利用 pytz 与 datetuil 或标准库 datetime.timezone 对象，pandas 能以多种方式处理不同时区的时间戳。
处理时区
Pandas 对象默认不支持时区信息：
In [407]: rng = pd.date_range('3/6/2012 00:00', periods=15, freq='D')
In [408]: rng.tz is None
Out[408]: True
用 date_range()、Timestamp 、DatetimeIndex 的 tz_localize 方法或 tz 关键字参数，可以为这些日期加上本地时区，即，把指定时区分配给不带时区的日期。还可以传递 pytz 、 dateutil 时区对象或奥尔森时区数据库字符串。奥尔森时区字符串默认返回 pytz 时区对象。要返回 dateutil 时区对象，在字符串前加上 datetuil/。
用
from pytz import common_timezones, all_timezones在pytz里查找通用时区。dateutil使用操作系统时区，没有固定的列表，其通用时区名与pytz相同。
In [409]: import dateutil
# pytz
In [410]: rng_pytz = pd.date_range('3/6/2012 00:00', periods=3, freq='D',
.....: tz='Europe/London')
.....:
In [411]: rng_pytz.tz
Out[411]:
# dateutil
In [412]: rng_dateutil = pd.date_range('3/6/2012 00:00', periods=3, freq='D')
In [413]: rng_dateutil = rng_dateutil.tz_localize('dateutil/Europe/London')
In [414]: rng_dateutil.tz
Out[414]: tzfile('/usr/share/zoneinfo/Europe/London')
# dateutil - utc special case
In [415]: rng_utc = pd.date_range('3/6/2012 00:00', periods=3, freq='D',
.....: tz=dateutil.tz.tzutc())
.....:
In [416]: rng_utc.tz
Out[416]: tzutc()
0.25.0 版新增。
# datetime.timezone
In [417]: rng_utc = pd.date_range('3/6/2012 00:00', periods=3, freq='D',
.....: tz=datetime.timezone.utc)
.....:
In [418]: rng_utc.tz
Out[418]: datetime.timezone.utc
注意， dateutil 的 UTC 时区是个特例，要显式地创建 dateutil.tz.tzutc 实例。可以先创建其它时区对象。
In [419]: import pytz
# pytz
In [420]: tz_pytz = pytz.timezone('Europe/London')
In [421]: rng_pytz = pd.date_range('3/6/2012 00:00', periods=3, freq='D')
In [422]: rng_pytz = rng_pytz.tz_localize(tz_pytz)
In [423]: rng_pytz.tz == tz_pytz
Out[423]: True
# dateutil
In [424]: tz_dateutil = dateutil.tz.gettz('Europe/London')
In [425]: rng_dateutil = pd.date_range('3/6/2012 00:00', periods=3, freq='D',
.....: tz=tz_dateutil)
.....:
In [426]: rng_dateutil.tz == tz_dateutil
Out[426]: True
不同时区之间转换带时区的 pandas 对象时，用 tz_convert 方法。
In [427]: rng_pytz.tz_convert('US/Eastern')
Out[427]:
DatetimeIndex(['2012-03-05 19:00:00-05:00', '2012-03-06 19:00:00-05:00',
'2012-03-07 19:00:00-05:00'],
dtype='datetime64[ns, US/Eastern]', freq='D')
注意：使用
pytz时区时，对于相同的输入时区，DatetimeIndex会构建一个与Timestamp不同的时区对象。DatetimeIndex具有一组Timestamp对象，UTC 偏移量也不同，不能用一个pytz时区实例简洁地表示，Timestamp则可以用来指定 UTC 偏移量表示一个时点。
In [428]: dti = pd.date_range('2019-01-01', periods=3, freq='D', tz='US/Pacific')
In [429]: dti.tz
Out[429]:
In [430]: ts = pd.Timestamp('2019-01-01', tz='US/Pacific')
In [431]: ts.tz
Out[431]:
警告：注意不同支持库之间的转换。一些时区，
pytz与datetuil对时区的定义不一样。与US/Eastern等“标准”时区相比，那些更少见的时区的问题更严重。
警告：注意不同版本时区支持库对时区的定义并不一致。在处理本地存储数据时使用一种版本的支持库，在运算时使用另一种版本的支持库，可能会引起问题。参阅本文了解如何处理这种问题。
警告：对于
pytz时区，直接把时区对象传递给datetime.datetime构建器是不对的，如，datetime.datetime(2011, 1, 1, tz=pytz.timezone('US/Eastern'))。反之，datetime 要在pytz时区对象上使用localize方法。
在后台，所有 Timestamp 都存储为 UTC。含时区信息的 DatetimeIndex 或 Timestamp 的值有其自己的本地化时区字段（日、小时、分钟等）。不过，对于不同时区时间戳，如果其 UTC 值相同，将被视作是相等的时间。
In [432]: rng_eastern = rng_utc.tz_convert('US/Eastern')
In [433]: rng_berlin = rng_utc.tz_convert('Europe/Berlin')
In [434]: rng_eastern[2]
Out[434]: Timestamp('2012-03-07 19:00:00-0500', tz='US/Eastern', freq='D')
In [435]: rng_berlin[2]
Out[435]: Timestamp('2012-03-08 01:00:00+0100', tz='Europe/Berlin', freq='D')
In [436]: rng_eastern[2] == rng_berlin[2]
Out[436]: True
不同时区 Series 之间的操作生成的是与 UTC 时间戳数据对齐的 UTC Series。
In [437]: ts_utc = pd.Series(range(3), pd.date_range('20130101', periods=3, tz='UTC'))
In [438]: eastern = ts_utc.tz_convert('US/Eastern')
In [439]: berlin = ts_utc.tz_convert('Europe/Berlin')
In [440]: result = eastern + berlin
In [441]: result
Out[441]:
2013-01-01 00:00:00+00:00 0
2013-01-02 00:00:00+00:00 2
2013-01-03 00:00:00+00:00 4
Freq: D, dtype: int64
In [442]: result.index
Out[442]:
DatetimeIndex(['2013-01-01 00:00:00+00:00', '2013-01-02 00:00:00+00:00',
'2013-01-03 00:00:00+00:00'],
dtype='datetime64[ns, UTC]', freq='D')
用 tz_localize(None) 或 tz_convert(None) 去掉时区信息。tz_localize(None) 去掉带本地时间表示的时区信息。tz_convert(None)先把时间戳转为 UTC 时间，再去掉时区信息。
In [443]: didx = pd.date_range(start='2014-08-01 09:00', freq='H',
.....: periods=3, tz='US/Eastern')
.....:
In [444]: didx
Out[444]:
DatetimeIndex(['2014-08-01 09:00:00-04:00', '2014-08-01 10:00:00-04:00',
'2014-08-01 11:00:00-04:00'],
dtype='datetime64[ns, US/Eastern]', freq='H')
In [445]: didx.tz_localize(None)
Out[445]:
DatetimeIndex(['2014-08-01 09:00:00', '2014-08-01 10:00:00',
'2014-08-01 11:00:00'],
dtype='datetime64[ns]', freq='H')
In [446]: didx.tz_convert(None)
Out[446]:
DatetimeIndex(['2014-08-01 13:00:00', '2014-08-01 14:00:00',
'2014-08-01 15:00:00'],
dtype='datetime64[ns]', freq='H')
# tz_convert(None) 等同于 tz_convert('UTC').tz_localize(None)
In [447]: didx.tz_convert('UTC').tz_localize(None)
Out[447]:
DatetimeIndex(['2014-08-01 13:00:00', '2014-08-01 14:00:00',
'2014-08-01 15:00:00'],
dtype='datetime64[ns]', freq='H')
本地化导致的混淆时间
tz_localize 不能决定时间戳的 UTC偏移量，因为本地时区的夏时制（DST）会引起一些时间在一天内出现两次的问题（“时钟回调”）。下面的选项是有效的：
-
raise：默认触发pytz.AmbiguousTimeError -
infer：依据时间戳的单一性，尝试推断正确的偏移量 -
NaT：用NaT替换混淆时间 -
bool：True代表夏时制（DST）时间，False代表正常时间。数组型的bool值支持一组时间序列。
In [448]: rng_hourly = pd.DatetimeIndex(['11/06/2011 00:00', '11/06/2011 01:00',
.....: '11/06/2011 01:00', '11/06/2011 02:00'])
.....:
这种操作会引起混淆时间失败错误（ '11/06/2011 01:00'）。
In [2]: rng_hourly.tz_localize('US/Eastern')
AmbiguousTimeError: Cannot infer dst time from Timestamp('2011-11-06 01:00:00'), try using the 'ambiguous' argument
用下列指定的关键字控制混淆时间。
In [449]: rng_hourly.tz_localize('US/Eastern', ambiguous='infer')
Out[449]:
DatetimeIndex(['2011-11-06 00:00:00-04:00', '2011-11-06 01:00:00-04:00',
'2011-11-06 01:00:00-05:00', '2011-11-06 02:00:00-05:00'],
dtype='datetime64[ns, US/Eastern]', freq=None)
In [450]: rng_hourly.tz_localize('US/Eastern', ambiguous='NaT')
Out[450]:
DatetimeIndex(['2011-11-06 00:00:00-04:00', 'NaT', 'NaT',
'2011-11-06 02:00:00-05:00'],
dtype='datetime64[ns, US/Eastern]', freq=None)
In [451]: rng_hourly.tz_localize('US/Eastern', ambiguous=[True, True, False, False])
Out[451]:
DatetimeIndex(['2011-11-06 00:00:00-04:00', '2011-11-06 01:00:00-04:00',
'2011-11-06 01:00:00-05:00', '2011-11-06 02:00:00-05:00'],
dtype='datetime64[ns, US/Eastern]', freq=None)
本地化时不存在的时间
夏时制转换会移位本地时间一个小时，这样会创建一个不存在的本地时间（“时钟春季前滚”）。这种本地化操作会导致时间序列出现不存在的时间，此问题可以用 nonexistent 参数解决。下列都是有效的选项：
-
raise：默认触发pytz.NonExistentTimeError -
NaT：用NaT替换不存在的时间 -
shift_forward：把不存在的时间前移至最近的真实时间 -
shift_backward：把不存在的时间后滚至最近的真实时间 -
Timedelta对象：用timedelta移位不存在的时间
In [452]: dti = pd.date_range(start='2015-03-29 02:30:00', periods=3, freq='H')
# 2:30 是不存在的时间
对不存在的时间进行本地化操作默认会触发错误。
In [2]: dti.tz_localize('Europe/Warsaw')
NonExistentTimeError: 2015-03-29 02:30:00
把不存在的时间转换为 NaT 或移位时间
In [453]: dti
Out[453]:
DatetimeIndex(['2015-03-29 02:30:00', '2015-03-29 03:30:00',
'2015-03-29 04:30:00'],
dtype='datetime64[ns]', freq='H')
In [454]: dti.tz_localize('Europe/Warsaw', nonexistent='shift_forward')
Out[454]:
DatetimeIndex(['2015-03-29 03:00:00+02:00', '2015-03-29 03:30:00+02:00',
'2015-03-29 04:30:00+02:00'],
dtype='datetime64[ns, Europe/Warsaw]', freq='H')
In [455]: dti.tz_localize('Europe/Warsaw', nonexistent='shift_backward')
Out[455]:
DatetimeIndex(['2015-03-29 01:59:59.999999999+01:00',
'2015-03-29 03:30:00+02:00',
'2015-03-29 04:30:00+02:00'],
dtype='datetime64[ns, Europe/Warsaw]', freq='H')
In [456]: dti.tz_localize('Europe/Warsaw', nonexistent=pd.Timedelta(1, unit='H'))
Out[456]:
DatetimeIndex(['2015-03-29 03:30:00+02:00', '2015-03-29 03:30:00+02:00',
'2015-03-29 04:30:00+02:00'],
dtype='datetime64[ns, Europe/Warsaw]', freq='H')
In [457]: dti.tz_localize('Europe/Warsaw', nonexistent='NaT')
Out[457]:
DatetimeIndex(['NaT', '2015-03-29 03:30:00+02:00',
'2015-03-29 04:30:00+02:00'],
dtype='datetime64[ns, Europe/Warsaw]', freq='H')
时区序列操作
无时区 Series 值的数据类型是 datetime64[ns]。
In [458]: s_naive = pd.Series(pd.date_range('20130101', periods=3))
In [459]: s_naive
Out[459]:
0 2013-01-01
1 2013-01-02
2 2013-01-03
dtype: datetime64[ns]
有时区 Series 值的数据类型是 datetime64[ns, tz]，tz 指的是时区。
In [460]: s_aware = pd.Series(pd.date_range('20130101', periods=3, tz='US/Eastern'))
In [461]: s_aware
Out[461]:
0 2013-01-01 00:00:00-05:00
1 2013-01-02 00:00:00-05:00
2 2013-01-03 00:00:00-05:00
dtype: datetime64[ns, US/Eastern]
这两种 Series 的时区信息都可以用 .dt 访问器操控，参阅 dt 访问器。
例如，本地化与把无时区时间戳转换为有时区时间戳。
In [462]: s_naive.dt.tz_localize('UTC').dt.tz_convert('US/Eastern')
Out[462]:
0 2012-12-31 19:00:00-05:00
1 2013-01-01 19:00:00-05:00
2 2013-01-02 19:00:00-05:00
dtype: datetime64[ns, US/Eastern]
时区信息还可以用 astype 操控。这种方法可以本地化并转换无时区时间戳或转换有时区时间戳。
# 本地化，并把无时区转换为有时区
In [463]: s_naive.astype('datetime64[ns, US/Eastern]')
Out[463]:
0 2012-12-31 19:00:00-05:00
1 2013-01-01 19:00:00-05:00
2 2013-01-02 19:00:00-05:00
dtype: datetime64[ns, US/Eastern]
# 把有时区变为无时区
In [464]: s_aware.astype('datetime64[ns]')
Out[464]:
0 2013-01-01 05:00:00
1 2013-01-02 05:00:00
2 2013-01-03 05:00:00
dtype: datetime64[ns]
# 转换为新的时区
In [465]: s_aware.astype('datetime64[ns, CET]')
Out[465]:
0 2013-01-01 06:00:00+01:00
1 2013-01-02 06:00:00+01:00
2 2013-01-03 06:00:00+01:00
dtype: datetime64[ns, CET]
注意：在
Series上应用Series.to_numpy()，返回数据的 NumPy 数组。虽然 NumPy 可以输出本地时区！但其实它当前并不支持时区，因此，有时区时间戳数据返回的是时间戳对象数组：
In [466]: s_naive.to_numpy()
Out[466]:
array(['2013-01-01T00:00:00.000000000', '2013-01-02T00:00:00.000000000',
'2013-01-03T00:00:00.000000000'], dtype='datetime64[ns]')
In [467]: s_aware.to_numpy()
Out[467]:
array([Timestamp('2013-01-01 00:00:00-0500', tz='US/Eastern', freq='D'),
Timestamp('2013-01-02 00:00:00-0500', tz='US/Eastern', freq='D'),
Timestamp('2013-01-03 00:00:00-0500', tz='US/Eastern', freq='D')],
dtype=object)
通过转换时间戳数组，保留时区信息。例如，转换回 Series 时：
In [468]: pd.Series(s_aware.to_numpy())
Out[468]:
0 2013-01-01 00:00:00-05:00
1 2013-01-02 00:00:00-05:00
2 2013-01-03 00:00:00-05:00
dtype: datetime64[ns, US/Eastern]
如果需要 NumPy datetime64[ns] 数组（带已转为 UTC 的值）而不是对象数组，可以指定 dtype 参数：
In [469]: s_aware.to_numpy(dtype='datetime64[ns]')
Out[469]:
array(['2013-01-01T05:00:00.000000000', '2013-01-02T05:00:00.000000000',
'2013-01-03T05:00:00.000000000'], dtype='datetime64[ns]')
Pandas 时间序列 1 - 纵览与时间戳
Pandas 时间序列 2 - 日期时间索引
Pandas 时间序列 3 - DateOffset 对象
Pandas 时间序列 4 - 实例方法与重采样
Pandas 时间序列 5 - 时间跨度表示