Способ кодирования и вычисления даты с использованием упрощенного формата в цифровых устройствах

Способ кодирования и вычисления даты с использованием упрощенного формата в цифровых устройствах

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Предлагаемое изобретение относится к вычислительной технике и, в частности, к способам кодирования и преобразования даты для хранения и использования в цифровых устройствах: компьютерах, терминалах и пр.

Уровень техники

В современных цифровых устройствах для хранения и использования даты и времени применяются различные внутренние форматы данных. Для преобразования из внутреннего формата во внешний и наоборот требуется проведение ряда вычислений и операций кодирования/декодирования.

Так, известен способ кодирования и преобразования даты в программном обеспечении (ПО) SQL Server 2005 и SQL Server 2012 компании Microsoft [1, 2]. Для хранения даты и времени отводится два 4-байтовых целых числа (всего используется 8 байт). Первые 4 байта используются для хранения собственно даты и содержат количество дней до или после даты отсчета, в качестве которой выбрано 1 января 1900 года (для типа данных datetime; вторые 4 байта содержат текущее значение времени, представленного в виде трехсотых долей секунды, прошедших после полуночи). Используется также хранение даты и времени с меньшей точностью. В этом варианте даты хранятся в виде 2-байтового целого числа, представляющего количество дней, прошедших с 1 января 1900 года (для типа данных smalldatetime; в двух следующих байтах хранится количество минут, прошедших после полуночи).

Таким образом, дата может храниться в виде целого числа и минимально занимать 2 байта (16 бит).

Для прямого преобразования даты по григорианскому календарю в содержимое ячейки памяти может использоваться следующий алгоритм [3]:

a=(М-14)div 12,

y=Y+4800-а,

m=M+12×а-3,

J=D+(153×m+2)div 5+365×y+y div 4-y div 100+y div 400-32075,

где a, y, m - промежуточные переменные целого типа;

М - месяц года, от 1 (январь) до 12 (декабрь);

D - день месяца, от 1 до 31;

Y - год григорианского календаря.

После этого для получения N из полученного значения J (номер юлианского дня для исходной даты) вычитают константу J0, которая зависит от стартовой даты и является номером юлианского дня для стартовой даты. Однако для обратного преобразования целого числа N в дату используется еще большее количество преобразований и вычислений, сначала получают номер юлианского дня J, прибавляя константу J0, далее вычисляют

j=J+32044,

g=j div 146097,

dg=j mod 146097,

c=(dg div 36524+1)×3 div 4,

dc=dg-с×36524,

b=dc div 1461,

db=dc mod 1461,

a=(db div 365+1)×3 div 4,

da=db-a×365,

y=g×400+с×100+b×4+a,

m=(da×5+308)div 153-2,

d=da-(m+4)×153 div 5+122,

Y=y-4800+(m+2)div 12,

M=(m+2)mod 12+1,

D=d+1,

где b, c, d, j, g, da, db, dc, dg - промежуточные переменные целого типа.

Недостатками известного способа являются необходимость проводить ряд сложных вычислений и большой занимаемый объем хранимых данных.

В ряде цифровых устройств возникает необходимость использования только даты, включающей год, месяц и день, что позволяет снизить объем хранимых данных и упростить вычисления.

Для таких устройств может быть использован известный способ кодирования даты [4], заключающийся в том, что

- выделяют для хранения данных о дате, включающей год, месяц и день, целое число длиной K бит;

- устанавливают для отсчета фиксированную дату как первое января определенного года Y0;

- вводят значения текущего года Y, месяца М, дня D;

- вычисляют целое число N для хранения данных о дате по формуле

N=D+(M-1)×32+(Y-Y0)×384;

- сохраняют число N в двоичном формате;

- вычисляют, при необходимости, дату по формулам

D=N mod 32,

M=(N div 32)div 12+1,

Y=Y0+(N div 384),

где div - операция целочисленного деления (деления с отбрасыванием дробной части);

mod - операция взятия остатка от целочисленного деления.

Описанный способ принят за прототип.

Недостатком известного способа является ограничение диапазона хранимых дат. Несмотря на то что способ выигрывает в простоте вычисления и компактности данных, часть возможных значений не используется.

Для сравнения рассмотрим возможный диапазон хранимых дат. В качестве первоначальной даты Y0 возьмем 01.01.1900 (1 января 1900 г.). Размер даты 2 байта (16 бит).

Если использовать способ компании Microsoft, когда дата вычисляется в днях от первоначальной даты, получаем конечную дату 06.06.2079. Если учитывать только полностью входящие годы, то 31.12.2078. Таким образом, данный способ обеспечивает максимально возможный диапазон в 179 лет.

Если использовать способ, принятый за прототип, то получаем максимальную дату 30.08.2070. Если учитывать только полностью входящие годы, то получаем 31.12.2069. В результате, обеспечивается диапазон в 170 лет. Данный способ содержит меньше вычислений, но приходится жертвовать частью значений, поэтому диапазон становится короче на 9 лет.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом является увеличение диапазона возможных значений даты.

Для этого предлагается способ, заключающийся в том, что

выделяют для хранения данных о дате, включающей год, месяц и день, целое число длиной K бит;

устанавливают для отсчета фиксированную дату как первое января определенного года Y0;

вводят значения текущего года Y, месяца М, дня D;

если D<31, то вычисляют целое число N для хранения данных о дате по формуле:

N=367×(Y-Y0)+(M-1)×30+D;

иначе вычисляют целое число N для хранения данных о дате по формуле:

N=367×(Y-Y0)+361+(М div 10+М)div 2,

сохраняют число N в двоичном формате;

вычисляют, при необходимости, дату по формулам

Y=Y0+(N-1)div 367;

вычисляют промежуточную величину

А=(N-1)mod 367+1;

если А>360, то вычисляют:

М=(А-360)×2-1-(А-360)div 5;

D=31;

иначе вычисляют:

М=(А-1)div 30+1;

D=(A-1)mod 30+1.

В предложенном способе вычисляют целое число N для хранения данных о дате по формуле

Если D<31, то:

N=367×(Y-Y0)+(М-1)×30+D;

Иначе (т.е. если D=31):

N=367×(Y-Y0)+361+(M div 10+M)div 2

Значение N представляет собой количество дней от первоначальной даты.

При вычислении N по приведенной формуле в качестве количества дней в любом месяце берется значение 30. Т.е. значения с 1 по 30 - это числа января с 1 по 30; значения с 31 по 59 - числа февраля с 1 по 29 (значение 60 никогда не используется); значения с 61 по 90 - числа марта с 1 по 30; …; значения с 331 по 360 - числа января с 1 по 30. Значения с 361 по 367 - это даты года, с 31 числом: 31 января - значение 361, 31 марта - 362, 31 мая - 363, 31 июля - 364, 31 августа - 365, 31 октября - 366 и 31 декабря - 367. В результате, для кодирования одного года нам потребуется 367 чисел, в котором значение 60 никогда не используется, а значение 59 только для високосного года. Таким образом, каждая дата внутри года будет иметь свой постоянный порядковый номер от 1 (1 января) до 367 (31 декабря) независимо от того, был ли год високосный или нет. Поэтому, чтобы преобразовать дату в число для дня месяца, значение которого меньше 31, используется формула

N=367×(Y-Y0)+(М-1)×30+D.

А вот для значений 361-367 используются следующие соответствия:

31 января (месяц 1) - 361,

31 марта (месяц 3) - 362,

31 мая (месяц 5) - 363,

31 июля (месяц 7) - 364,

31 августа (месяц 8) - 365,

31 октября (месяц 10) - 366,

31 декабря (месяц 12) - 367.

И это можно выразить следующей формулой:

N=367×(Y-Y0)+361+(М div 10+М)div 2

Для обратного преобразования значений диапазона 361-367 в месяц с 31 числом используется формула:

М=(А-360)×2-1-(А-360)div 5,

где промежуточное значение А вычисляется по формуле

A=(N-1)mod 367+1

Количество байт для хранения числа N остается таким же, как в прототипе (2 байта = 16 бит). Соответственно, максимально N содержит 2¹⁶=65536 значений в диапазоне от 0 до 65535. Значение 0 означает, что дата не задана. На языке С# равна null.

Если Y0=01.01.1900, то получаем

- при N=1 дату 01.01.1900,

- при N=2-02.01.1900,

- при N=30-30.01.1900,

- при N=31-01.02.1900,

- при N=61-01.03.1900,

- при N=360-30.12.1900,

- при N=361-31.01.1900,

- при N=362-31.03.1900,

- при N=367-31.12.1900,

- при N=368-01.01.1901.

Используя данный метод для первоначального года Y0=1900, получаем максимальную дату 29.07.2078, но т.к. год не полный, то в последнем году будут разрывы дат. Будут отсутствовать даты с 31 числом. По этой причине и потому, что рассматриваются только полностью входящие годы, получаем максимальную дату - 31.12.2077. В результате, обеспечивается диапазон в 178 лет, что на 8 лет больше, чем у известного способа, принятого за прототип, при сравнимой скорости вычислений.

Для рассмотренного варианта, когда за первоначальную дату берется Y0=01.01.1900, максимальная дата по способу от Microsoft получается 06.06.2079 (охватывается диапазон в 65536 дней, обозначим как i), по способу прототипа - 30.08.2070 (62334 дня, обозначим как p), по предложенному способу - 29.07.2078 (65224 дня, обозначим как v). Таким образом, способ прототипа обеспечивает p/i=62334/65536≈95.11%, а предложенный способ v/i=65224/65536≈99,52%, от максимально возможного. При этом, если способ прототипа теряет около 5% значений от максимально возможного, то предложенный способ только около 0,5%.

Таким образом, предложенный способ позволяет увеличить диапазон значений даты, при сравнимой простоте и скорости вычислений, а также компактности хранения данных.

Осуществление изобретения

Реализация предложенного способа может быть осуществлена в вычислительной системе, способной производить операции целочисленного деления, т.е. практически в любой, включая системы, работающие, например, под управлением операционной системы MS Windows.

Для реализации способа достаточно реализовать выполнение предложенных операций на каком-либо языке программирования.

Например, на языке С# реализация может выглядеть следующим образом:

// В качестве стартовой даты берем 1 января 1900 г.

const hit StartYear = 1900;

// Внешнее представление даты - отдельно год, месяц и день.

public struct Date

{

public Date(int year, int month, int day): this()

{

Year = year;

Month = month;

Day = day;

}

public int Year {get; set;}

public int Month {get; set;}

public int Day {get; set;}

}

// Получаем внутреннее представление по внешнему

private static ushort PackDate (Date date)

{

if (date.Day<31)

{

return (ushort)(367*(date.Year - StartYear) + (date.Month - 1)*30 + date.Day); }

return (ushort)(367*(date.Year - StartYear) + 360 + 1 + (date.Month + date.Month/10)/2);

}

private static Date UnpackDate (ushort value)

{

int y=StartYear + (value-1)/367;

int a=(value-1)% 367+1;

if (a>360)

{

int m=(a-360)*2-1-(a-360)/5;

return new Date (y, m, 31);

}

else

{

int m=(a-1)/30+1;

int d=(a-1)%30+1;

return new Date (y, m, d);

}

}

Реализовать действия предложенного способа в составе программы или функции может специалист в области программирования (программист). Наибольший эффект применение предложенного способа может дать в системах, обрабатывающих данные о датах и имеющих сильные ограничения на объем памяти и аппаратные ресурсы, а также передающие информацию о датах в условиях ограничения на объем передаваемой информации.

Примерами таких систем могут служить системы, хранящие и/или передающие различную информацию, в том числе и даты (например, даты рождения человека, дата отправки груза, дата отправления поезда и т.п.) в виде штрих-кода. В этом случае каждый сэкономленный бит имеет значение.

Эффективно также применение способа в системах и базах данных, в которых имеется большой объем данных с датами, в этом случае может достигаться значительная экономия объема хранения.

Источники информации

1. Дата и время (Transact-SQL), статья по адресу

https://msdn.microsoft.com/ru-ru/library/ms187819(v=sql.90).aspx

2. Datetime (Transact-SQL), статья по адресу

http://msdn.microsoft.com/ru-ru/library/ms187819(y=sql.110).aspx

3. Julian day, статья по адресу

http://en.wikipedia.org/wiki/Julian_day

4. Патент РФ №2543961, приоритет от 16.01.2013 г.

Способ кодирования и вычисления даты с использованием упрощенного формата в цифровых устройствах, заключающийся в том, что

выделяют для хранения данных о дате, включающей год, месяц и день, целое число длиной K бит;

устанавливают для отсчета фиксированную дату как первое января определенного года Y0;

вводят значения текущего года Y, месяца М, дня D;

если D<31, то вычисляют целое число N для хранения данных о дате по формуле:

N=367×(Y-Y0)+(М-1)×30+D;

иначе вычисляют целое число N для хранения данных о дате по формуле:

N=367×(Y-Y0)+361+(М div 10+М)div 2,

где div - операция целочисленного деления (деления с отбрасыванием дробной части);

сохраняют число N в двоичном формате;

вычисляют, при необходимости, дату по формулам

Y=Y0+(N-1)div 367;

вычисляют промежуточную величину

A=(N-1)mod 367+1,

где mod - операция взятия остатка от целочисленного деления;

если А>360, то вычисляют:

M=(А-360)×2-1-(А-360)div 5;

D=31;

иначе вычисляют:

M=(А-1)div 30+1;

D=(A-1)mod 30+1.