如何将时间序列图表X轴日期标准化为参考日期的相对值

需求说明 #

处理时间序列数据时，将所有日期转换为相对于指定参考日期的相对标识（如t-2表示比参考日期早2天，t2表示晚2天），便于突出前后对比效果。

解决步骤及代码实现 #

基于你提供的随机时间序列数据，可通过以下步骤实现日期标准化：

1. 定义参考日期并统一格式
   确保参考日期与数据中的日期类型一致，避免计算误差；
2. 计算日期差值
   用每个日期减去参考日期，提取天数维度的差值；
3. 生成相对日期标识
   根据天数差值生成tX格式的字符串，负数直接保留负号。

完整代码如下：

import numpy as np
import pandas as pd
from datetime import date, timedelta
import matplotlib.pyplot as plt

# 生成原始时间序列数据
np.random.seed(0); randnums = np.random.randint(1,101,31)
sdate = date(2023,3,1)   # 起始日期
edate = date(2023,4,1)   # 结束日期
datelist = list(pd.date_range(sdate,edate-timedelta(days=1),freq='d'))
df = pd.DataFrame(zip(datelist,randnums),columns=['date','data'])

# 日期标准化核心逻辑
ref_date = pd.to_datetime('2023-03-15')  # 指定参考日期
# 计算每个日期与参考日期的天数差
df['days_diff'] = (df['date'] - ref_date).dt.days
# 生成相对日期标识
df['relative_date'] = df['days_diff'].apply(lambda x: f't{x}')

# 绘制带相对日期的对比图表
plt.subplots(figsize=(12, 6))
plt.plot(df['relative_date'], df['data'])
plt.xticks(rotation=45)  # 旋转x轴标签避免重叠
plt.xlabel('相对参考日期')
plt.ylabel('数据值')
plt.title('时间序列数据（以2023-03-15为参考点）')
plt.tight_layout()
plt.show()

关键代码解释 #

• (df['date'] - ref_date).dt.days：利用pandas的datetime运算特性，直接计算两个日期的天数差，正数表示日期晚于参考点，负数表示早于参考点；
• lambda x: f't{x}'：通过字符串格式化将天数差转为目标格式，例如天数差为2时生成t2，差为-2时生成t-2。

如果需要将参考日期当天明确标识为t0，可以微调lambda表达式：

df['relative_date'] = df['days_diff'].apply(lambda x: 't0' if x == 0 else f't{x}')

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user2679611