如何在Matplotlib中绘制日期与时间散点图并正确设置刻度

问题原因 #

你两次报错的根源如下：

• 第一次报错是因为matplotlib的散点图接口默认需要数值型输入，不能直接识别datetime.time类型的y值
• 第二次报错是因为matplotlib.dates.date2num方法仅支持传入包含完整日期+时间的datetime.datetime对象，单独的datetime.time没有日期上下文，无法完成转换
  另外注意不要用dict作为变量名，这是Python内置的关键字，会覆盖原有功能。

完整可运行实现代码 #

import datetime
from matplotlib import pyplot as plt
import matplotlib.dates as mdates
from matplotlib.ticker import FuncFormatter

# 原始数据，修改变量名避免关键字冲突
time_records = {
    datetime.date(2021, 11, 1): [datetime.time(7, 43, 23)],
    datetime.date(2021, 11, 8): [datetime.time(6, 4, 45),
                                 datetime.time(6, 3, 36),
                                 datetime.time(5, 56, 26)],
    datetime.date(2021, 11, 12): [datetime.time(8, 5, 11),
                                  datetime.time(5, 44, 45),
                                  datetime.time(5, 24, 14),
                                  datetime.time(4, 56, 5)]
}

fig, ax = plt.subplots()

# 处理数据并绘制散点
for date, time_list in time_records.items():
    # x轴转成matplotlib识别的日期数值
    x = [mdates.date2num(date)] * len(time_list)
    # y轴将时间转成当日0点以来的总秒数，也可以除以3600转成小时数
    y = [t.hour * 3600 + t.minute * 60 + t.second for t in time_list]
    ax.scatter(x, y)

# ------------------- 刻度自定义设置 -------------------
# x轴设置：按年-月-日格式显示
ax.xaxis.set_major_formatter(mdates.DateFormatter('%Y-%m-%d'))
# x轴刻度自动旋转避免文字重叠
fig.autofmt_xdate()

# y轴设置：将总秒数转回时分秒格式显示
def format_y_tick(sec, _):
    hour = int(sec // 3600)
    minute = int((sec % 3600) // 60)
    second = int(sec % 60)
    return f"{hour:02d}:{minute:02d}:{second:02d}"
ax.yaxis.set_major_formatter(FuncFormatter(format_y_tick))
# 可选：根据数据范围设置y轴区间为0点到9点
ax.set_ylim(0, 9*3600)

plt.tight_layout()
plt.show()

问题解答 #

1. Matplotlib处理datetime对象的方法 #

• 对于完整的datetime.datetime类型、datetime.date类型，可以直接用matplotlib.dates.date2num()方法转成matplotlib内部使用的浮点型日期数值，大部分绘图接口也支持直接传入这两类datetime对象作为x轴数据，无需手动转换。
• 对于单独的datetime.time类型，需要先做数值转换：要么转成当天0点以来的总秒数/总小时数，要么给它拼接一个固定的虚拟日期转成完整的datetime对象再处理。

2. datetime相关的刻度设置方法 #

• 日期类刻度：用matplotlib.dates模块下的DateFormatter指定显示格式，常见格式符：%Y四位年、%m两位月、%d两位日、%H两位小时、%M两位分钟、%S两位秒；还可以配合DayLocator、HourLocator等类自定义刻度的生成间隔。
• 自定义数值转时间的刻度：用matplotlib.ticker.FuncFormatter自定义转换函数，把你转成的数值（比如总秒数）再转成可读的时间字符串显示即可。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user136555