FORTRAN语言程序设计ppt课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,精选2021版课件,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,精选2021版课件,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,精选2021版课件,*,FORTRAN语言程序设计,1,精选2021版课件,第一章,程序设计概述,2,精选2021版课件,1.1 程序设计基本概念,1.程序：计算机操作命令的集合。例：求x、y、z的平均值aver的程序。,2.程序设计：编制程序(操作命令)的过程。,3.程序设计语言:书写程序所采用的某种专用语言。,高级语言：数学语言或自然语言。,如：FORTRAN语言等,程序设计语言的类型:,低级语言：机器语言和汇编语言。,3,精选2021版课件,1.2 程序设计方法和步骤,1.2.1 程序设计方法,1.结构化方法,（1）采用“自顶向下，逐步求精”的程序设计方法.,（2）采用“单入口单出口”的控制结构.,（3）三种基本程序结构：,顺序、选择和循环.,结构化程序设计的,特征：,（a）,模块化,:把一个较大的程序划分为若干个子程序，每一个子程序独立成为一个模块；,（b）,层次化,:先设计第一层（即顶层）。然后步步深入，逐层细分，逐步求精，直到整个问题可用程序设计语言明确地描述为止。,（c）,逐步求精,:是对一个复杂问题,从抽象到具体，最终编制出一个可执行的程序。,2.面向对象方法,详见P,5,4,精选2021版课件,1.2.2 程序设计步骤,1.分析问题,2.建立数学模型,3.选择算法,4.编写程序,5.调试运行,6.分析结果,7.写出程序的文档,5,精选2021版课件,第二章 算 法,6,精选2021版课件,2.1 算法概述,1.算法：计算机解题的方法和步骤.,2.算法特征：,（1）有穷性,一个算法必须总是在执行有限步骤之后结束。,（2）确定性,算法中的每一个步骤应当是确定的，无二义性；相同的输入只能得出相同的输出。,（3）可行性,算法中的每步骤都是有效地执行。,（4）有零个或多个输入,（5）有一个或多个输出,3.算法的分类：,（1）,数字运算:用于求数值解,此类算法有现成的模型，运用较成熟.,（2）,非数字运算:用于非数据处理的一些事务性工作，此类算法面广量大，要求各异，有一定难度.,7,精选2021版课件,2.2 算法特点,计算机特别适合做大量的重复性操作，如连续加、连续乘或者其他连续判断或处理。计算机对于大量的重复性操作，并非一次性完成，而是每次按部就班，循环往复重复前一次的操作,即,每次操作方法（即循环体）相同，但操作数据不同而已。,例如，求1，2，10的累加和，其程序如下：,do i=1,10,!循环语句,s=s+i,!循环体,enddo,上述循环所要执行的重复操作是：s=s+i(即循环体),但每一次循环时，循环体的操作数据s,i的值是不同的。,.,8,精选2021版课件,2.3 算法的表示方法,（1）传统流程图 即用有向线段将描述,算法步骤,的,各功能框,连接起来.如下图所示：,图(a)顺序结构 图(b)选择结构,A,B,条件P,A,B,真,假,图(c)当型循环结构 图(d)直到型,循环,结构,循环条件,循环体,循环体,循环条件,真,假,假,真,9,精选2021版课件,（2）N-S流程图,它是一种去掉流程线的流程图,称为盒图.N-S流程图形式如下图所示：,A,B,图(a)顺序结构 图(b)选择结构,图(c)当型循环结构 图(d)直到型,循环,结构,当执行循环的条件成立,循环体,直到退出循环的条件成立,循环体,条件,真,假,A,B,10,精选2021版课件,第三章 FORTRAN语言简介,11,精选2021版课件,3.1 FORTRAN 语言概述,1.何谓FORTRAN语言？,FORTRAN是英文“,FOR,mula,TRAN,slate”的缩写,即中文的“公式翻译器”之意。FORTRAN语言是一种用于科学计算的程序设计语言。,2.何谓FORTRAN源程序？,用FORTRAN语言编制的程序，称为FORTRAN源程序。,举例:编制FORTRAN源程序ex02_01.f90,求x、y、z的平均值aver。,PROGRAM ex02_01,READ*，x,y,z,aver=（x+y+z）/3,PRINT*，aver,END,12,精选2021版课件,3.2 FORTRAN程序的执行过程,13,精选2021版课件,3.3 FORTRAN语言的发展历程,（1）1951年，John Backus在纽约首次提出FORTRAN语言，并于1954年对外发布，称FORTRAN。,（2）1958年，扩充和完善FORTRAN,推出,FORTRAN,。,（3）1960年，推出FORTRAN，但没有在计算机上实现。,（4）1963年，推出了FORTRAN。没有充分考虑兼容性。,（5）1966年，推出,FORTRAN 66,美国标准，后被ISO采用。,（6）1978年，推出,FORTRAN 77,，兼容性好，结构化特征。,（7）1991年，推出,FORTRAN 90,现代语言，可视化编程。,（8）1997年，公布,FORTRAN 95,标准，并行运算的支持。,（9）1997年，微软和数据设备公司合作推出Digital Visual FORTRAN 5.0。,14,精选2021版课件,第四章,FORTRAN,语言开发环境,详见教材：3.3 FORTRAN语言开发环境,15,精选2021版课件,第五章 FORTRAN 语言基础知识,16,精选2021版课件,5.1 字符集,FORTRAN语言允许使用的字符集为：,英文字母,A-Z 或 a-z,（,即,大、小写英文字母,）,阿拉伯数字,0、1、2、3、4、5、6、7、8、9,特殊符号,空格=+-*/#？（），.:“!$_,应当注意:,在FORTRAN语言中，,英文,字母,不区分大,小写,，在保留字、变量名和函数名中，大、小写字母,都是等价的，如REAL何real或Real是一样的。,17,精选2021版课件,5.2 名称,及,保留字,5.2.1,名称,作用：用来表示FORTRAN源程序中的变量、符号常量名、,数组、函数、过程等实体的名称。,名称的定义（即语法描述）：由英文字母开头的31个以内,的字母、数字、下划线（_）以及美元符字符序列组成。,例：NUMBER、x1、root_2、y$,_ab、5xy、x.y,5.2.2,保留字,一个语句中的特定单词，如PROGRAM、END、IF、ENDIF、,DO、ENDDO等，称为语句保留字。,说明：FORTRAN90程序中允许用保留字作为其它实体的名称，但是一般不提倡。,18,精选2021版课件,5.3 程序单元,一个完整的FORTRAN程序，应由以下程序单元构成：,主程序单元 外部子程序单元1,PROGRAM MAIN SUBROUTINE SUB1（）,主程序体 子程序体 ,END PROGRAM END,其中主程序单元只能有1个，其它程序单元可以有0-n个。,程序单元的描述详见第十章。,19,精选2021版课件,5.4 语句的排列顺序,一个程序单元中语句的排列顺序如下,：,非执行语句,程序单元,可执行语句,例:编制FORTRAN源程序,eex5_1,.f90,求x、y、z的平均值aver。,PROGRAM eex5_1,REAL x,y,z,aver,READ*，x,y,z,aver=（x+y+z）/3,PRINT*，aver,END,20,精选2021版课件,5.5 程序的书写格式,（1）固定格式：将一个语句行分为若干个区域，如下图所示：,（2）自由格式：一个语句的书写不受区域的限制。,FORTRAN90,的,源程序,格式,采用,自由格式,书写，,源程序,文件,扩展名,为,.f90,。,例:详见,eex5_1,.f90,的,源程序,格式,及其,扩展名。,21,精选2021版课件,5.6 数据类型,5.6.1 基本概念,1.内部数据类型,FORTRAN语言将内部数据划分为以下类型：,整型,实型 算术型,数据类型 复型,逻辑型,字符型,2.种别,一个数据在内存中均占有一定字节个数的存储单元。上述每类数据都有其不同的种别（即Kind）特性，即上述每类数据根据其种别特性（即Kind值）的不同分别拥有不同字节个数的存储单元。,3.数据对象,1）常量：程序运行时，其值不能改变的量，称为常量。如:5,3等等。,2）变量：程序运行时，其值可以改变的量，如:变量a,a是一个存储单元。,22,精选2021版课件,5.6.2 常量,整型、实型、复型常量是一个,代数值,；逻辑型常量是一个,逻辑值,（.true.或.false.）；字符型常量是一个,字符串,。以上常量均以,书写方式,确定其类型。,5.6.2.1,整型常量,整型常量表示普通代数中的,整数,。,十进制整型常量的一般形式：n _Kind值,其中:是该整型常量的符号。,n 是一个十进制数字(09)序列。,Kind值为：1、2、4、8之一。分别表示1、2、4、8个字节个数。,FORTRAN 90/95标准中整型常量的范围没有明确规定。,例如：122、0、-36、559_2 均为合法的整型常量,100.0、100，000、100 0、100,2,均为非法的整型常量,5.6.2.2 实,型常量,实型常量表示普通代数中的,小数,或,指数,。,1.小数,实,型常量,一般形式：n.m 或n.或.m,其中：n、m是十进制数字序列。n是整数值，m是小数值。,例：,12.0、0.12、12.、.12,23,精选2021版课件,2.指数,实,型常量,一般形式：n.mE,s 或n E,s,其中：n、m是十进制数字序列。n是整数值，m是小数值。,E,s是指数部分，,表示10的几次方。,其中：,E是指数符号，s是指数数值，,是指数数符。,例:指数实型常量：,12E2 0.12E-2 2E5 1E-10,相应代数值:,12x10,2,0.12x10,-2,2x10,5,1x10,-10,注意：单独的指数部分不能构成一个实型常量。,例：E5,5.6.2.3 复,型常量,表示普通代数中的复数。即：,a,b,i（其中,a,是,实部,，,b,是,虚部,）,一般形式,：（a，b）,例,：（-3，5）,！表示,复数,：-3+5i,（0，1）,！表示,复数,：i,（2.4，-2.5E2）,！表示,复数,：2.4-2.5x10,2,i,24,精选2021版课件,5.6.2.4 字符,型常量,在程序中用以表示文字等非数值信息。,一般形式：字符串 或“字符串”,其中:字符串可以是字母、数字、汉字、特殊符号。通常字符串中字,符的个数称为,字符长度,。,例：PRINT*，南京信息工程大学,PRINT*，”a+b=”,ab,说明：1)引号(或“”）是字符串的分隔符，并非字符常量的一部分。,2)字符串中的空白符有意义，要计数的。例：“A B”,其字符长度是3。,3)当字符长度为0时，即为空串。,4),字符串内的字母区分大小写，a和A是不同的字符常量。,5),如果字符串中含有单引号，则这个单引号要用两个连续的单引号表示，如：Im a boy.。或者单引号和双引号交替使用，如“Im a boy.”。,25,精选2021版课件,5.6.2.5 逻辑型常量,在程序中用以表示某个条件（关系表达式和逻辑表达式）的判别结果。,一般形式：,.,TRUE,.,即为逻辑真（表示判别条件成立）。,.,FALSE,.,即为逻辑假（表示判别条件不成立）。,例：条件5,3,的判别结果是,.,TRUE,.,，表示判别条件5,3,成立。,条件3,1,的判别结果是,.,FALSE,.,，表示判别条件3,=、=、/=,或:.LT.、.LE.、.GT.、.GE.、.EQ.、.NE.,4.结果：,.TRUE.若关系表达式（即所表示的条件）成立，结果为.TRUE.,逻辑值,.FALSE.若关系表达式（即所表示的条件）不成立，结果为.FALSE.,上述逻辑值其kind值为4.,例：1)3+45,！3+4 5，结果为.TRUE.,2)ab,！a b，若ab 结果为.TRUE.；否则为.FALSE.,3)abc,!,a b,c,，则无法比较！,逻辑值 代数值,5.注意事项：,两个实型量慎用关系相等”=”和关系不等”/=“的比较.,例:判别实型量a,b是否相等,即a=b?,用:abs(a-b)34,！判别结果为.FALSE.,(4+5*2).LE.10,！判别结果为.FALSE.,(4.2,7.3).NE.(7.3,4.2),！判别结果为.TRUE.,41,精选2021版课件,5.7.3,逻辑表达式,1.作用：,用作较复杂的逻辑比较。如表示多个条件同时成立，或表示多个条件中只有一个条件成立即可，这种条件的表示方法，必须要用逻辑表达式。,例如:,1)a b.and.x y,！该逻辑表达式表示：ab 同时 xy,2)x 0.or.y 0,！该逻辑式表示这两个条件只要有一个成立即可,42,精选2021版课件,0 x1,例：1)y=,1 -1=x0,y0(I),2)xy=-1 x0,y0(III),0 x*y=0(II,),上述判别条件均较复杂，故引进逻辑表达式比较。,2.组成：由逻辑型量（,如：,逻辑型常量、变量、函数）、关系表达式,、逻辑运算符以及圆括号连接而成。,3.逻辑运算符:.not.、.and.、.or.、.xor.、.eqv.、.neqv.,表示：逻辑非、逻辑与、逻辑或、逻辑异或、逻辑相等、逻辑不等,.,y=1,0,-1,1,y=0,y=0,x,x*y0,y0,x0,y0,x*yc.and.d.or.e,PRINT*,x=,x,END,45,精选2021版课件,5.7.4 字符表达式,5.7.4.1 字符合并表达式,1.作用：将,字符型量（如：字符型常量、变量、函数）予以,合并。,2.组成：由字符型量（如：字符型常量、变量、函数）、字符运算符（即字符连接符/）或子字符串（简称子串）构成。,3.子串概念,子串是由字符串中的一部分相邻字符组成，又称子字符串。,子串的一般形式：,字符型变量名（子串的起始位置：子串的终止位置）,其中：若缺省子串起始位置，系统则默认该值为1；,若缺省子串终止位置，系统则默认该值为字符串的长度值。,上述一般形式表示子串在字符串中的相对位置。,例：,CHARACTER(19)string,CHARACTER(10)substring,string=This is a computer.,substring=string（1:4）,!子串为“This”,substring=string（:7）,!子串为“This is”,substring=string（11:）,!子串为“computer.“,46,精选2021版课件,4.字符串连接操作（即,字符表达式,）,字符串连接是由字符连接符/将若干个字符串连接起来的操作。,一般形式：字符型操作数1/字符型操作数2/字符型操作数n,例：,CHARACTER(19)str1，str2*5，str3*3，str4*11,str2=This,str3=is,str4=a computer.,str1=str2/str3/str4,!str1的连接结果为 This is a computer.,47,精选2021版课件,5.7.4.2 字符关系表达式,1.作用：用以比较两个字符表达式之间的大小等同关系。,2.一般形式：,3.关系运算符：、=、=、/=,或:.LT.、.LE.、.GT.、.GE.、.EQ.、.NE.,4.结果：,.TRUE.若关系表达式（即所表示的条件）成立，结果为.TRUE.,逻辑值,.FALSE.若关系表达式（即所表示的条件）不成立，结果为.FALSE.,5.比较方法：依次比较两个字符串（即,字符表达式,）中相同位置字符的ASCII,码值。,例如：,1）banana=apple,！由于”b“的ASCII为98，而“a”的ASCII为97，故比较结,果为,.FALSE.,2）This is a pen.=This is a pencil.,！由于字符“.”的ASCII为46，,而“c”的ASCII为99，故比较结果为,.TRUE.,48,精选2021版课件,5.8 赋值语句,作用：给变量赋一个确定的值。,5.8.1 赋值语句的类型,算术赋值语句,类型 字符赋值语句,逻辑赋值语句,5.8.2 赋值语句的一般形式,其中：1）“”称为赋值号,意义为“左传送”。,2）变量统称为左部变量。,语意：将 右端表达式的值赋给同类型(算术型、字符型、逻辑型)的左部变量。,即：算术型变量算术表达式,!算术赋值语句,字符型变量字符表达式,!字符赋值语句,逻辑型变量逻辑表达式,!逻辑赋值语句,49,精选2021版课件,5.8.3 赋值语句举例,1.算术赋值语句,赋值时类型转换：,当赋值号两端的类型及其kind值一致，无需类型转换,直接赋值;若赋值号两端的类型及其kind值不一致,系统自动把右端表达式之值的类型转换成左部变量的类型。转换规则如下：,a）类型相同而kind值不同,右端表达式值的kind值j左部变量的kind值i,仅转换i个低位字节值,例：INTEGER(1):b=126,INTEGER(2):a,c=56,INTEGER(4):d=32771,a=b,!a=126，ji,类型转换后，赋值结果改变，即,a值出错！,50,精选2021版课件,b）类型不同,实型左部变量=整型右端表达式值，则将右端表达式值添加小数点后再赋值。,整型左部变量=实型右端表达式值，仅取右端表达式值的整数部分数值赋值。,例：,INTEGER:a=23,c,REAL :b=98.78,d,d=a,!d=23.0，将整型右端表达式值添加小数点后再赋值给d。,c=b,!c=98，仅取实型右端表达式值的整数部分数值赋值给c。,51,精选2021版课件,2.字符赋值语句,当字符型左部变量与字符型右端表达式的长度不相等时，需进行长度转换。,例:1)CHARACTER*7 str1,str2,str1=student,!str1=student,str2=He is a/student,!str2=He is a,2)CHARACTER*5 str1,str2*3,str1=is,!str1=is,str2=china,!str2=chi,3.逻辑赋值语句,例:,LOGICAL L,L1,L2,L3,L4,REAL:A=3,B=5,C=2,L=.TRUE.,!L的结果是一个逻辑常量.TRUE.,L1=A.GT.B,!L1的结果是关系表达式的结果，即逻辑常量.FALSE.,L2=B.GT.C,!L2的结果是关系表达式的结果，即逻辑常量.TRUE.,L3=L1.AND.L2,!L3的结果是逻辑表达式的结果，即逻辑常量.FALSE.,L4=L3,!L4的结果是逻辑变量的值.FALSE.,52,精选2021版课件,1.作用：给变量或数组赋初值。,2.一般形式：DATA 变量名表1/初值表1/,变量名表2/初值表2，,其中：变量名表中可以是变量名、数组名、数组元素，变量,名,表中的各,变量间用逗号隔开，初值表中只允许出现常量，不允许出现表达式。,例如,：,DATA a,b,i/3.0,-3.1,8/,！给a,b分别赋初值3.0，-3.1；i赋初值8,3.说明：,（1）初值表中如果有几个连续相同的常量可以简写为：n*常量,例如,：,DATA a,b,c,i,k/3*1.0,2*3/,！给a,b,c均赋初值1.0;i,k均赋初值3,（2）变量名表中的变量与初值表中的常量个数应当相同，类型应当一致。,例如,：,DATA a,b,c,d/3.0,2*2.0/,i/3.0/,（3）若一个程序中有多个DATA语句给同一个变量赋初值，则以最后一个DATA语句所赋的初值为准。例如：,DATA a,b,c,d/1.0,3.0,2*0.0/,DATA x,y,c/4.0,2.0,7.5,/,其中变量c分别在两个DATA语句中出现，并且赋的值不同，结果,c的值应为7.5,5.9 DATA语句,53,精选2021版课件,5.10 停与暂停语句,用以表示程序的停止运行(END或STOP)或暂时中断程序的运行(PAUSE)。,1.END语句,作用：1)表示一个程序段的结束，提示编译程序该程序段编译结束。,2)主程序中的END语句，表示程序运行到此结束可以返回操作系统。,一般形式：END,说明：END语句一般出现在一个程序段的最后。,2.STOP语句,作用：表示随时执行STOP语句停止程序运行返回操作系统。,一般形式：STOP 字符串,其中：字符串用以表示STOP语句停止运行时的标记。,说明：STOP语句可以出现在一个程序段的任何可执行语句之处。,3.PAUSE语句,作用：表示暂停程序的执行，一般用于调试程序时给程序设置运行断点，,当从键盘上键入任意键后，可使程序从刚暂停处（即中断点）继,续运行。,一般形式：PAUSE 字符串,说明：PAUSE语句可以出现在一个程序段的任何可执行语句之处。,54,精选2021版课件,5.11 标准函数,对于一些常用的标准函数，编译系统已定义好且存入函数库，,只要在程序中采用“函数名(参数)”的方式直接引用即可。,1.函数分类：,标准函数,函数 语句函数,用户自定义函数,外部函数,2.标准函数的引用方式：,(),其中：1）：一个或用逗号隔开的一系列参数名。,2）函数名、参数表中参数的类型及个数详见,附录D常用库函数,.,3.说明,1）参数的个数必须与函数表中参数的个数一致。,2）参数类型和函数值类型（即函数类型），详见附录。,3）三角函数的参数均使用弧度：弧度角度*3.14159/180,4）参数可以是常量、变量、表达式，且允许函数的嵌套。,4.常用函数,FORTRAN函数表,详见附录D常用库函数。,55,精选2021版课件,（1）常用数值处理函数,函数,功能,ABS(x),求x的绝对值|x|,EXP(x),求指数函数e,x,SIN(x),求正弦函数sin(x)，其中x的单位为弧度,COS(x),求余弦函数cos(x)，其中x的单位为弧度,ASIN(x),求反正弦函数arcsin(x),TAN(x),求正切函数tan(x)，其中x的单位为弧度,ATAN(x),求反正切函数arctan(x),LOG(x),求自然对数ln(x)或log,e,x,LOG10(x),求常用对数log,10,(x),INT(x),取x的整数部分，不四舍五入,MOD(x1,x2),求x,1,除以x,2,的余数，即求x,1,-int(x,1,/x,2,)*x,2,SIGN(x1,x2),若x,2,0，则|x,1,|；若x,2,0，则-|x,1,|,REAL(x),把整型量x转换为实型,MAX(x1,x2,),求x,1,x,2,中的最大值,56,精选2021版课件,例如：,INT(5.85)=5,MAX(-1,3,16,0)=16,LOG(3.0)=1.098612,SIN(1.0)=0.8414709,SQRT(,4.0,)=2.0,MOD(,9,6,)=3,SIGN(,3.0,-2.0,)=-3.0,SIGN(,-3.0,2.0,)=3.0,REAL(8)=8.0,57,精选2021版课件,（2）常用字符处理函数,函数,功能,CHAR(num),参数num是字符的ASCII 代码值。调用该函数，求解与该ASCII 代码值所对应的字符。,ICHAR(char),参数char是字符，调用该函数，求解与参数char所对应的ASCII 代码值。,LEN(string),参数string是字符串，调用该函数，求解string字符串的声明长度值。,LEN_TRIM(string),参数string是字符串，调用该函数，求解string字符串去除尾端空格后的实际长度值。,INDEX(string,key),参数string是字符串，key是其中的子串。调用该函数，求解子串key在string字符串中第一次出现的位置值。,TRIM(string),参数string是字符串，调用该函数，求解string去除尾端空格后的字符串,58,精选2021版课件,例如：,PROGRAM eex5_3,CHARACTER*1 c1,c2,c3*19,c4*10,c5*8,c6*8,INTEGER:num=99,asc,len1,len2,len3,c1=a,c3=This is a computer.,c4=computer,c5=computer,c2=CHAR(num),！调用函数CHAR()求解与参数num的ASCII代码值对应的字符,asc=ICHAR(c1),！调用函数ICHAR()求解与参数a对应的ASCII代码值,len1=LEN(c3),！调用函数LEN()求解字符变量c3的长度,len2=LEN_TRIM(c4),！调用函数LEN_TRIM()求,解,去掉字符变量c4末尾空格的实际长度,len3=INDEX(c3,c5),！调用函数INDEX()求解子串c5在字符变量c3中的位置值,c6=TRIM(c4),！调用函数TRIM()求解去掉字符变量c4末尾空格的字符串,PRINT*,与参数num的ASCII代码值对应的字符是：,c2,PRINT*,与参数字符a对应的ASCII代码值是：,asc,PRINT*,字符变量c3的长度是：,len1,PRINT*,去掉字符变量c4末尾空格的实际长度是：,len2,PRINT*,子串c5在字符变量c3中的位置是：,len3,PRINT*,去掉字符变量c4末尾空格的字符串是：,c6,END,59,精选2021版课件,程序的运行结果是：,与参数num的ASCII代码值对应的字符是：c,与参数字符a对应的ASCII代码值是：97,字符变量c3的长度是：19,去掉字符变量c4末尾空格的实际长度是：8,子串c5在字符变量c3中的位置是：11,去掉字符变量c4末尾空格的字符串是：computer,60,精选2021版课件,