在 Python 中處理日期和時間有點麻煩。所幸，Python 提供了一種內(nèi)置的方式來簡化這種操作：Python 的 Datetime 模塊。

datetime 可以幫助我們識別并處理與時間相關(guān)的元素，如日期，小時，分鐘，秒，星期，月份，年份等。它提供了諸如時區(qū)和夏令時等很多服務(wù)。還可以處理時間戳數(shù)據(jù)，解析星期幾，每月幾號，以及從字符串格式化日期和時間等。

簡而言之，datetime 是 Python 中處理日期和時間的一大利器。我們現(xiàn)在來深入了解一下。

本節(jié)教程中，我們將會學(xué)習(xí)很多 datetime 中很多詳細(xì)的方法，包括：

• 創(chuàng)建日期對象 Date

• 從日期中獲取年份和月份

• 從日期中獲取每月幾號和星期幾

• 從日期中獲取小時和分鐘

• 從日期中獲取一年中的第幾周

• 日期對象轉(zhuǎn)換成時間戳

• Unix 時間戳字符串轉(zhuǎn)換成日期對象

• 處理時間差對象 timedelta

• 比較兩個日期和時間之間的差值

• 日期格式化：strftime() 和 strptime()

• 時區(qū)處理

• 使用 Pandas 中的 datetime 對象

1. 獲取年，月，日，時，分

2. 獲取星期幾與一年中的第幾天

3. 轉(zhuǎn)換日期對象為 DataFrame 索引

學(xué)習(xí)本教程時，我們建議你在自己的機(jī)器上運(yùn)行一下這些代碼。

Python 的 datetime 類

在編寫代碼之前，有必要先了解一下 datetime 模塊中提供的五個主要的對象類。根據(jù)我們具體需要執(zhí)行的操作，我們可能需要使用其中的一個或多個類。

• datatime：允許我們同時操作時間和日期（月，日，年，時，秒，微秒）。

• date：允許我們排除時間僅操作日期（月，日，年）

• time：允許我們排除日期僅操作時間（時，分，秒，微秒）

• timedelta：一個用于操作日期以及測量的時間跨度

• tzinfo：一個用于處理時區(qū)的抽象類

如果還是不太理解它們之間的區(qū)別，也沒關(guān)系。我們接下來就深入學(xué)習(xí)一下 datetime 的工作方式，來更好地理解和使用它們。

創(chuàng)建 Date 對象

首先，我們來仔細(xì)看看 datetime 對象。由于 datetime 既是模塊名也是模塊內(nèi)的類名，所以我們要從 datetime模塊內(nèi)引用 datetime 類。

然后，打印當(dāng)前日期和時間來查看 datetime 對象中都包含什么?？梢允褂?datetime 類的 .now() 函數(shù)創(chuàng)建一個 datetime 對象，然后打印這個對象，之后再使用 type() 函數(shù)打印這個對象的類型。如此，我們可以看到更詳細(xì)的信息。

從上面的結(jié)果中，我們可以看到 datetime_object 是 datetime 類的對象實例，對象中包含了年，月，日，時，分，秒，以及毫秒。

從 Date 中提取年份和月份

我們現(xiàn)在已經(jīng)理解了 datetime 對象的構(gòu)成，那么我們可以猜一下 date 和 time 對象是怎樣的。因為我們已經(jīng)知道 date 對象可以理解為 datetime 去掉了時間數(shù)據(jù)，而 time 對象可以理解為 datetime 去掉了日期數(shù)據(jù)。

我們還可以解決很多問題。比如，大多數(shù)數(shù)據(jù)集中，日期和時間信息是以字符串格式存儲的。另外，我們可能不希望拿到所有的日期和時間數(shù)據(jù)，當(dāng)我們在做一些諸如月度銷售分析的時候，那么將信息分解到毫秒級別的用處并不大。

現(xiàn)在，我們來聚焦于數(shù)據(jù)科學(xué)中的一項常見任務(wù)：使用 datetime 從字符串中提取我們實際想要的元素。

為了實現(xiàn)這個目的，我們還需要做一些其他的工作。

使用 strptime() 和 strftime() 處理日期和時間字符串

幸運(yùn)的是，datetime 提供了兩個方法，strptime() 和 strftime()，可以在字符串與 datetime 對象之間互相轉(zhuǎn)換。strptime() 可以讀取字符串中的日期與時間信息并將其轉(zhuǎn)換為 datetime 對象，而 strftime 則是將 datetime 對象轉(zhuǎn)換為字符串。

當(dāng)然，strptime() 并沒有魔法，它不能將任意字符串轉(zhuǎn)換為日期和時間，它需要一些人為地幫助，來解釋它究竟識別到了什么。但是它只能識別大多數(shù)常規(guī)的日期和時間字符串格式（詳情請查閱文檔）。我們現(xiàn)在給定一個日期格式字符串 'YYYY-MM-DD'，來看看 strptime() 方法能做什么。

可以看到 strptime() 方法接收兩個參數(shù)：字符串 my_string 以及 '%Y-%m-%d'，多出來的這個字符串告訴 strptime() 方法如何解釋傳入的字符串 my_string。比如，'%Y' 表示期望從字符串的前四個字符中讀取年份。

這篇文檔中完整地列出了這些可匹配的模式，我們將在教程后面的部分詳細(xì)介紹這些方法。

你可能還注意到日期后面還跟著時間信息 00:00:00。這是因為我們創(chuàng)建了一個 datetime 對象，必然會包含日期和時間。如果我們在輸傳入的字符串中沒有指明時間，將會用 00:00:00 作為默認(rèn)時間。

>>> 今日簽到口令：9nad <<<

先不論其他，我們希望的是從日期中分離出特定的元素用于分析。一個辦法是使用 datetime 對象內(nèi)置的類屬性，如 .month 或 .year。

從 Date 獲取每月的某天和一周的某天

我們現(xiàn)在來提取更多的信息，這也確實是一個常見的任務(wù)。此時，我們將嘗試從 my_date 對象中獲取月份中某一天以及年份中的某一天。通過 datetime 對象的 .weekday() 函數(shù)可以得到一個星期幾的數(shù)字，但是我們可以通過使用 calendar 模塊中的 day_name 方法將其轉(zhuǎn)化為文本格式（如，Monday，Tuesday，Wednesday 等等）。

我們首先會導(dǎo)入 calendar，之后會用到 my_date 對象的 .day 屬性以及 .weekday() 方法。這樣我們就可以獲取到星期幾的文本格式：

先等一下，這里看起來有一點奇怪。一周的第三天應(yīng)該是 Wednesday 而不是 Thursday 啊。

我們這里使用一個循環(huán)來仔細(xì)看一下 day_name 變量中的信息：

現(xiàn)在我們知道 Python 中星期是從 Monday 開始的，其計數(shù)下標(biāo)則是從 0 開始而不是從 1 開始。所以這就解釋了我們上面看到的為什么數(shù)字 3 轉(zhuǎn)換成了 'Thursday'。

從 Python 的 Datetime 對象中獲取小時和分鐘

我們現(xiàn)在來關(guān)注一下時間以及從 datetime 對象中提取小時和分鐘。與上面我們處理月份和年份相似，我們可以使用類屬性 .hour 和 .minute 獲取到一天中小時與分鐘信息。

使用 .now() 函數(shù)來設(shè)置一個新的日期和時間。當(dāng)寫到這里的時候，時間是 2019 年 10 月 25 日上午 10 點 25 分。當(dāng)然，根據(jù)你運(yùn)行這段代碼的時間，結(jié)果可能與之不同。

從 Datetime 對象中獲取一年中的星期數(shù)

我們還可以使用 datetime 做很多有趣的事。例如，我們可能想知道現(xiàn)在是一年中的第幾個星期。

使用 datetime 對象的 isocalendar 函數(shù)，我們可以獲取到年份，一年中的星期數(shù)，和一周中的第幾天。

特別注意，isocalendar 返回的是帶有 ISO 年份，星期數(shù)和工作日的元組。這個 ISO 日歷是基于格里高利歷的一種被廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)日歷。你可以點擊鏈接了解更多詳細(xì)信息。但是出于我們現(xiàn)在的目的，我們只需要知道它是作為一種常規(guī)日歷，且每星期是從星期一開始的就可以了。

注意，在 ISO 日歷中，每星期是從 1 開始計數(shù)的，所以這里的 5 真正表示的是星期五：Friday。

從上面我們可以看到當(dāng)前是今天的第 43 個星期，但是如果你只想獲得這個數(shù)字，可以像其他 Python 中的列表或元組一樣，使用下標(biāo)索引的方式實現(xiàn)：

將 Date 對象轉(zhuǎn)換為 Unix 時間戳，反之亦然

編程的時候，會經(jīng)常遇到使用時間戳格式存儲的時間和日期，或者希望以 Unix 時間戳格式存儲你的數(shù)據(jù)。

我們可以使用 datetime 的內(nèi)置函數(shù) timestamp()，他可以接收一個 datetime 對象作為參數(shù)并返回一個時間戳格式的日期和時間：

與之相似，我們可以使用 fromtimestamp() 執(zhí)行與上面相反的操作。這是 datetime 類中提供的一個方法，可以接收一個（浮點型格式的）時間戳作為參數(shù)，并返回一個 datetime 對象，像下面這樣：

使用 Timedelta 對象測量時間跨度

很多時候，我們可能希望使用 Python 中的 datetime 來測量一段時間跨度，或者一段持續(xù)的時間。這個可以使用 datetime 內(nèi)置的 timedelta 類。一個 timedelta 對象可以表示兩個日期或時間的差值。有了這個我們就可以測量時間跨度，或者對日期及時間進(jìn)行加減操作等。

將所有參數(shù)置為 0 即可創(chuàng)建一個默認(rèn)的 timedelta 對象?，F(xiàn)在我們來創(chuàng)建一個時間跨度為兩周的 timedelta 對象：

注意，這里我們使用 timedelta 類的 .days 屬性來獲取以天為單位的持續(xù)時間。參照文檔，我們還可以獲取以秒和毫秒為單位的持續(xù)時間。

現(xiàn)在創(chuàng)建另一個 timedelta 持續(xù)時間再練習(xí)一下：

現(xiàn)在我們結(jié)合使用 datetime 對象和 timedelta 對象來做一些數(shù)學(xué)計算。比如說在當(dāng)前日期和時間上加上一些不同的時間跨度，來看看十五天后的日期，或者是兩周前是哪天。

為此，我們可以使用運(yùn)算符 + 或 - 來對 datetime 對象增加或減去 timedelta 對象實現(xiàn)。得到的結(jié)果是 datetime 加上或減去 timedelta 對象所代表的的時間跨度后的新時間。是不是很棒？

（注意：在下面的代碼中，時間是 10 月 25 日 11:12。這可能與你實際使用 .now() 函數(shù)得到的 datetime 對象有所不同。）

注意，這里計算后輸出的結(jié)果仍然是一個 datetime 對象。

比較兩個日期和時間之間的差值

與上面的操作類似，我們還可以使用 datetime 來為一個日期加上或減去另一個日期，來得到一個時間跨度。

由于計算的結(jié)果是一個時間片，當(dāng)我們對一個日期對象減去另一個日期對象得到的就是一個 timedelta 對象。

這里，我們創(chuàng)建了兩個日期對象（注意，它們與 datetime 對象相比，除了不包含時間信息，其他都是一樣的），并且讓其中一個減去另一個得到一個時間跨度。

上述代碼，我們?yōu)榱撕唵纹鹨妰H使用了日期 date，同樣也可以使用 datetime 對象做同樣的操作，以獲得包含小時，分鐘和秒的精確量度：

格式化日期：有關(guān) strftime() 和 strptime() 的更多信息

我們先前已經(jīng)簡單地了解了 strftime() 和strptime() 對象，現(xiàn)在來仔細(xì)看一下這些方法，因為它們對于 Python 中處理數(shù)據(jù)分析通常比較重要。

我們已經(jīng)使用過 strptime() 方法，你可以將一個格式化后的日期和時間轉(zhuǎn)換為一個 datetime 對象，函數(shù)格式如下：

注意這里有兩個參數(shù)：

• string：格式化后待轉(zhuǎn)化的字符串

• format：指定時間字符串的格式，以便 strptime() 可以正確解析

現(xiàn)在來試著轉(zhuǎn)換一個其他類型的日期字符串。這個網(wǎng)站提供了很多非常有用的參考說明，有助于 strptime() 識別我們輸入的字符串：

現(xiàn)在來做一些更高級的操作，驗證一下目前所學(xué)。以一個格式化后的字符串開始，將其轉(zhuǎn)換為 datetime 對象，并且看看不同的格式化方式（dd/mm 和 mm/dd）得到的結(jié)果。

然后，基于 mm/dd 的格式，我們將其轉(zhuǎn)換為 Unix 時間戳。之后轉(zhuǎn)回 datetime 對象，再使用幾種不同的 strftime 模式將轉(zhuǎn)換后的字符串輸出：

這里有一張圖片，可以保存在你常用的備忘錄中，里面是常用的 strftime() 和 strptime() 模式：

現(xiàn)在使用上面的模式做一些簡單的實踐：

處理時區(qū)

在 Python 中，如果涉及時區(qū)的話，處理日期和實踐就會變得很復(fù)雜。幸好，pytz 模塊的存在為我們提供了跨時區(qū)轉(zhuǎn)換的能力，它還可以在使用夏令時的地區(qū)處理夏令時。

我們可以通過 localize 函數(shù)為 Python 中的 datetime 對象加上一個時區(qū)信息。然后可以用 astimezone() 將一個已有時區(qū)轉(zhuǎn)換為另一個指定的時區(qū)（這個函數(shù)接收一個我們期望轉(zhuǎn)換的時區(qū)作為參數(shù)）。

有了這個模塊，我們在處理包含多個不同時區(qū)的數(shù)據(jù)集會變得簡單很多。

處理 pandas 中的 Datetime 對象

數(shù)據(jù)科學(xué)家熱衷于 pandas 有很多原因。其中之一是它包含了多種用于處理時間序列數(shù)據(jù)的功能。拿 datetime 自身來說，pandas 中就有 datetime 和 timedelta 對象分別表示日期和時間以及時間片。

我們將日期，時間和時間片字符串通過以下函數(shù)轉(zhuǎn)換為 pandas 中的 datetime 對象。

• to_datetime() ：將日期字符串轉(zhuǎn)換為 Python 中的 datetime對象。

• to_timedelta() ：找出以天，小時，分鐘或秒為單位的時間差值。

可以預(yù)見，這些函數(shù)都很善長將字符串轉(zhuǎn)換為 Python 中的 datetime 對象，而且可以自動識別它們的格式，而不需要我們定義 strftime 模式。

來看一個實際的例子：

注意，即使我們在字符串中帶有一些復(fù)雜的元素，如 'th' 和 'sep' 而不是指明 'Sep.' 或 'September'，pandas 也可以正確的解析該字符串并返回格式化后的日期。

我們還可以通過 pandas（以及一些與之相關(guān)的 numpy 的功能） 自動創(chuàng)建一段范圍內(nèi)的 pandas 對象序列。比如下面這樣，我們從上面定義的日期開始，創(chuàng)建了一系列十二個日期。然后又用 pd.date_range() 函數(shù)創(chuàng)建了另外一系列日期：

使用 pandas 獲取年，月，日，時，分

對 pandas 的 DataFrame 中每一列使用 dt 屬性，我們能夠輕易地從日期中獲取年，月，日，時，或分。比如，我們可以使用 df['date'].dt.year 從一個包含完整日期信息的 pandas 數(shù)據(jù)列中單獨解析出年份。

為了方便理解，我們利用上面已經(jīng)創(chuàng)建的一個序列快速實現(xiàn)一個 DateFrame：

現(xiàn)在使用 Python 中 datetime（通過 dt） 相關(guān)的屬性為日期的每個元素創(chuàng)建一個單獨的列：

獲取星期幾和一年中的某天

Pandas 還可以從 datetime 對象中獲取其他的一些元素，比如說星期幾和一年中的某一天。這些同樣可以用 dt屬性來實現(xiàn)。這里注意一點，Python 中通常每周從周一開始，而下表是 0 ，所以星期的數(shù)字 5 表示周六。

將 Date 對象轉(zhuǎn)換成 DateFrame 索引

我們還可以在 pandas 中將一個 datetime 的列寫入 DateFrame 的索引中。這對于處理一些數(shù)據(jù)可視化的任務(wù)很有用，matplotlib 可以識別出 DateFrame 的索引列是一個時間序列，然后繪制相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

為了實現(xiàn)這一點，我們需要重新定義 df.index ：

總結(jié)

本教程中，我們深入討論了 Python 中的 datetime，并且還學(xué)習(xí)了 pandas 及其 calendar 模塊的一些知識。我們已經(jīng)介紹了很多東西，不過要記住：最好的學(xué)習(xí)方式是親自動手寫代碼。

英文原文：https://www./blog/python-datetime-tutorial/ 
譯者：居老師的龍尾巴