c;其计数下标则是从 0 开始而不是从 1 开始。所以这就解释了我们上面看到的为什么数字 3 转换成了 "Thursday"。

从 Python 的 Datetime 对象中获取小时和分钟

我们现在来关注一下时间以及从 datetime 对象中提取小时和分钟。与上面我们处理月份和年份相似&＃xff0c;我们可以使用类属性 .hour 和 .minute 获取到一天中小时与分钟信息。

使用 .now() 函数来设置一个新的日期和时间。当写到这里的时候&＃xff0c;时间是 2019 年 10 月 25 日上午 10 点 25 分。当然&＃xff0c;根据你运行这段代码的时间&＃xff0c;结果可能与之不同。

从 Datetime 对象中获取一年中的星期数

我们还可以使用 datetime 做很多有趣的事。例如&＃xff0c;我们可能想知道现在是一年中的第几个星期。

使用 datetime 对象的 isocalendar 函数&＃xff0c;我们可以获取到年份&＃xff0c;一年中的星期数&＃xff0c;和一周中的第几天。

特别注意&＃xff0c;isocalendar 返回的是带有 ISO 年份&＃xff0c;星期数和工作日的元组。这个 ISO 日历是基于格里高利历的一种被广泛使用的标准日历。你可以点击链接了解更多详细信息。但是出于我们现在的目的&＃xff0c;我们只需要知道它是作为一种常规日历&＃xff0c;且每星期是从星期一开始的就可以了。

注意&＃xff0c;在 ISO 日历中&＃xff0c;每星期是从 1 开始计数的&＃xff0c;所以这里的 5 真正表示的是星期五&＃xff1a;Friday。

从上面我们可以看到当前是今天的第 43 个星期&＃xff0c;但是如果你只想获得这个数字&＃xff0c;可以像其他 Python 中的列表或元组一样&＃xff0c;使用下标索引的方式实现&＃xff1a;

将 Date 对象转换为 Unix 时间戳&＃xff0c;反之亦然

编程的时候&＃xff0c;会经常遇到使用时间戳格式存储的时间和日期&＃xff0c;或者希望以 Unix 时间戳格式存储你的数据。

我们可以使用 datetime 的内置函数 timestamp()&＃xff0c;他可以接收一个 datetime 对象作为参数并返回一个时间戳格式的日期和时间&＃xff1a;

与之相似&＃xff0c;我们可以使用 fromtimestamp() 执行与上面相反的操作。这是 datetime 类中提供的一个方法&＃xff0c;可以接收一个(浮点型格式的)时间戳作为参数&＃xff0c;并返回一个 datetime 对象&＃xff0c;像下面这样&＃xff1a;

使用 Timedelta 对象测量时间跨度

很多时候&＃xff0c;我们可能希望使用 Python 中的 datetime 来测量一段时间跨度&＃xff0c;或者一段持续的时间。这个可以使用 datetime 内置的 timedelta 类。一个 timedelta 对象可以表示两个日期或时间的差值。有了这个我们就可以测量时间跨度&＃xff0c;或者对日期及时间进行加减操作等。

将所有参数置为 0 即可创建一个默认的 timedelta 对象。现在我们来创建一个时间跨度为两周的 timedelta 对象&＃xff1a;

注意&＃xff0c;这里我们使用 timedelta 类的 .days 属性来获取以天为单位的持续时间。参照文档&＃xff0c;我们还可以获取以秒和毫秒为单位的持续时间。

现在创建另一个 timedelta 持续时间再练习一下&＃xff1a;

现在我们结合使用 datetime 对象和 timedelta 对象来做一些数学计算。比如说在当前日期和时间上加上一些不同的时间跨度&＃xff0c;来看看十五天后的日期&＃xff0c;或者是两周前是哪天。

为此&＃xff0c;我们可以使用运算符 &＃43; 或 - 来对 datetime 对象增加或减去 timedelta 对象实现。得到的结果是 datetime 加上或减去 timedelta 对象所代表的的时间跨度后的新时间。是不是很棒&＃xff1f;

(注意&＃xff1a;在下面的代码中&＃xff0c;时间是 10 月 25 日 11:12。这可能与你实际使用 .now() 函数得到的 datetime 对象有所不同。)

注意&＃xff0c;这里计算后输出的结果仍然是一个 datetime 对象。

比较两个日期和时间之间的差值

与上面的操作类似&＃xff0c;我们还可以使用 datetime 来为一个日期加上或减去另一个日期&＃xff0c;来得到一个时间跨度。

由于计算的结果是一个时间片&＃xff0c;当我们对一个日期对象减去另一个日期对象得到的就是一个 timedelta 对象。

这里&＃xff0c;我们创建了两个日期对象(注意&＃xff0c;它们与 datetime 对象相比&＃xff0c;除了不包含时间信息&＃xff0c;其他都是一样的)&＃xff0c;并且让其中一个减去另一个得到一个时间跨度。

上述代码&＃xff0c;我们为了简单起见仅使用了日期 date&＃xff0c;同样也可以使用 datetime 对象做同样的操作&＃xff0c;以获得包含小时&＃xff0c;分钟和秒的精确量度&＃xff1a;

格式化日期&＃xff1a;有关 strftime() 和 strptime() 的更多信息

我们先前已经简单地了解了 strftime() 和strptime() 对象&＃xff0c;现在来仔细看一下这些方法&＃xff0c;因为它们对于 Python 中处理数据分析通常比较重要。

我们已经使用过 strptime() 方法&＃xff0c;你可以将一个格式化后的日期和时间转换为一个 datetime 对象&＃xff0c;函数格式如下&＃xff1a;

注意这里有两个参数&＃xff1a;

• string&＃xff1a;格式化后待转化的字符串
• format&＃xff1a;指定时间字符串的格式&＃xff0c;以便 strptime() 可以正确解析

现在来试着转换一个其他类型的日期字符串。这个网站提供了很多非常有用的参考说明&＃xff0c;有助于 strptime() 识别我们输入的字符串&＃xff1a;

现在来做一些更高级的操作&＃xff0c;验证一下目前所学。以一个格式化后的字符串开始&＃xff0c;将其转换为 datetime 对象&＃xff0c;并且看看不同的格式化方式(dd/mm 和 mm/dd)得到的结果。

然后&＃xff0c;基于 mm/dd 的格式&＃xff0c;我们将其转换为 Unix 时间戳。之后转回 datetime 对象&＃xff0c;再使用几种不同的 strftime 模式将转换后的字符串输出&＃xff1a;

这里有一张图片&＃xff0c;可以保存在你常用的备忘录中&＃xff0c;里面是常用的 strftime() 和 strptime() 模式&＃xff1a;

现在使用上面的模式做一些简单的实践&＃xff1a;

处理时区

在 Python 中&＃xff0c;如果涉及时区的话&＃xff0c;处理日期和实践就会变得很复杂。幸好&＃xff0c;pytz 模块的存在为我们提供了跨时区转换的能力&＃xff0c;它还可以在使用夏令时的地区处理夏令时。

我们可以通过 localize 函数为 Python 中的 datetime 对象加上一个时区信息。然后可以用 astimezone() 将一个已有时区转换为另一个指定的时区(这个函数接收一个我们期望转换的时区作为参数)。

有了这个模块&＃xff0c;我们在处理包含多个不同时区的数据集会变得简单很多。

处理 pandas 中的 Datetime 对象

数据科学家热衷于 pandas 有很多原因。其中之一是它包含了多种用于处理时间序列数据的功能。拿 datetime 自身来说&＃xff0c;pandas 中就有 datetime 和 timedelta 对象分别表示日期和时间以及时间片。

我们将日期&＃xff0c;时间和时间片字符串通过以下函数转换为 pandas 中的 datetime 对象。

• to_datetime() &＃xff1a;将日期字符串转换为 Python 中的 datetime对象。
• to_timedelta() &＃xff1a;找出以天&＃xff0c;小时&＃xff0c;分钟或秒为单位的时间差值。

可以预见&＃xff0c;这些函数都很善长将字符串转换为 Python 中的 datetime 对象&＃xff0c;而且可以自动识别它们的格式&＃xff0c;而不需要我们定义 strftime 模式。

来看一个实际的例子&＃xff1a;

注意&＃xff0c;即使我们在字符串中带有一些复杂的元素&＃xff0c;如 "th" 和 "sep" 而不是指明 "Sep." 或 "September"&＃xff0c;pandas 也可以正确的解析该字符串并返回格式化后的日期。

我们还可以通过 pandas(以及一些与之相关的 numpy 的功能) 自动创建一段范围内的 pandas 对象序列。比如下面这样&＃xff0c;我们从上面定义的日期开始&＃xff0c;创建了一系列十二个日期。然后又用 pd.date_range() 函数创建了另外一系列日期&＃xff1a;

使用 pandas 获取年&＃xff0c;月&＃xff0c;日&＃xff0c;时&＃xff0c;分

对 pandas 的 DataFrame 中每一列使用 dt 属性&＃xff0c;我们能够轻易地从日期中获取年&＃xff0c;月&＃xff0c;日&＃xff0c;时&＃xff0c;或分。比如&＃xff0c;我们可以使用 df[&＃39;date&＃39;].dt.year 从一个包含完整日期信息的 pandas 数据列中单独解析出年份。

为了方便理解&＃xff0c;我们利用上面已经创建的一个序列快速实现一个 DateFrame&＃xff1a;

现在使用 Python 中 datetime(通过 dt) 相关的属性为日期的每个元素创建一个单独的列&＃xff1a;

获取星期几和一年中的某天

Pandas 还可以从 datetime 对象中获取其他的一些元素&＃xff0c;比如说星期几和一年中的某一天。这些同样可以用 dt 属性来实现。这里注意一点&＃xff0c;Python 中通常每周从周一开始&＃xff0c;而下表是 0 &＃xff0c;所以星期的数字 5 表示周六。

将 Date 对象转换成 DateFrame 索引

我们还可以在 pandas 中将一个 datetime 的列写入 DateFrame 的索引中。这对于处理一些数据可视化的任务很有用&＃xff0c;matplotlib 可以识别出 DateFrame 的索引列是一个时间序列&＃xff0c;然后绘制相应的数据。

为了实现这一点&＃xff0c;我们需要重新定义 df.index &＃xff1a;

总结

本教程中&＃xff0c;我们深入讨论了 Python 中的 datetime&＃xff0c;并且还学习了 pandas 及其 calendar 模块的一些知识。我们已经介绍了很多东西&＃xff0c;不过要记住&＃xff1a;最好的学习方式是亲自动手写代码。