For90-分析教案资料

For90-ppt分析

计算机几乎可以做任何事情；只要能把实际问题抽象、制作为计算机可求解的程序。计算机求解问题的步骤：计算机能做什么？分析抽象模型求解命令编程调试程序实际问题问题模型求解算法编制程序问题实现2“深蓝”与卡斯帕罗夫国际象棋棋盘有64格，每方有16个子。棋手在思考下一步棋时大约有35种合法选择。下棋程序靠的是基本的行棋知识和强大无比的检索演算能力。这种信息检索选择方式好比一棵树；共有35个枝干，每个枝干有35个树杈，…，最终到树叶，即可供选择的结果。越好的程序，所派生的树枝树杈就越多。一般来讲，电脑每下一步棋，仍需有500亿或600亿种选择。34两本教材（互为补充）：FORTRAN90程序设计（上课、上机）FORTRAN90程序设计实验指导与测验（上机）关于本课程教学几点说明5教学课时（3学分）上课48学时（3学分）上机48机时（其中教师辅导24机时）关于本课程教学几点说明6课内上机安排：

大禹1-4班：周四中午2周303周四第三大节3-13周404、4067答疑时间：每次上机时间、课间期末考试前复习资料：FTP://关于本课程教学几点说明8本门课的成绩评定：平时+期末=总评成绩平时：作业、考勤、课堂提问关于本课程教学几点说明9作业包括两种：书面作业：每个同学准备几张白纸，作业可能是课堂上做或课后做。上机作业：每次上机均要将所做的练习保存，并定期上交作业。关于本课程教学几点说明10课程要求掌握一种程序设计语言提高程序的分析、设计和调试等能力培养计算思维11“纸上谈兵”学不出程序设计本领；只有大量上机、编程、调试，才能掌握。你的编程能力和你在机器上投入的时间成正比。课程要求12考试时间：2014年秋季10月中旬考试形式笔试(120分钟)机试(70分钟)关于江苏省计算机等级考试13一、笔试：考试时间为120分钟关于江苏省计算机等级考试14二、机试：考试时间为70分钟15 通过省计算机二级考试，则发给合格证书或优秀证书。同时，自己还可以到省劳动厅技能办公室换取中级程序员证书。16第1章程序设计基础知识§1.4计算机软件§1.1计算机简介§1.2程序设计语言§1.3算法的描述17第一章程序设计基础

§1.1计算机简介

18过去的计算工具算盘计算尺手摇计算器电动计算器我国研制第1颗原子弹时使用的飞鱼牌手摇计算机（新华网图片）

19Pascal’s加法机1642年，法国数学家B.Pascal用钟表元件制造了一种能够做两个十进制数加减法的机器20第1台电子计算机诞生1946年美国宾州大学研制成功第1台数字电子计算机Photo:vanPeltLibrary,UPenn.18000电子管,6000开关占地面积:150m2重量:30吨功耗:140KW运算速度:5000次/s21计算机的发展

计算机速度提高、功能增加、成本降低、应用扩大，其发展之快，不断改写预测。60多年来发展速度之快大大超出人们的预料：性能提高、功能增加、价格降低应用领域扩大软件技术和软件产品层出不穷……22计算机的应用

科学计算信息处理实时控制辅助设计人工智能23冯·诺依曼教授（JohnVonNeumman）和他设计的“存储程序式”计算机EDVAC（埃德瓦克）问题：60年来没变的是什么？基本结构和工作原理24硬件：计算机系统中所有实际物理装置的总称软件：在计算机中运行的各种程序和相关的数据及文档

§1.1计算机简介计算机系统的组成25

特点：采用了二进制。数据和指令采用二进制存储；建立了存储程序。编好的程序放在存储器里，计算机自动按程序工作。计算机硬件运算器控制器主机：外设中央处理器CPU内存储器外存储器I/O设备2627什么是程序设计语言？语言的目的是用于通信程序设计语言用于人与计算机之间的通信程序设计语言是由人使用但计算机可以理解的一种语言程序设计语言用于编制程序，表达需要计算机完成什么任务和怎样完成任务，然后交给计算机去完成28程序设计语言填补了

人与计算机交流的鸿沟计算机硬件仅仅知道0和1有问题需要计算机解决的人交流的鸿沟计算机硬件仅仅知道0和1有问题需要计算机解决的人程序设计语言29机器语言汇编语言高级语言CPU指令系统，由0、1序列构成的指令码组成如：10000000加10010000减用助记符号描述的指令系统如ADDA,B面向机器的语言（低级语言）算法描述近似与数学形式：Integer::a,b,ca=2;b=3;c=a+b；print*,c面向算法的语言（高级语言）§1.2程序设计语言30语言示例比较例：机器语言程序计算A=15+1010110000000011110010110000001010把15放入累加器A中10与累加器A中的值相加,结果放A中11110100结束，停机31汇编语言

MOVA,15:把15放入累加器A中ADDA,10:10与累加器A中的值相加，结果仍放A中HLT:结束，停机32高级语言A=15+10:15与10相加的结果放入A中PRINTA:输出AEND:程序结束

33程序设计语言的分类1.机器语言：二进制代码形式，可以被计算机直接执行，不可移植2.汇编语言：用助记符来代替机器指令，容易记忆，不可移植3.高级语言：接近自然语言（英语）的程序设计语言，又称算法语言，易学、易用、易维护，可移植性好例：FORTRAN、VISUALBASIC、PASCAL、C、C++、JAVA等34

工作过程(FORTRAN语言源程序) 高级语言源程序机器指令目标程序编译程序（事先放入计算机）目前，高级语言种类很多，各有特色，但本质相同。35§1.3算法描述

计算机解决问题过程通常分为需求分析、算法设计、程序编码和编译调试等四个阶段。阶段任务要明确，养成先分析、再下手、最后调试的习惯。36(1)需求分析（建模）：确定并理解问题；(2)算法设计：解决问题的方法与步骤(3)程序编码：使用某种程序设计语言描述算法(4)编译调试：进行评估，改进算法和程序37

算法含义广义：解决某个问题或处理某个事件的方法和步骤。现代含义是计算机解题步骤。38算法描述的方法

文字说明

伪代码

流程图……39文字说明例如，比较两数A、B的大小，输出较大的数思路：

（1）读入A、B（2）判断A是否大于B（3）若是则输出A，否则输出B（4）结束40伪代码一种介于自然语言和程序设计语言之间的文字和符号表达工具描述算法的方法：

IFA>B输出AELSE输出BENDIF41图形符号名称代表的操作输入/输出数据的输入与输出处理各种形式的数据处理判断判断选择，根据条件满足与否选择不同路径起止流程的起点与终点特定过程一个定义过的过程流程线连接各个图框，表示执行顺序连接点表示与流程图其他部分相连接流程图描述42开始输入A、BA≥B输出A输出B结束YN43算法是解决问题的方法与步骤例：有三个硬币，其中一个是伪造的，另两个是真的，伪币与真币重量略有不同。现在提供一座天平，如何找出伪币呢？44“比较Ａ与Ｂ的重量，若Ａ＝Ｂ，则Ｃ是伪造的；否则再比较Ａ与Ｃ的重量，若Ａ＝Ｃ，则Ｂ是伪造的；否则Ａ是伪造的。”45开始C是伪币B是伪币A是伪币A＝B？A＝C？是否否是46§1.4计算机软件软件分为：

应用软件系统软件

47系统软件

为了给用户使用计算机提供方便，管理系统中的软、硬件资源应用软件

专门用于帮助最终用户解决各种具体应用问题的软件48通用应用软件的类别与功能类别功能流行软件举例文字处理软件文本编辑、文字处理、桌面排版等Word、AdobeAcrobat、WPS等电子表格软件表格定义、数值计算和统计、绘图等Excel等图形图像软件图像处理、几何图形绘制、动画制作等AutoCAD、Photoshop、ACDsee、3DSMAX等媒体播放软件播放各种数字音频和视频文件MediaPlayer、RealPlayer、Winamp等网络通信软件电子邮件、聊天、IP电话等OutlookExpress、MSN、QQ、ICQ等演示软件投影片制作等PowerPoint等信息检索软件在数据库和因特网中查找需要的信息Google，天网，百度等个人信息管理软件记事本、日程安排、通讯录、邮件Outlook，LotusNotes游戏软件游戏、教育和娱乐棋类游戏、扑克游戏等49什么是系统软件？举例：操作系统（如Windows、Unix、Linux等）程序开发工具与环境（如Fortran语言编译器等）数据库管理系统（DBMS）……50第二章FORTRAN基础知识2.1 FORTRAN语言的发展2.2 源程序及其构成2.3 语言元素2.4 程序单元概念51§2.1Fortran语言的发展简史一、FORTRAN含义及其适用范围

FORmulaTRANslator公式翻译器

科学和工程计算问题的程序设计语言

是第一门广泛应用的程序语言

著名编程语言Fortran创始人巴库斯(JohnBackus)

FORTRAN语言的重要意义：Fortran堪称是软件行业的转折点，就像微处理器对硬件行业一样重要。Fortran改变了人机通信的方式，使得程序语言更容易被用户理解和接受。因此，Fortran一直被认为是首款大获成功的高级语言。1977年巴库斯获图灵奖52阿伦.图灵（AlanTuring）英国数学家、哲学家、密码破译家

30年代初，发表了一篇著名的论文《论数字计算在决断难题中的应用》，他提出了一种十分简单但运算能力极强的理想计算装置，用它来计算所有能想象得到的可计算函数。图灵的思想奠定了现代计算机科学的理论基础。

.uk/turing//S-Z/details~z/Turning.htm对计算机的诞生和发展做出重大贡献的两个人：冯·诺依曼（JohnVonNeumman）阿伦·图灵（AlanTuring）

53Fortran语言的发展简史第一个FORTRAN语言版本是在1954年提出的，在1956年正式发布使用。1958FORTRANⅡ1962FORTRANⅣ1978FORTRAN771991.FORTRAN901997.FORTRAN95

FORRAN95不象FORTRAN90在FORTRAN77添加很多内容，只能视为90的修正版，加强了并行运算方面的支持54启动：开始菜单—程序组—VisualFortran5.0——DeveloperStudio

一、启动和退出FortranPowerStation55项目工作区窗口输出窗口文档窗口56二、DeveloperStudio用户界面1、界面组成：菜单、工具栏——上端左边：项目工作区窗口右边：可用于编辑文件和阅读文档的主工作区下端：输出窗口和状态栏57三、开发Fortran应用程序1、运行VisualFortran5.02、新建文件3、输入代码，保存(.f90)4、编译(.obj)5、构建(.exe)6、运行587、一个程序完成后，必须用菜单File/CloseWorkspace关闭，才可以新建另一个程序。8、下次要修改程序时，可直接使用菜单File/OpenWorkspace来打开*.dsw文件或File/Open来打开*.f90文件。59一般步骤新建—保存(f90)—编译(obj)—构建(exe)文件—运行—关闭工作空间(closeworkspace)几个主要文件:dsw:工作空间文件dsp:项目文件f90:源程序文件obj:编译结果文件exe:可执行文件60注意保存f90源程序的文件夹名称不能是中文61§2.2FORTRA90源程序及构成P16页例题[2-1]华氏温度与摄氏温度转换PROGRAMH_TO_C

!温度转换

REAL::TC,TH READ*,TH TC=5*(TH-32)/9 PRINT*,TH,TCENDPROGRAMH_TO_C62P16页例题[2-1]华氏温度与摄氏温度转换PROGRAMH_TO_C

!温度转换

REAL::TC,TH READ*,TH TC=5*(TH-32)/9 PRINT*,TH,TCENDPROGRAMH_TO_C注释语句类型说明语句主程序开始语句（可省）主程序结束语句程序体可执行语句632.2.1源程序的构成(P18)：1、Fortran程序是一种分块结构，由若干个程序单元组成： 主程序、子程序、模块2、每个程序单元都是独立的，应独立编写：program程序名称!可省略

说明语句部分 执行语句部分ENDprogram程序名称程序体3、各程序单元的程序体形式相同，都由若干行构成： (1)说明语句行(2)可执行语句行 (3)注释行64说明语句行：用于说明变量的类型、属性等可执行语句行：输入、赋值、输出注释语句：！（感叹号）后的所有字符可独占一行，可在其它语句之后。65P17页例题[2-3]求FUNCTIONFACTOR(N)RESULT(FAC_RESULT)

IMPLICITNONE INTEGER::N,FAC_RESULT,I FAC_RESULT=1 DOI=1,N FAC_RESULT=FAC_RESULT*I ENDDOENDFUNCTIONPROGRAMCAL_FACTOR

IMPLICITNONE INTEGER::FACTOR,S=0,I DOI=4,8 S=S+FACTOR(I) ENDDO PRINT*,'S=',SENDPROGRAMCAL_FACTOR子程序主程序说明语句行可执行语句行说明语句行可执行语句行66书写格式Fortran程序代码的编写格式有两种：

FreeFormat（自由格式）扩展名：.F90建议所有程序全部用自由格式来编程

FixedFormat（固定格式） 扩展名：.F或.FOR，本教材不采用

671.每行可以编写132个字符。2.一行程序代码的最后如果是符号&，代表下一行程序会和这一行连接。3.一行可以有多个语句，用“;”分隔

如：N=0;T=04.所有符号必须在西文状态下书写格式——FreeFormat（自由格式）68!FreeFormatprogrammainprint*,’Hello’!你好print*,&'Hello'end69注释标志符：！语句分隔符：；(分号)

一行书写多条语句时，语句之间的分隔用；续行符：&一条语句分多行书写时，续行标记用&书写格式(标志符)70§2.3语言元素Fortran90的语言元素是指在程序设计中所用到的基本成分，例如字符集、常量、变量等。只有了解并掌握了这些基本要素，才可能正确自如地使用该种语言。71

2.3.1FORTRAN90字符集：编写Fortran90程序时，所能使用的所有字符及符号。1、26个字母：

A~Z（a~z）程序中不区分大小写2、

10个数字：0~93、_(下划线)4、21个特殊符号（表2-1）：空格=+-*/（），：.$‘！”%&；><？72Fortran90中的类型分为基本类型和派生类型两种。基本数据类型有五种：整型、实型、复型、字符型和逻辑型。前三种属于数值类型，后两种为非数值类型，主要用于文字处理和控制。整型(INTEGER)实型(REAL)复型(COMPLEX)字符型(CHARACTER)逻辑型(LOGICAL)2.3.3基本数据类型数据类型都具有参数化特性(KIND参数，种别),通过KIND参数对其进行细化。73整型(INTEGER)实型(REAL)复型(COMPLEX)字符型(CHARACTER)逻辑型(LOGICAL)常量是直接写在程序中且在程序运行期间保持不变的数据,在程序中直接用于计算和处理如125、12.5、(12.5,25.5)、“China”、.TRUE.等。74FORTRA90源程序及构成P16页例题[2-1]华氏温度与摄氏温度转换PROGRAMH_TO_C

!温度转换

REAL::TC,TH READ*,TH TC=5*(TH-32)/9 PRINT*,TH,TCENDPROGRAMH_TO_C75Fortran的数据类型1.整型常量（INTEGER）

整型常量又叫整数，其取值范围通过种别参数值来表示的。76FORTRAN90通过KIND值确定整数的存储开销、最大位数和取值范围,如表所示。KIND值字节数二进位数取值范围118-128~1272216-32768~327674432-2147483648~2147483647

缺省KIND值则取默认值4。整型数据支持3种kind_Value：1，2，4(字节)可在数值后用下划线标明种别，没有下划线为缺省种别。77信息的存储比特（bit，binarydigit的缩写）中文翻译为“二进位数字”、“二进位”或简称为“位”如同DNA是人体组织的最小单位、原子是物质的最小组成单位一样，比特是组成数字信息的最小单位比特只有2种取值：0，1数值、文字、符号、图像、声音、命令······都可以使用比特来表示781B(字节)=8bit（位）

经常使用的存储单位有：1KB=210字节=1024B；1MB=220字节=1024KB；1GB=230字节=1024MB；1TB=240字节=1024GB79如：0 +456 -789 69_2 1234456789_4 -13_1

例，下列六个数都是合法的整数：没有下划线的数都具有缺省种别。80

在FORTRAN90中，也可以表示二进制、八进制、十六进制形式的无符号整数。其形式如下：二进制数：B’101101’或B”101101”八进制数：O’76210’十六进制数：Z’1FA2’Fortran的数据类型81八进制及十六进制八进制

八种状态，逢八进一（0，1，2，3，4，5，6，7）十六进制十六种状态，逢十六进一（0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F）82判定整数,指出合法整数和非法整数？说明原因-128、358_5、5.234、130_1、+3276、-52467、o136832.实型常量（REAL）：

实型常量又叫实数，它具有数学实数的近似值。 实型常量种别分为两种：

KIND=4单精度（默认） KIND=8双精度实数最常见的两种表示形式是：小数形式和指数形式小数形式：由十个数字、小数点及数符组成的数。指数形式：对绝对值相对较小或很大的实数。84⒈小数形式：

例-100.30.5

(.5)

5.0

(5.)

注：小数点必须有。

85

⒉指数形式：数字部分E±指数部分科学计数法0.876=876×10-3

876E-3

=87.6×10-2

87.6E-2 =0.0876×10+1

0.0876E+1 …⑴数字部分

⑵指数部分：只能为整数错例：4E5.6小数形式实数整数86⑶数字部分不能丢；

例：10-4：E-4（错）

1E-4（正确）

87⒊实数种别为4时，存储7位有效数字(单精度数)。例：12.6E3_44.实数种别为8时,存储15位有效数字（双精度数）例：0.4567D6

883.复数（COMPLEX）

复型常数又叫复数。具有数学复数的近似值。在科学和工程计算中被广泛用到。复数是实数的有序对，将两个实数中间用逗号分隔，然后再放在一对括号中就构成了一个复数。复数以a+bi的形式来表示数值，复数中的a、b称为实部和虚部。可为实数，也可为整数。 i为Fortran的数据类型89复型常量的表示：数学2+3i

一般形式：（实部系数，虚部系数）

FORTRAN90(2,3)(1,2.3_4)、(25,12.5)904.字符（CHARACTER）

计算机除了存储数字之外，也可以在内存中记录一段文本，字符类型可以记录的东西非常广，从键盘输入的任何东西，不论是数字、文本或任何特殊符号，它都可以记录，只记录一个字母、符号时的数据类型称为“字符”，记录一连串的字符时，就称为“字符串”。91字符常量的表示：‘一串字符’(单引号)或“一串字符”（双引号）

例：’hello’“欢迎学习FORTRAN90”3.长度:字符的个数,长度可为0如：’’或“”4.字符可以比较大小‘a’<‘b’‘0’<‘1’注意⒈区分字符大小写‘a’

‘A’⒉空格有效‘abc’‘abc’925.逻辑常量（LOGICAL）

逻辑判断只能保存两种逻辑结果，分别为.true.和.false.。注意：逻辑值两边的点必须有，不区分大小写.93下列数据中，不符合FORTRAN90常量表示的是

。A、-26.5B、3.14159C、’boot’D、true942.3.4名字名字被用于标识一个程序成分，如，程序单元、变量名、有名常量、虚元或派生类型。对于名字有下列要求：

1.名字的长度不能超过31个字符 2.名字的组成成分可以是字母、数字和下划线 3.名字的第一个字符必须是字母 4.在名字中不能出现空格提倡使用具有一定含义的名字，提高程序的清晰度和可读性。95以下名字正确吗：2ATHISABC*X.y.zX_y_z961、定义：程序运行过程中值可变化的量2、

三要素：名称、类型、值

命名的规则字母、数字、下划线组成字母开头长度1-31个2.3.5变量973、变量含义：实际是内存中的一个存储单元，存放变量的值。特性：取之不尽，一冲就跑，总采用当前值参与运算。

例：A=2AB B=3 A=A+B B=A*B

注：A、B必须有确定值，如未定义，值不可预测 （有时按0处理）23984、变量类型：基本类型有五种，同常量五种变量的类型说明关键字：整型：INTEGER实型：REAL复型：COMPLEX逻辑型：LOGICAL字符型：CHARACTER99变量类型P271.将关键字放在最前面,待说明的变量放在后面，中间用双分隔符::隔开，对于同时说明多个变量，变量之间用逗号分隔。

INTEGER::I,j,k3个整型变量REAL::X,Y2个实型变量2.在变量说明的同时，可以给变量赋初值。INTEGER::I=5，J=126REAL::X=7.2，Z=3.6，W=774.23.在说明变量的同时也可说明其种别

REAL(KIND=4)::X,Y

1004.在说明变量的同时，还可说明变量的属性INTEGER,PARAMETER::I=5,J=12PARAMETER是常数属性，I为整数5，J为整数12，值不能修改。1012.3.6派生数据类型根据需要而由基本数据类型定义新的数据类型。在一个派生类型中可包含多个基本类型。如：

TYPESTUDENT(定义开始)

CHARACTER(LEN=20)::DEPARTMENTCHARACTER(LEN=10)::CLASSCHARACTER(LEN=15)::NAMEINTEGER::NUMBERENDTYPESTUDENT（定义结束）102派生类型变量的定义：TYPE(STUDENT)::PERSON变量的赋值：

PERSON=STUDENT("COMPUTER","92_2","LILIN",21)成员的表示：

PERSON.CLASS='92_2'PERSON%NAME="LILIN"1032.3.7基本类型数组数组是具有相同类型的元素的有序集合。数组在使用之前必须说明。说明的内容有数组名字、类型、维数及每一维的上、下界等。例数组的说明：INTEGER，DIMENSION（1:50）::X数组名为X，类型为一维整型，元素个数为50。INTEGER，DIMENSION（5，3）::B数组名为B，类型为二维整型，元素个数为5*3个

维界：下界：上界，如 1：50

缺省下界则下界为1104FORTRAN90规定数组维数最多为7维。几个概念：秩 ：维数维的长度：每维中元素的个数数组大小：数组中元素的个数形：长度的序列(也是一个数组）例如：INTEGER，DIMENSION(-3:4，7:15，-4:8，4)::SUM该数组的秩为：4维的长度分别为：8，9，13，4大小为：8*9*13*4=3744个元素形为：(8，9，13，4)105数组的引用：

通过指定下标值的办法来实现。下标值可为整数或整型表达式。下标值不能越界（不能超过说明数组时上、下界的值），个数必须与数组的秩相等。注意：1.允许对数组名进行运算。2.允许对数组片段进行操作。所谓数组片段是指数组中某些连续元素的重新组合。数组片段也是一个数组。如：INTEGER，DIMENSION（1:50）::X

X(I:J)是X数组的数组片段，共有J-I+1个元素1062.3.8字符子串字符型常量又叫字符串。只要字符变量的长度>1，则可以将其看作数组来进行理解,一个字符串的一部分称为子字符串或字符子串。字符数组：CHARACTER（LEN=1），DIMENSION（80）::ROW

引用：ROW（I）字符串：

CHARACTER（LEN=80）::ROW

字符子串引用：ROW（I:I）

ROW（4:7）107字符串：

CHARACTER（LEN=80）::ROW 引用：ROW（I:I）；ROW（4:7）特殊：ROW（:I）相当于ROW（1:I）ROW(I:)相当于ROW（I:80）