diff --git a/_toc.yml b/_toc.yml index cceb3f61b..7cd6136c1 100644 --- a/_toc.yml +++ b/_toc.yml @@ -42,6 +42,8 @@ sections: - file: core/cartopy/01_Cartopy_Intro - file: core/datetime + sections: + - file: core/datetime/datetime - file: core/pandas sections: - file: core/pandas/pandas_fullNotebook diff --git a/core/datetime.md b/core/datetime.md index 55ffdd1ff..a121da735 100644 --- a/core/datetime.md +++ b/core/datetime.md @@ -4,4 +4,11 @@ This content is under construction! ``` -This section will contain tutorials on dealing with times and calendars in scientific Python, including use of the [datetime](https://docs.python.org/3/library/datetime.html) library. +This section contains tutorials on dealing with times and calendars in scientific Python, beginning with use of the [datetime](https://docs.python.org/3/library/datetime.html) standard library. + +When this chapter is fully built out, it will include a comprehensive guide to different time libraries and when/where to use them, including + +- [Numpy `datetime64`](https://numpy.org/doc/stable/reference/arrays.datetime.html) for efficient vectorized datetime operations +- [cftime library](https://unidata.github.io/cftime/) for dealing with non-standard calendars + +These will be cross-referenced with tutorials on dealing with timeseries data in [Pandas](pandas) and [Xarray](xarray). diff --git a/core/datetime/datetime.ipynb b/core/datetime/datetime.ipynb new file mode 100644 index 000000000..be7c45f90 --- /dev/null +++ b/core/datetime/datetime.ipynb @@ -0,0 +1,649 @@ +{ + "cells": [ + { + "cell_type": "markdown", + "metadata": {}, + "source": [ + "# Times and dates in Python" + ] + }, + { + "cell_type": "markdown", + "metadata": {}, + "source": [ + "---" + ] + }, + { + "cell_type": "markdown", + "metadata": {}, + "source": [ + "## Overview\n", + "\n", + "Time is an essential component of nearly all geoscience data. Timescales span orders of magnitude from microseconds for lightning, hours for a supercell thunderstorm, days for a global weather model, millenia and beyond for the earth's climate. To properly analyze geoscience data, you must have a firm understanding of how to handle time in Python. \n", + "\n", + "In this notebook, we will:\n", + "\n", + "1. Introduce the [time](https://docs.python.org/3/library/time.html) and [datetime](https://docs.python.org/3/library/datetime.html) modules from the Python Standard Library\n", + "1. Take a brief aside into Object-Oriented programming and Python classes\n", + "1. Look at formatted input and output of dates and times\n", + "1. See how we can do simple arithmetic on date/time data, making use of the `timedelta` object\n", + "1. Briefly make use of the [pytz](https://pypi.org/project/pytz/) module to handle some thorny time zone issues in Python." + ] + }, + { + "cell_type": "markdown", + "metadata": {}, + "source": [ + "## Prerequisites\n", + "\n", + "Label the importance of each concept explicitly as **helpful/necessary**.\n", + "\n", + "| Concepts | Importance | Notes |\n", + "| --- | --- | --- |\n", + "| Basic Python string formatting | Helpful | Try this [Real Python string formatting tutorial](https://realpython.com/python-string-formatting/) |\n", + "\n", + "- **Experience level**: **beginner**\n", + "- **Time to learn**: **medium**" + ] + }, + { + "cell_type": "markdown", + "metadata": {}, + "source": [ + "---" + ] + }, + { + "cell_type": "markdown", + "metadata": {}, + "source": [ + "## Imports" + ] + }, + { + "cell_type": "code", + "execution_count": null, + "metadata": {}, + "outputs": [], + "source": [ + "# Python Standard Library packages\n", + "# We'll discuss below WHY we alias the packages this way\n", + "import datetime as dt\n", + "import math\n", + "import time as tm\n", + "\n", + "# Third-party package for time zone handling, we'll discuss below!\n", + "import pytz" + ] + }, + { + "cell_type": "markdown", + "metadata": {}, + "source": [ + "## `Time` Versus `Datetime` modules \n", + "\n", + "### Some core terminology\n", + "\n", + "Python comes with [time](https://docs.python.org/3/library/time.html) and [datetime](https://docs.python.org/3/library/datetime.html) modules as part of the Standard Library included with every Python installation. Unfortunately, Python can be initially disorienting because of the heavily overlapping terminology concerning dates and times:\n", + "\n", + "- `datetime` **module** has a `datetime` **class**\n", + "- `datetime` **module** has a `time` **class**\n", + "- `datetime` **module** has a `date` **class**\n", + "- `time` **module** has a `time` function which returns (almost always) [Unix time](#What-is-Unix-Time?)\n", + "- `datetime` **class** has a `date` method which returns a `date` object\n", + "- `datetime` **class** has a `time` method which returns a `time` object\n", + "\n", + "This confusion can be partially alleviated by aliasing our imported modules, we did above:\n", + "\n", + "```\n", + "import datetime as dt\n", + "import time as tm\n", + "```\n", + "\n", + "We can now reference the `datetime` module (aliased to `dt`) and `datetime` object unambiguously." + ] + }, + { + "cell_type": "code", + "execution_count": null, + "metadata": {}, + "outputs": [], + "source": [ + "pisecond = dt.datetime(2021, 3, 14, 15, 9, 26)\n", + "print(pisecond)" + ] + }, + { + "cell_type": "markdown", + "metadata": {}, + "source": [ + "Our variable `pisecond` now stores a particular date and time, which just happens to be $\\pi$-day 2021 down to the nearest second (3.1415926...)" + ] + }, + { + "cell_type": "code", + "execution_count": null, + "metadata": {}, + "outputs": [], + "source": [ + "now = tm.time()\n", + "print(now)" + ] + }, + { + "cell_type": "markdown", + "metadata": {}, + "source": [ + "The variable `now` holds the current time in seconds since January 1, 1970 00:00 [UTC](#What-is-UTC?) (see [What is Unix Time](#What-is-Unix-Time?) below)." + ] + }, + { + "cell_type": "markdown", + "metadata": {}, + "source": [ + "### `time` module\n", + "\n", + "The `time` module is well-suited for measuring [Unix time](#What-is-Unix-Time?). For example, when you are calculating how long it takes a Python function to run (so-called \"benchmarking\"), you can employ the `time()` function from the `time` module to obtain Unix time before and after the function completes and take the difference of those two times." + ] + }, + { + "cell_type": "code", + "execution_count": null, + "metadata": {}, + "outputs": [], + "source": [ + "start = tm.time()\n", + "tm.sleep(1) # The sleep function will stop the program for n seconds\n", + "end = tm.time()\n", + "diff = end - start\n", + "print(f\"The benchmark took {diff} seconds\")" + ] + }, + { + "cell_type": "markdown", + "metadata": {}, + "source": [ + "
Info
\n", + " For more accurate benchmarking, see the timeit module.\n", + "from pythia_datasets import DATASETS. The DATASETS.fetch() method will automatically download and cache our example data file enso_data.csv locally.\n",
+ "| \n", - " | datetime | \n", - "Nino12 | \n", - "Nino12anom | \n", - "Nino3 | \n", - "Nino3anom | \n", - "Nino4 | \n", - "Nino4anom | \n", - "Nino34 | \n", - "Nino34anom | \n", - "
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