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  • 1 # fripo7991

      最常見的公式:(如果你覺得很煩,看公式就可以了)  W = [Y-1] + [(Y-1)/4] - [(Y-1)/100] + [(Y-1)/400] + D  Y是年份數,D是這一天在這一年中的累積天數,也就是這一天在這一年中是第幾天。  最好用的是蔡勒公式:  W = [C/4] - 2C + y + [y/4] + [13 * (M+1) / 5] + d - 1  C是世紀數減一,y是年份後兩位,M是月份,d是日數。1月和2月要按上一年的13月和  14月來算,這時C和y均按上一年取值。  兩個公式中的[...]均指只取計算結果的整數部分。算出來的W除以7,餘數是幾就  是星期幾。如果餘數是0,則為星期日。  ---------------------------------------------------------------------------  星期制度是一種有古老傳統的制度。據說因為《聖經·創世紀》中規定上帝用了六  天時間創世紀,第七天休息,所以人們也就以七天為一個週期來安排自己的工作和生  活,而星期日是休息日。從實際的角度來講,以七天為一個週期,長短也比較合適。所  以儘管中國的傳統工作週期是十天(比如王勃《滕王閣序》中說的“十旬休暇”,即是  指官員的工作每十日為一個週期,第十日休假),但後來也採取了西方的星期制度。  在日常生活中,我們常常遇到要知道某一天是星期幾的問題。有時候,我們還想知  道歷史上某一天是星期幾。通常,解決這個方法的有效辦法是看日曆,但是我們總不會  隨時隨身帶著日曆,更不可能隨時隨身帶著幾千年的萬年曆。假如是想在計算機程式設計中  計算某一天是星期幾,預先把一本萬年曆存進去就更不現實了。這時候是不是有辦法通  過什麼公式,從年月日推出這一天是星期幾呢?  答案是肯定的。其實我們也常常在這樣做。我們先舉一個簡單的例子。比如,知道  了2004年5月1日是星期六,那麼2004年5月31日“世界無煙日”是星期幾就不難推算出  來。我們可以掰著指頭從1日數到31日,同時數星期,最後可以數出5月31日是星期一。  其實運用數學計算,可以不用掰指頭。我們知道星期是七天一輪迴的,所以5月1日是星  期六,七天之後的5月8日也是星期六。在日期上,8-1=7,正是7的倍數。同樣,5月15  日、5月22日和5月29日也是星期六,它們的日期和5月1日的差值分別是14、21和28,也  都是7的倍數。那麼5月31日呢?31-1=30,雖然不是7的倍數,但是31除以7,餘數為2,  這就是說,5月31日的星期,是在5月1日的星期之後兩天。星期六之後兩天正是星期一。  這個簡單的計算告訴我們計算星期的一個基本思路:首先,先要知道在想算的日子  之前的一個確定的日子是星期幾,拿這一天做為推算的標準,也就是相當於一個計算的  “原點”。其次,知道想算的日子和這個確定的日子之間相差多少天,用7除這個日期  的差值,餘數就表示想算的日子的星期在確定的日子的星期之後多少天。如果餘數是  0,就表示這兩天的星期相同。顯然,如果把這個作為“原點”的日子選為星期日,那  麼餘數正好就等於星期幾,這樣計算就更方便了。  但是直接計算兩天之間的天數,還是不免繁瑣。比如1982年7月29日和2004年5月  1日之間相隔7947天,就不是一下子能算出來的。它包括三段時間:一,1982年7月29  日以後這一年的剩餘天數;二,1983-2003這二十一個整年的全部天數;三,從2004年  元旦到5月1日經過的天數。第二段比較好算,它等於21*365+5=7670天,之所以要加  5,是因為這段時間內有5個閏年。第一段和第三段就比較麻煩了,比如第三段,需要把  5月之前的四個月的天數累加起來,再加上日期值,即31+29+31+30+1=122天。同理,第  一段需要把7月之後的五個月的天數累加起來,再加上7月剩下的天數,一共是155天。  所以總共的相隔天數是122+7670+155=7947天。  仔細想想,如果把“原點”日子的日期選為12月31日,那麼第一段時間也就是一個  整年,這樣一來,第一段時間和第二段時間就可以合併計算,整年的總數正好相當於兩  個日子的年份差值減一。如果進一步把“原點”日子選為公元前1年12月31日(或者天文  學家所使用的公元0年12月31日),這個整年的總數就正好是想算的日子的年份減一。這  樣簡化之後,就只須計算兩段時間:一,這麼多整年的總天數;二,想算的日子是這一  年的第幾天。巧的是,按照公曆的年月設定,這樣反推回去,公元前1年12月31日正好是  星期日,也就是說,這樣算出來的總天數除以7的餘數正好是星期幾。那麼現在的問題就  只有一個:這麼多整年裡面有多少閏年。這就需要了解公曆的置閏規則了。  我們知道,公曆的平年是365天,閏年是366天。置閏的方法是能被4整除的年份在  2月加一天,但能被100整除的不閏,能被400整除的又閏。因此,像1600、2000、2400  年都是閏年,而1700、1800、1900、2100年都是平年。公元前1年,按公曆也是閏年。  因此,對於從公元前1年(或公元0年)12月31日到某一日子的年份Y之間的所有整年  中的閏年數,就等於  [(Y-1)/4] - [(Y-1)/100] + [(Y-1)/400],  [...]表示只取整數部分。第一項表示需要加上被4整除的年份數,第二項表示需要去掉  被100整除的年份數,第三項表示需要再加上被400整除的年份數。之所以Y要減一,這  樣,我們就得到了第一個計算某一天是星期幾的公式:  W = (Y-1)*365 + [(Y-1)/4] - [(Y-1)/100] + [(Y-1)/400] + D. (1)  其中D是這個日子在這一年中的累積天數。算出來的W就是公元前1年(或公元0年)12月  31日到這一天之間的間隔日數。把W用7除,餘數是幾,這一天就是星期幾。比如我們來  算2004年5月1日:  W = (2004-1)*365 + [(2004-1)/4] - [(2004-1)/100] + [(2004-1)/400] +  (31+29+31+30+1)  = 731702,  731702 / 7 = 104528……6,餘數為六,說明這一天是星期六。這和事實是符合的。  上面的公式(1)雖然很準確,但是計算出來的數字太大了,使用起來很不方便。仔  細想想,其實這個間隔天數W的用處僅僅是為了得到它除以7之後的餘數。這啟發我們是  不是可以簡化這個W值,只要找一個和它餘數相同的較小的數來代替,用數論上的術語  來說,就是找一個和它同餘的較小的正整數,照樣可以計算出準確的星期數。  顯然,W這麼大的原因是因為公式中的第一項(Y-1)*365太大了。其實,  (Y-1)*365 = (Y-1) * (364+1)  = (Y-1) * (7*52+1)  = 52 * (Y-1) * 7 + (Y-1),  這個結果的第一項是一個7的倍數,除以7餘數為0,因此(Y-1)*365除以7的餘數其實就  等於Y-1除以7的餘數。這個關係可以表示為:  (Y-1)*365 ≡ Y-1 (mod 7).  其中,≡是數論中表示同餘的符號,mod 7的意思是指在用7作模數(也就是除數)的情  況下≡號兩邊的數是同餘的。因此,完全可以用(Y-1)代替(Y-1)*365,這樣我們就得到  了那個著名的、也是最常見到的計算星期幾的公式:  W = (Y-1) + [(Y-1)/4] - [(Y-1)/100] + [(Y-1)/400] + D. (2)  這個公式雖然好用多了,但還不是最好用的公式,因為累積天數D的計算也比較麻  煩。是不是可以用月份數和日期直接計算呢?答案也是肯定的。我們不妨來觀察一下各  個月的日數,列表如下:  月 份:1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月  --------------------------------------------------------------------------  天 數: 31 28(29) 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31  如果把這個天數都減去28(=4*7),不影響W除以7的餘數值。這樣我們就得到另一張  表:  月 份:1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月  ------------------------------------------------------------------------  剩餘天數: 3 0(1) 3 2 3 2 3 3 2 3 2 3  平年累積: 3 3 6 8 11 13 16 19 21 24 26 29  閏年累積: 3 4 7 9 12 14 17 20 22 25 27 30  仔細觀察的話,我們會發現除去1月和2月,3月到7月這五個月的剩餘天數值是3,2,3,2,  3;8月到12月這五個月的天數值也是3,2,3,2,3,正好是一個重複。相應的累積天數中,  後一月的累積天數和前一月的累積天數之差減去28就是這個重複。正是因為這種規律的  存在,平年和閏年的累積天數可以用數學公式很方便地表達:  ╭ d; (當M=1)  D = { 31 + d; (當M=2) (3)  ╰ [ 13 * (M+1) / 5 ] - 7 + (M-1) * 28 + d + i. (當M≥3)  其中[...]仍表示只取整數部分;M和d分別是想算的日子的月份和日數;平年i=0,閏年  i=1。對於M≥3的表示式需要說明一下:[13*(M+1)/5]-7算出來的就是上面第二個表中的  平年累積值,再加上(M-1)*28就是想算的日子的月份之前的所有月份的總天數。這是一  個很巧妙的辦法,利用取整運算來實現3,2,3,2,3的迴圈。比如,對2004年5月1日,有:  D = [ 13 * (5+1) / 5 ] - 7 + (5-1) * 28 + 1 + 1  = 122,  這正是5月1日在2004年的累積天數。  假如,我們再變通一下,把1月和2月當成是上一年的“13月”和“14月”,不僅仍  然符合這個公式,而且因為這樣一來,閏日成了上一“年”(一共有14個月)的最後一  天,成了d的一部分,於是平閏年的影響也去掉了,公式就簡化成:  D = [ 13 * (M+1) / 5 ] - 7 + (M-1) * 28 + d. (3≤M≤14) (4)  上面計算星期幾的公式,也就可以進一步簡化成:  W = (Y-1) + [(Y-1)/4] - [(Y-1)/100] + [(Y-1)/400] + [ 13 * (M+1) / 5 ] - 7  + (M-1) * 28 + d.  因為其中的-7和(M-1)*28兩項都可以被7整除,所以去掉這兩項,W除以7的餘數不變,  公式變成:  W = (Y-1) + [(Y-1)/4] - [(Y-1)/100] + [(Y-1)/400] + [ 13 * (M+1) / 5 ] + d.  (5)  當然,要注意1月和2月已經被當成了上一年的13月和14月,因此在計算1月和2月的日子  的星期時,除了M要按13或14算,年份Y也要減一。比如,2004年1月1日是星期四,用這  個公式來算,有:  W = (2003-1) + [(2003-1)/4] - [(2003-1)/100] + [(2003-1)/400] + [13*(13+1)/5]  + 1  = 2002 + 500 - 20 + 5 + 36 + 1  = 2524;  2524 / 7 = 360……4.這和實際是一致的。  公式(5)已經是從年、月、日來算星期幾的公式了,但它還不是最簡練的,對於年  份的處理還有改進的方法。我們先來用這個公式算出每個世紀第一年3月1日的星期,列  表如下:  年份: 1(401,801,…,2001) 101(501,901,…,2101)  --------------------------------------------------------------------  星期: 4 2  ====================================================================  年份:201(601,1001,…,2201) 301(701,1101,…,2301)  --------------------------------------------------------------------  星期: 0 5  可以看出,每隔四個世紀,這個星期就重複一次。假如我們把301(701,1101,…,2301)  年3月1日的星期數看成是-2(按數論中對餘數的定義,-2和5除以7的餘數相同,所以可  以做這樣的變換),那麼這個重複序列正好就是一個4,2,0,-2的等差數列。據此,我們  可以得到下面的計算每個世紀第一年3月1日的星期的公式:  W = (4 - C mod 4) * 2 - 4. (6)  式中,C是該世紀的世紀數減一,mod表示取模運算,即求餘數。比如,對於2001年3月  1日,C=20,則:  W = (4 - 20 mod 4) * 2 - 4  = 8 - 4  = 4.  把公式(6)代入公式(5),經過變換,可得:  (Y-1) + [(Y-1)/4] - [(Y-1)/100] + [(Y-1)/400] ≡ (4 - C mod 4) * 2 - 1  (mod 7). (7)  因此,公式(5)中的(Y-1) + [(Y-1)/4] - [(Y-1)/100] + [(Y-1)/400]這四項,在計算  每個世紀第一年的日期的星期時,可以用(4 - C mod 4) * 2 - 1來代替。這個公式寫  出來就是:  W = (4 - C mod 4) * 2 - 1 + [13 * (M+1) / 5] + d. (8)  有了計算每個世紀第一年的日期星期的公式,計算這個世紀其他各年的日期星期的公式  就很容易得到了。因為在一個世紀裡,末尾為00的年份是最後一年,因此就用不著再考  慮“一百年不閏,四百年又閏”的規則,只須考慮“四年一閏”的規則。仿照由公式(1)  簡化為公式(2)的方法,我們很容易就可以從式(8)得到一個比公式(5)更簡單的計算任意  一天是星期幾的公式:  W = (4 - C mod 4) * 2 - 1 + (y-1) + [y/4] + [13 * (M+1) / 5] + d. (9)  式中,y是年份的後兩位數字。  如果再考慮到取模運算不是四則運算,我們還可以把(4 - C mod 4) * 2進一步改寫  成只含四則運算的表示式。因為世紀數減一C除以4的商數q和餘數r之間有如下關係:  4q + r = C,  其中r即是 C mod 4,因此,有:  r = C - 4q  = C - 4 * [C/4]. (10)  則  (4 - C mod 4) * 2 = (4 - C + 4 * [C/4]) * 2  = 8 - 2C + 8 * [C/4]  ≡ [C/4] - 2C + 1 (mod 7). (11)  把式(11)代入(9),得到:  W = [C/4] - 2C + y + [y/4] + [13 * (M+1) / 5] + d - 1. (12)  這個公式由世紀數減一、年份末兩位、月份和日數即可算出W,再除以7,得到的餘數是  幾就表示這一天是星期幾,唯一需要變通的是要把1月和2月當成上一年的13月和14月,  C和y都按上一年的年份取值。因此,人們普遍認為這是計算任意一天是星期幾的最好的  公式。這個公式最早是由德國數學家克里斯蒂安·蔡勒(Christian Zeller, 1822-  1899)在1886年推匯出的,因此通稱為蔡勒公式(Zeller’s Formula)。為方便口算,  式中的[13 * (M+1) / 5]也往往寫成[26 * (M+1) / 10]。  現在仍然讓我們來算2004年5月1日的星期,顯然C=20,y=4,M=5,d=1,代入蔡勒  公式,有:  W = [20/4] - 40 + 4 + 1 + [13 * (5+1) / 5] + 1 - 1  = -15.  注意負數不能按習慣的餘數的概念求餘數,只能按數論中的餘數的定義求餘。為了方便  計算,我們可以給它加上一個7的整數倍,使它變為一個正數,比如加上70,得到55。  再除以7,餘6,說明這一天是星期六。這和實際是一致的,也和公式(2)計算所得的結  果一致。  最後需要說明的是,上面的公式都是基於公曆(格里高利曆)的置閏規則來考慮  的。對於儒略曆,蔡勒也推出了相應的公式是:  W = 5 - C + y + [y/4] + [13 * (M+1) / 5] + d - 1. (13)  這樣,我們終於一勞永逸地解決了不查日曆計算任何一天是星期幾的問題。

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