fortren90第一章.ppt

1、自我介绍,主讲教师:,张洪志,办公地点:,实验楼204室,办公电话:,86413080,电子信箱:,为什么学习fortran90语言,信息社会,父母期盼成才,科技工具,通过水平考试 (择业的条件),如何学习fortran90语言,课堂教学,+上机,课程要求,课前请做好预习 保持课堂安静，头脑清醒，思维活跃 认真、独立、按时完成并提交作业 重视上机实践，有效利用宝贵的上机时间,一、教学内容：,fortran90语言程序设计的基本语法、 基本句法、基本结构和基本程序设计方法。,二、教学目的：,学习结束学生应达到三会 会读程序、会编程序、会调程序。,三、教学环境：,采用多媒体教学环境：黑板、投影、程

2、序编制、演示、调试等。,1fortran程序设计，谭浩强，清华大学出版 2fortran90教程，潘在元，浙江大学出版社 3 fortran90，马瑞民，哈尔滨工程大学出版社,四、参考教材：,五、课程验收：平时、实验、作业、期末六、教学时数：20/20,第一章FORTRAN90基础知识,该章的学习内容,学点什么哪?,了解程序语言的发展简史及计算机语言的分类。 了解fortran90语言的发展简史及特点。 了解计算机程序编制的步骤 。 了解fortran90语言的常用符号,本章的学习难点,fortran90语言 编制的全过程,计算机语言与人类语言,自然语言：人类为了交流思想、表达感 情、交换信息

3、，逐步发明了语言。,人工语言：为了某种专门需要，人类又 发明了一些新的交流工具。,程序设计语言：人类为了能够更好地与计 算机进行通讯，发明了专门与计算机 打交道的交流工具。,什么是语言？,在长期的历史发展过程中，人类为了交流思想、表达感情、交换信息，逐步发明了语言。在不同的地理环境、历史条件下生成了不同的语言形式。,描述作用、交流作用和标志作用（软件语言可作为计算技术发展的里程碑标志） 语言是人类生活的必要工具，不同的语言被使用于不同的领域和方面 在计算领域，也存在不同层次的语言，本书所论及的是实现层次的语言，即程序设计语言。 程序设计语言=字符集+规则集（用于组合字符） 任何用于描述算法和数

4、据结构的一套符号系统均可称为程序设计语言,语言的作用,语言的种类,自然语言(Natural Language) 诸如：汉语、英语、法语、俄语、日语. . 人工语言（Artificial Language） 诸如：旗语、哑语 程序设计语言（Programming Language） C语言、BASIC语言、FORTRAN语言,语言的功能,交流,人,人,计算机,自然语言、人工语言,计算机语言,语言的组成,自然语言的缺欠,自然语言具有歧义性。即相同的一句话，在不同的场合、用不同的语气表达回有完全不同的意义。 例如： 发展中国家兔 南京市长江大桥,计算机语言的特点应包括,与自然语言尽量相似、相同。符合

5、人类的思维方式。 不能具有歧义性。否则，会需要很多的注解来解释其意义。 应当尽量简单。,程序语言的发展简史,到现在为止，数百种不同的程序设计语言被设计并实现了出来，其中包括 20世纪50年代的FORTRAN和LISP； 20世纪70年代出现的Ada、C、Prolog、Pascal、SmallTalk； 20世纪80年代出现的C+、ML、Perl、Postscript； 20世纪90年代的Java。,程序语言的侧重面,基于数字计算的语言 主要代表：FORTRAN是为IBM704量身定做的主要面向数学计算。 商业语言 主要代表：1960年在美国国防部的主持下开发的COBOL语言。 人工智能语言 主

6、要代表：麻省理工学院为IBM 704设计了LISP语言；Prologe则是面向特殊用途的语言。 系统语言 主要代表：C语言，用于开发UNIX操作系统。,自然语言的构成,字,程序设计语言的构成,基本单元,词、常量、 变量、函数,语句,程序,4.第四次飞跃：20世纪90年代的Java 的出现标志着单机语言向网络语言 的跨越，出现了第四次飞跃。,3.第三次飞跃：由80年代初期的面向 过程的程序设计，跨越到80年代的 面向对象编程，出现了C+、ML、 Perl、Postscript等与自然更接近的 语言，出现了第三个飞跃 。,2.第二次飞跃：20世纪70年代出现 的结构化程序设计语言Ada、C、 Pr

7、olog、Pascal、SmallTalk。,语言发展的四个飞跃,1.第一次飞跃：从1946到1956年10年 的时间，计算机语言从最初的基于 二进制的语言发展到可以编译的语 言。,计算机（Computer） 计算机是用来延伸人的能力的工具，需要人来驾驭 AI能实现吗？（AI，Artificial Intelligence，人工智能） 会有那么一天，人与计算机的位置互换吗？ 我们的职责是让它更容易被驾驭 自我毁灭的过程 人与计算机的对话 机器语言 计算1+1 汇编语言 BASIC语言 C语言,人与计算机的对话 机器语言 计算1+1 汇编语言 BASIC语言 fortran90语言,机器语言,计

8、算1+1,10111000 00000001 00000000 00000101 00000001 00000000,汇编语言,BASIC语言,PRINT 1+1,fortran90语言,Program main Implicit none Print*, 1+1 end,计算机基本工作过程,整个过程的执行者是硬件，但硬件是受软件控制的 编程，就是编写软件，使硬件按照人的意图工作,编译运行,编译过程 程序员（Programmer）编写程序源代码（Source Code） 编译器（Compiler）把源代码转换为可被计算机理解的机器代码（Machine Code），并把机器代码以可执行文件（Ex

9、ecutable File）的形式保存在磁盘上 软件的运行 计算机把机器代码读入到内存（Memory），由CPU运行这些代码，读取输入（Input），产生输出（Output），完成程序员预定的功能,编译语言,一种编译语言对应一种编译器 程序员按照该语言的语法编写程序源代码，把自己的意图融入到代码中 编译器读入源代码，把程序员的意图转换成可执行程序，供他人使用,for语言,可执行程序,编译器,解释运行,解释运行过程 程序员编写程序源代码 解释器读入源代码，并执行源代码 解释运行的语言特点 执行速度慢 好学易用 先编译、后解释 把源代码编译成更容易解释的中间代码，然后再解释运行,程序语言应用侧重面

10、,基于数学计算语言：fortran。 商业语言：COBOL。 人工智能语言：LISP、Prologe 。 系统语言：PASCAL、C ,第一节 FORTRAN语言的发展历史 FORTRAN语言是最早出现的计算机高级语言，主要用于科学和工程计算。FORTRAN是FORmula TRANslation（公式翻译），由美国人John Backus提出，1956年开始正式使用。 两个典型的版本 FORTRAN 1958年 FORTRAN 1962年,1966年美国标准化协会(ANSI)以FORTRAN 为基础，制定了美国国家标准文本，即FORTRAN66。 1972年国际标准化组织（ISO）宣布将FO

11、RTRAN66作为ISO的FORTRAN标准文本。 ANSI于1976年提出了FORTRAN66的修订文本，并于1978年正式公布新的国家标准，即FORTRAN77。,自然语言写文章的步骤,必须确定内容，例如：我们想写一个“如何养兔子”的文章 。 需要确定以何种形式（小说、说明文、论述文、漫画.）表达内容。 确定文章的格式、内容的安排。 第一章. . 第一节 . . 第二节 . . 第二章 . . 第一节 . . 第二节 . . . .,自然语言写文章的步骤（续）,文章的书写是有格式要求的，标题字体多大、前面空几个格，每段开始时空几个格，标点符号在什么条件下如何使用，. . ； 假设文章的第一

12、稿已经完成，要找出版社出版，出版社向你提出的第一个条件将是校验文章的错误，校验文章是否有错别字、标点符号运用是否合理、段落是否清晰，校验文章叙述是否正确、目的是否叙述清楚等； 出版社会为你检查你的文章是否符合出版的要求，发现问题，会将文章返回给作者重新修改，. .，一直到完全没有问题为止；,自然语言写文章的步骤（续）,出版社为你出版你的书如何养兔子。 将上面的步骤用流程图的形式表示出来：,自然语言写文章的步骤（续）,用计算机语言编制程序步骤,必须确定编程的内容，也就是我们要编一个什么程序。 人员档案管理系统？ 游戏软件？ 数据压缩软件？ 防病毒侵犯程序？ 需要确定以何种形式来实现我们的目的。

13、选择包括编一个DOS、UNIX、LINUX、Windows还是OS/2程序。 写出流程图 （1） （2） （3） ,用计算机语言编制程序步骤（续）,准备工作已经完成，开始根据流程图编写程序代码。 如果选择fortran语言，则我们必须按照fortran语言的相应规定来书写源代码。我们必须清楚fortran语言的基本元素有哪些、书写是有那些格式要求、符号运用有那些规定，. . 。 程序必须书写在计算机上，才能运行(RUN)，必须有编辑器（Editor）。WPS、Microsoft Word 已经书写完程序源代码 ，肯定正确吗？ fortran语言的错误包括两种。 其一为警告错误（Warning）

14、。警告错误是不太重要的错误，计算机有时可以在有警告错误存在的情况下运行，诸如“Warning：x is defined，but never used”。 其一为致命错误（Error）。致命错误必须找到错误原因并修改过来，不允许“带病”运行。,用计算机语言编制程序步骤（续）,修改完出错信息后，再编译程序源代码，如果还有错误，回到第五步，重新修改程序，直到没有任何错误为止。 连接过程（Linker），将生成的中间代码连接函数库生成可执行文件。 将上述过程用流程图表示如下：,用计算机语言编制程序步骤（续）,一个编程实例,求任意两个正整数的最大公约数。,编程步骤1需求分析,了解、分析需要处理的对象：,

15、处理什么：两个数据。 数据的性质：正整数。 有无限制：没有。,找出最后要求的结果：,求两个数的最大公约数。,编程步骤2找出算法,算法1:,用从1到n的每一个数去除m和n,最后,一个能同时整除m和n的数即是最大公约数。,算法2:,用从n到1的每一个数去除m和n,第一个,能同时整除m和n的数即是最大公约数。,算法3,算法3:,实例,求28和16的最大公约数。,28/16 余 12,16/12 余 4,12/4 余 0,编程步骤3画出框图,Mod(m, n)R,yes,编程步骤4编写代码,Program main Implicit none Integer a,b,r Read(*,*)a,b R=

16、mod(a,b) Do If(r=0)exit A=b B=r R=mod(a,b) End do Print*,b end,编程步骤5,6程序调试,1.程序编完后，如程序有错，可在编辑状态 修改源程序。 2.如编译有错，可回编辑状态修改源程序。 3.如运行结果有错，可在编辑状态修改源程 序。,编程步骤7,8生成代码并执行,生成可执行代码： 执行可执行文件名。,编程步骤9程序测试,将大量的真实的程序测试数据输入给计算机，看其输出的结果，结果如有错误，则找出程序的逻辑错误，在编辑状态重新修改，然后再编译。,第二节FORTRAN90标准,1982年起，对ANSI负责的X3J3FORTRAN委员会和

17、对ISO负责的WG5 FORTRAN委员会开始着手研究FORTRAN的第三个版本，即FORTRAN90。 91年ISO公布了它的FORTRAN90标准文本 92年ANSI公布了它的FORTRAN90标准文本 96年ANSI和ISO公布了FORTRAN95标准文本,第三节FORTRAN90文字集,FORTRAN90源程序（文本文件）使用下列字符： 1字母：26个英文字母（大小写） 2阿拉伯数字（09） 3专用字符 22 空格 * / （ ） ， . $ (单撇号) ： (F77 13) _(下划线) ! “(双撇号) % ? （F90增9个） 共计58个字符 字符数据和注释可以使用以上其他字符（

18、含汉字等）,第四节F90源程序的书写格式,FORTRAN90 采用两种格式： 1.固定格式 文件扩展名 .FOR 2.自由格式 文件扩展名 .F90 一、固定格式 过时，故不重点介绍 二、自由格式 程序行最长132个字符，不要求从第1列写。,F90书写格式例题,!计算两个数的平方根和 PROGRAM EX1 Implicit none REAL*4 A,B,C READ*,A !读入A的值 READ*,B !读入B的值 !上面两行等价于多语句行READ*,A; READ*,B !READ*,A,B !读入A、B的值 C=SQRT(A)+& !原始行 &SQRT(B) !续行 PRINT*,C=

19、,C PRINT*,C& =,C PRINT*,C& &=,C END PROGRAM EX1,FORTRAN90自由格式书写规则,自由格式书写规则解释,原始行：没有！或&出现在第一个非空白处的非空白行 继续行：若一行的最后一个字符（注释除外）为&，则下一行为续行。若续行的第一个非空白字符是&，则该行从&后第一个字符算起，否则从第一列算起 最多只能有39个续行,4. 注释： ！后的内容为注释内容，可独占一行或 在行尾部，不允许有续行。 5. 语句标号： 15位正整数，在:之 后。 6. 空格： 空格不能出现在编辑符中，除非是一个 字符常数。但空格可以作为分隔符将关 键词、名字、语句标号分开，多

20、个连续 的空格与一个空格作用相同。,三、INCLUDE语句,功能： 相当于把文件的内容插入到inlude语句出现的位置。 格式： INLUDE 文件说明符 或 INLUDE 文件说明符 说明： 文件说明符:由盘符、目录名、文件名构成。,include示意过程,1,文件包含的注明,1.在被包含文件修改后，凡包含此文件的所 有文件都要重新编译。 2.一个include命令只能指定一个被包含文件， 如果包含n个文件，要用n个include命令。 3.在一个被包含文件中还可以包含另一个被包 含文件，即文件包含是可以嵌套的。,INCLUDE语句可以出现在程序单元的任意位置，单独占一行，不允许有语句标号和

21、续行，但可以含注释。 INCLUDE文件是程序单元的一部分， 不能单独编译。 INCLUDE文件的扩展名： F90 .F90,INCLUDE语句例题,PROGRAM EX1 REAL*4 A,B,C READ*,A,B C=SQRT(A)+ SQRT(B) PRINT*,C=,C END PROGRAM EX1,PROGRAM EX1 INCLUDE d:testinc1.f90 C=SQRT(A)+ SQRT(B) PRINT*,C END PROGRAM EX1 有文件d:testinc1.f90，内容为 REAL*4 A,B,C READ*,A,B,第五节计算机算法,算法与算法的表示方法

22、,1. 算法的概念 2.算法的表示方法 2.1.自然语言表示 2.2.流程图表示 2.3. N-S结构化流程图表示 2.4. 伪码表示,算法的概念,解题方法的精确描述。即为解决一个特定问 题而采取的确定的有限操作步骤。广义地说做任 何事情都有其算法。,就是一个有穷规则的集合，其中的规则确定 了一个解决某一特定类型问题的运算序列。,数值运算算法： 非数值运算算法：,算法分类,数值运算算法： 解决的是求数值解的问题，例如用辗转相除法求两个数的最大公约数等 非数值运算算法： 主要用于解决需要用分析推理、逻辑推理才能解决的问题，例如人工智能中的许多问题，查找、分类等问题,算法的验证,1.有穷性。 2.

23、确定性。 3.有效性。 4.没有输入或有多个输入。 5.有一个或多个输出。,即算法包含的操作步骤应是有限的， 每一步都应在合理的时间内完成。,即算法的每个步骤都应是确定的，不 允许有歧义性。,算法中的每个步骤都应是能有效执行 的，而且能得到确定的结果。,算法举例(1),算法1,算法2,用从1到n的每一个数去除m和n，最后 能同时整除m和n的数即是最大公约数。,用从n到1的每一个数去除m和n，第一 个能同时整除m和n的数即是最大公约数。,求任意两个数m、n(mn)的最大公约数。,举例,算法举例(2),算法3,第六节算法的表示法,一、自然语言表示法 语言冗长、易出现多样性、层次不鲜明、不直观 二、

24、程序流程图表示法 传统流程图法、N-S图、PAD图（Problem Analysis Diagram） （一）传统流程图法 流程图符号和使用约定，我国国家标准与国际标准一致。标准为GB1526-89,常用流程图符号,判定N是否是素数的流程图,开始,读入一个正整数N,K=2,R=N-N/K*K,R/=0?,K=K+1,K=N-1,N是素数,结束,N不是素数,N,Y,N,Y,算法的表示方法,自然语言表示法,传统流程图表示法,N-S结构流程图表示法,算法的自然语言表示法,求任意两个数m、n(mn)的最大公约数。,传统流程图表示法的图素,表示顺序执行语句,表示输入输出语句,表示条件判断语句,表示循环判

25、断语句,传统流程图图素(2),表示起始、结束框,表示连接点,表示程序的走向,传统流程图举例,Mod(m, n)R,yes,no,N-S结构化流程图表示,特点,最重要的特点就是完全取消了流程线， 这样算法被迫只能从上到下顺序执行, 从而避免了算法流程的任意转向,保证了 程序的质量。,优点,与传统的流程图相比，N-S图的另一个优 点就是既形象直观，画出来后又比较节 省篇幅，尤其适合于结构化程序的设计。,N-S流程图举例,伪码表示,是介于自然语言和计算机语言之间的一种 代码，是帮助程序员制定算法的智能化语言。,input m,n r=mod(m,n) loop: if(r0) then m=n n=

26、r r=mod(m,n) endif print n,算法的定义,简单算法举例,算法的特点,算法的表示,基本结构的图形表示方法,结构化算法,结构化程序,-算法,算法的实现,为解决某一问题所采取的方法和步骤。,计算机算法,算法,-算法,-算法的定义,例1：给出计算圆的周长和面积 的算法。,例2：判断一元二次方程 aX2+bX+c=0是否有 实数解。（a0）,简单算法举例,-算法,-简单算法举例,例3：给出计算 P=1*2*3*4*5的算法。,算法：,: 先计算1*2，得到结果2；,: 将得到的结果2再乘以3，得到结果6；,: 将得到的结果6再乘以4，得到结果24；,: 将得到的结果24再乘以5，得到结果120。,改进的算法：,若要计算S=1X3XX100只需将以上算法略加改进即可。,-算法,-简单算法举例,算法的特点,有穷性。,确定性。,有零个或多个输入。,有一个或多个输出。,有效性。,算法的步骤是有限的，不能是无限的。,算法中的每一步骤都应当是确定的，而不是含糊、模棱两可。,所谓的输入是指在执行算法时需要从外界取得的必要信息。,算法的问题是求解，解就是输出。,算法中的每一个步骤都应当能有效地执行，得到确定的结果。,-