Python 字符串转 DateTime：如何将字符串转换为 DateTime 对象

在 Python 中，字符串是一种常见的数据类型，常用于表示日期和时间。但作为数据科学家和工程师，我们经常需要将这些字符串转换为 datetime 对象，以便执行排序、比较等各类操作。

将字符串转换为 datetime 对象可能有些棘手，尤其对 Python 新手而言。因此，在本文中，我将带您一步步掌握这些方法的用法，并在过程中提供代码示例。无论您是经验丰富的开发者，还是刚刚起步的学习者，让我们一起走进 Python 中的 datetime 世界！

若想轻松运行本教程的所有示例代码，您可以免费创建一个 DataLab 工作簿，其中已预装 Python 并包含所有代码示例。想进一步练习如何将字符串转换为 datetime 对象，请查看这道 DataCamp 实战练习。

要点速览

使用 datetime.strptime(date_string, format) 在 Python 中将字符串转换为 datetime 对象。若无需格式字符串的更灵活解析，使用 dateutil.parser.parse()。对于 DataFrame，pd.to_datetime() 可高效处理整列数据。关键格式代码：%Y（四位年份）、%m（月份）、%d（日期）、%H（小时）、%M（分钟）、%S（秒）。

Python datetime 模块简介

datetime 模块是 Python 内置 的模块，适用于所有使用 Python 构建的应用中需要处理日期、时间或时间间隔的场景。它提供了便捷的类与方法来表示和操作日期时间数据。

表 1：datetime 模块中的类与方法概览

让我们了解该模块下的主要类，后续我们将把数据转换为这些 datetime 对象：

1. datetime.date

该类表示日期（年、月、日），并提供了处理日期的方法，例如计算两个日期的差、将日期格式化为字符串等。

假设我们有一个包含公司每日股价的数据集。我们可以使用 date 类从数据集中提取日期，并绘制股价随时间的变化。

以下是一个展示 date 类用法的代码片段：

from datetime import date

# create a date object representing March 1, 2023
start_date = date(2023, 3, 1)

# extract information such as the year, month, and day
year = start_date.year
month = start_date.month
day = start_date.day

# get the day of the week (Note: Monday is coded as 0, and Sunday as 6)
weekday = start_date.weekday()

# the date can be formatted as a string if needed
date_str = start_date.strftime('%Y-%m-%d')

2. datetime.time

该类表示一天中的时间（时、分、秒、微秒），并提供了处理时间的方法，例如比较时间、将时间格式化为字符串等。

比如我们有一个包含比赛完赛时间的数据集；我们可以使用 time 类提取每位参赛者的完赛小时和分钟。

from datetime import time

# create a time object with the microsecond granularity
end_time = time(15, 45, 30, 500000)

# get the hour and minute
hour = end_time.hour
minute = end_time.minute
second = end_time.second
microsecond = end_time.microsecond

3. datetime.datetime

该类同时表示日期与时间，并提供处理两者的方法。它结合了 date 与 time 类的功能。

它常用于包含高时间分辨率（如按小时或分钟）的时间序列数据分析任务。假设我们有一个包含某城市每小时用电需求的数据集。我们可以使用 datetime 类从数据集中提取日期与时间，并绘制用电需求随时间的变化。关于此类数据的可视化，请参阅我们的Matplotlib 时间序列折线图教程。

from datetime import datetime

# create a datetime object representing March 1, 2023 at 9:30 AM
start_datetime = datetime(2023, 3, 1, 9, 30)

# get the year, month, day, hour, and minute
year = start_datetime.year
month = start_datetime.month
day = start_datetime.day
hour = start_datetime.hour
minute = start_datetime.minute

4. datetime.timedelta

该类表示一段时长或时间间隔，并提供处理时间间隔的方法，例如对日期或时间加减时间间隔。

假设我们有一个包含一组事件起止时间的数据集，想要计算所有事件的总时长。我们可以使用 timedelta 类计算每个事件的持续时间并将其求和。

from datetime import timedelta

# create a timedelta object representing 3 hours and 15 minutes
event_duration = timedelta(hours=3, minutes=15)

# get the total duration in seconds
event_duration_seconds = event_duration.total_seconds()

# add the duration to a start time to get an end time
event_start_time = datetime(2023, 3, 1, 18, 15)
event_end_time = event_start_time + event_duration

在上述所有案例中，我们都使用了 datetime 对象，但现实世界中的数据往往以字符串形式存在。将其转换为 datetime 对象，才能解锁上述在数据科学分析与应用中非常强大的功能。

使用 datetime.strptime() 进行日期时间转换

在 Python 中，我们可以使用 datetime.strptime() 方法将字符串转换为 datetime 对象。strptime() 方法接受两个参数：要转换的字符串，以及用于指定输入字符串格式的格式字符串。

格式字符串由一组格式化代码组合而成，用以表示日期与时间的各个组成部分。 以下是一些最常用的格式代码（在Python 字符串格式化中也有类似概念）：

表 2：常用日期时间格式化代码

理解了这些 strptime 指令后，将字符串转换为 datetime 对象的流程就更简单了。

• 步骤 01：分析要转换的日期时间字符串，找出与格式代码匹配的模式。
• 步骤 02：根据 strptime() 指令构建日期时间格式字符串。
• 步骤 03：将字符串与格式传入函数，得到对象作为输出。

让我们把这些步骤付诸实践。

将特定格式的字符串转换为 datetime 对象

from datetime import datetime

# Example with the standard date and time format
date_str = '2023-02-28 14:30:00'
date_format = '%Y-%m-%d %H:%M:%S'

date_obj = datetime.strptime(date_str, date_format)
print(date_obj)

# Example with a different format

date_str = '02/28/2023 02:30 PM'
date_format = '%m/%d/%Y %I:%M %p'

date_obj = datetime.strptime(date_str, date_format)
print(date_obj)

在第一个示例中，字符串采用 “YYYY-MM-DD HH:MM:SS” 格式；第二个示例使用另一种 “MM/DD/YYYY HH:MM AM/PM” 格式。

两种情况下，我们都需要将正确的格式字符串作为 strptime() 的第二个参数，才能得到正确的 datetime 对象。

将包含时区信息的字符串转换为 datetime 对象

from datetime import datetime

date_str = '2023-02-28 14:30:00+05:30'
date_format = '%Y-%m-%d %H:%M:%S%z'

date_obj = datetime.strptime(date_str, date_format)
print(date_obj)

此示例中的字符串包含时区信息，格式为 “YYYY-MM-DD HH:MM:SS+TZOFFSET”，其中 TZOFFSET 表示相对于 UTC 的时区偏移（小时与分钟）。我们将格式字符串作为 strptime() 的第二个参数，并包含 %z 格式代码以解析时区偏移。

尽管理论上上述函数看起来很简单，但在实践中，当出现问题时也可能令人挫败。

使用 dateutil 在不提供格式字符串的情况下解析日期

另一个灵活的选项是 dateutil 库，尤其是 parser.parse() 函数。它会自动检测日期格式，使您无需指定格式字符串即可解析字符串。

from dateutil.parser import parse

# Automatically infers the format
date_obj = parse("March 1, 2023 9:30 AM")
print(date_obj)

当需要处理不可预测或不一致的日期格式时，这种方法尤为有用。

处理时区

对于具备时区感知的 datetime 处理，Python 提供了两个常用选项：

• pytz（广泛使用，并兼容较旧版本）

• zoneinfo（Python 3.9 引入，属标准库）

from datetime import datetime
from zoneinfo import ZoneInfo

# Using zoneinfo
dt = datetime(2023, 3, 1, 9, 30, tzinfo=ZoneInfo("America/New_York"))
print(dt)

# Using pytz (alternative)
import pytz
tz = pytz.timezone("America/New_York")
dt_pytz = tz.localize(datetime(2023, 3, 1, 9, 30))
print(dt_pytz)

这些工具可为您设置时区、在不同时区间转换，并自动考虑夏令时。

夏令时注意事项

在处理具备时区感知的 datetime 时，夏令时（DST）可能带来复杂性——尤其在时钟向前或向后调整时。

当您分配了合适的时区时，zoneinfo 与 pytz 等库会自动处理 DST 的切换：

from datetime import datetime
from zoneinfo import ZoneInfo

# Before and after DST starts
before_dst = datetime(2023, 3, 12, 1, 30, tzinfo=ZoneInfo("America/New_York"))
after_dst = datetime(2023, 3, 12, 3, 30, tzinfo=ZoneInfo("America/New_York"))

print(before_dst)
print(after_dst)

这样可以确保 datetime 计算在 DST 变化期间仍然准确。

使用 pandas 进行日期时间转换

尽管 Python 自带的 datetime 模块功能强大，许多数据科学家更倾向于使用 pandas 库进行日期时间转换，因为它简单易用，并且可借助DataFrame高效处理整列日期。

import pandas as pd

# Converting a column of strings to datetime objects
date_series = pd.to_datetime(['2023-02-28', '2023-03-01', '2023-03-02'])
print(date_series)

Pandas 会自动推断格式并优雅地处理常见不一致性，因此在处理表格数据时是首选。更多内容参见我们的pandas 数据准备指南。

使用 strftime() 将 datetime 对象格式化为字符串

当您已将字符串转换为 datetime 对象并完成所需操作后，可能需要再将其转换回字符串。您可以使用 datetime.strftime() 来实现。

from datetime import datetime

now = datetime.now()
formatted = now.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
print(formatted)

此方法让您能够完全掌控 datetime 对象以字符串形式的呈现方式。

常见 strptime() 错误排查

以下是您可能遇到的一些常见错误及其修复方法。更多关于Python 异常处理的内容，请参见我们的专门教程：

ValueError: time data 'date_string' does not match format '%Y-%m-%d %H:%M:%S'

最常见的错误发生在输入字符串与格式字符串不匹配时。请仔细检查输入字符串与格式字符串是否完全一致。

import datetime

# When using 4-digit year format but input has 2-digit year
date_str = '23-03-01'
date_obj = datetime.datetime.strptime(date_str, '%Y-%m-%d')  # Wrong: %Y expects 4 digits
# Raises ValueError: time data '23-03-01' does not match format '%Y-%m-%d'

# When format doesn't match separator in string
time_str = '08:30:00'
time_obj = datetime.datetime.strptime(time_str, '%H-%M-%S')  # Wrong: using - instead of :
# Raises ValueError: time data '08:30:00' does not match format '%H-%M-%S'

TypeError: strptime() argument 1 must be str, not 'int'

另一个常见错误是在调用 datetime.strptime() 或 time.strptime() 时传入了整数而非字符串。请确保传入函数的所有值都是字符串。

# Example 1: Integer instead of string
date_int = 20230301
date_obj = datetime.datetime.strptime(date_int, '%Y%m%d')
# Raises TypeError: strptime() argument 1 must be str, not int

# Example 2: List instead of string
date_list = [2023, 3, 1]
date_obj = datetime.datetime.strptime(date_list, '%Y-%m-%d')
# Raises TypeError: strptime() argument 1 must be str, not list

ValueError: unconverted data remains: ':00'

当输入字符串中存在未被格式字符串匹配的剩余字符时，会出现此错误。比如，如果格式字符串只指定了年、月、日，而输入字符串还包含了时间信息，就会报错。要调试此错误，请确保格式字符串覆盖整个输入字符串。

# when input string contains time of day
date_str = '2023-03-01 12:30:00'
date_obj = datetime.datetime.strptime(date_str, '%Y-%m-%d')
# Raises ValueError: unconverted data remains:  12:30:00

# When input string contains extra characters
date_str = '2023-03-01T00:00:00Z'
date_obj = datetime.datetime.strptime(date_str, '%Y-%m-%d')
# Raises ValueError: unconverted data remains: T00:00:00Z

结语

可以肯定的是，datetime.strptime() 方法为在 Python 中将字符串转换为 datetime 对象提供了灵活而强大的途径，并能处理多种日期时间格式。不妨收藏我们的日期与时间速查表以备后用。

理解日期与时间之后，下一步是在项目中加以练习。我们建议您选择以下之一来巩固所学：

• Financial Forecasting in Python
• Intermediate Python for Finance

我们同意，真实世界中的日期和时间数据很复杂，但您所需要做的，就是理解数据中各类日期时间背后的格式与模式，并善用手边的库。