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FORTRAN教案
FORTRAN程序设计教案
第一章FORTRAN程序设计基础
学习目的,就是要学会利用FORTRAN语言编写出适合自己实际需要的程序,让计算机完成自己指定的任务。
内容:
1、程序设计的基本概念
2、FORTRAN语言的发展
3、FORTRAN程序的基本结构与书写格式
4、FORTRAN90开发环境等内容。
1.1程序与程序设计
“程序”是用计算机能识别的语言所描述的解决实际问题的方法和步骤。
程序设计:
(1)分析问题,确定数学模型或方法。
(2)设计算法,画出流程图。
(3)选择编程工具,编写程序。
(4)调试程序,分析输出结果。
1.2算法及其描述
1.2.1算法的概念
求u=。
这一题的算法并不难,可写成:
(1)从键盘输入a,b的值。
(2)如果a
(3)计算u的值:
。
(4)输出u的值。
例1.2输入十个数,要求找出其中最大的数。
设max单元用于存放最大数,先将输入的第一个数放在max中,再将输入的第二个数与max相比较,大者送到max,然后将第三个数与max相比,大者放在max中,…,一直到比完九次为止。
算法要在计算机上实现,还需要把它描述为更适合程序设计的形式,对算法中的量要抽象化、符号化,对算法的实施过程要条理化。
上述算法可写成如下形式:
(1)输入一个数,放在存储单元max中。
(2)设置用来统计比较次数的单元i,初值置1。
(3)若i≤9,做第(4)步,否则做第(8)步。
(4)输入一个数,放在存储单元x中。
(5)比较max和x中的数,若x>max,则将x的值送给max,否则,max值不变。
(6)i增加1。
(7)返回到第(3)步。
(8)输出max中的数,此时max中的数就是十个数中最大的数。
例1.3求两个正整数m和n的最大公约数。
略:
1.2.2算法的描述
常用的有:
自然语言、一般流程图、N-S图等。
1.一般流程图
一般流程图是一种传统的算法描述方法,它用不同的几何图形来代表不同性质的操作。
例如,用矩形框表示要进行的操作,用菱形框表示判断,用流程线将各步操作连接起来并指示算法的执行方向。
例1.4用一般流程图来描述例1.1~例1.3的算法。
见教材
2.程序的三种基本结构
1966年Bohra和Jacopini提出了组成结构化算法的三种基本结构,即顺序结构、选择结构和循环结构。
顺序结构:
最简单的一种基本结构,依次顺序执行不同的程序块。
选择结构:
根据条件满足或不满足而去执行不同的程序块。
在图1.4(b)中,当条件P满足时执行A程序块,否则执行B程序块。
循环结构:
是指重复执行某些操作,重复执行的部分称为循环体。
循环结构分当型循环和直到型循环两种,分别见图1.4(c)和图1.4(d)。
当型循环先判断条件是否满足,当条件P满足时反复执行A程序块,每执行一次测试一次P,直到P不满足为止,跳出循环体执行它下面的基本结构。
直到型循环先执行一次循环体,再判断条件P是否满足,如果不满足则反复执行循环体,直到P满足为止。
3.N-S图
N-S图以三种基本结构作为构成算法的基本元素,每一种基本结构用一个矩形框来表示,而且取消了流程线,各基本结构之间保持顺序执行关系。
N-S图可以保证程序具有良好的结构,所以N-S图又叫做结构化流程图。
例1.5用N-S图来描述例1.1~例1.3的算法。
1.3程序设计方法
1.3.1结构化程序设计
结构化程序设计采用自顶向下、逐步求精和模块化的分析方法。
模块化是结构化程序的重要原则。
结构化程序设计的过程就是将问题求解由抽象逐步具体化的过程。
这种方法符合人们解决复杂问题的普遍规律,可以显著提高程序设计的质量和效率。
例1.6计算s=1+(1+2!
)+(1+2!
+3!
)+┅+(1+2!
+┅+10!
)
例1.7两个自然数之和是667,且它们的最小公倍数与最大公约数之比是120:
1,例如115和552,求这样的自然数。
例1.8验证哥德巴赫猜想:
任何大于2的偶数都是两个素数之和。
1.3.2面向对象程序设计
面向对象程序设计(Object-OrientedProgramming,简称OOP)方法。
对象是数据和操作的“封装体”,封装在对象内的程序通过“消息”来驱动运行。
在图形用户界面上,消息可通过键盘或鼠标的某种操作来传递。
1.4FORTRAN语言的发展
FORTRAN是FormulaTranslation的缩写
1.5FORTRAN程序的基本结构
为了使读者对FORTRAN90有一个初步认识,下面先举两个简单的例子。
例1.9输入圆的半径,计算并输出圆的周长和面积。
该问题的程序分为三个步骤:
一是输入原始数据,即圆的半径,二是计算圆的周长和面积,三是输出圆的周长和面积。
程序如下:
PROGRAMSAMPLE
!
程序举例(以!
开始的内容用于对程序进行注释说明)
REALR,P,S!
定义三个实型变量
READ*,R!
输入圆的半径
P=2*3.14159*R!
计算圆的周长
S=3.14159*R*R!
计算圆的面积
PRINT*,R,P,S!
输出圆的周长和面积
END
例1.10输入两个实数,输出它们中较大的数。
程序略
例如一个简单的FORTRAN程序结构如下:
[PROGRAM程序名]
[说明部分]
[可执行部分]
END[PROGRAM[程序名]]
其中,方括号中的内容为可选项。
由此可见,从语法上讲只有END是必不可少的。
对FORTRAN程序而言,END意味着程序的编译到此为止,即程序的结束。
1.6FORTRAN程序的书写格式
1.6.1固定格式
(1)第1~5列为标号区。
标号最多为5位数字,数字中的空格不起作用。
标号大小与程序执行顺序无关,语句可以不带标号。
第1列为C或*,说明此行为注释行。
(2)第6列为续行标志区。
续行标志是除空格和零以外的任何FORTRAN77字符。
注意,注释行不具有续行的概念,续行不能使用语句标号。
(3)第7~72列为语句区。
语句可以从第7列以后任何位置开始书写。
但一行只能写一个语句。
(4)第73~80列为注释区。
1.6.2自由格式
在自由格式源程序中,不再有标号区、续行标志区、语句区和注释区的划分,源程序可以从第1列写到第132列。
具体规定如下:
(1)一行可以写多个语句,语句之间用“;”分隔,但最后一个语句不允许有标点符号。
(2)用!
作为注释符,!
可以写在一行中的任一列。
因为注释总是延伸致程序行的结束,所以在同一行的不同语句之间不能插入注释。
(3)续行符&,表示其后有续行。
例如
Y=exp(-0.5*x)*cos(x+3.14258/3)+exp(0.5*x)*sin(x+3.14258/3)+120&
*log(1+sqrt(1-x*x))
1.7FORTRAN90开发环境
1.7.1系统安装与启动
图1.14FORTRANPowerStation4.0工作窗口
1.7.2上机步骤
(1)建立一个项目(Project)。
(2)建立源程序文件。
(3)将源文件加入项目。
(4)编译和运行。
作业:
3.
(1)、
(2)、(3)、(4)、(5)。
第二章顺序结构程序设计
2.1FORTRAN常量
常量是在程序运行过程中,其值不改变的量。
例如15、0、-21、3.1416、’FORTRAN’等都是常量。
FORTRAN中,常量可以分为直接常量和符号常量两大类。
1.直接常量:
是指数据本身就是一个常量。
不同类型的常量有不同的表示方法,下面依次介绍。
(1)整型常量:
整型常数或整数,包括正数、负数或0。
如125,-258,+28等。
必须注意:
整型常量中的数字之间不能用“,”分隔
(2)实型常量:
实数。
它有2种表示形式:
小数形式和指数形式。
小数形式根据小数点前后是否有数字形成3种不同格式,分别是:
m.n、m.、.n。
数字前面可以加上“+”或“-”号,默认为正号。
小数点“.”前或后可以不出现数字。
例如3.52、4.0、-5.(相当于-5.0)、.6378(相当于0.6378)等。
指数形式:
1.32E5表示13200或1.32*105。
指数形式应注意以下事情:
首先,有效数字可以是整型或实型常量;
其次,E后面的指数只能是整型常量。
2.符号常量:
用一个标识符来代表一个常量。
符号常量常用PARAMETER语句来定义。
例如:
PARAMETER(PI=3.1416,M=10,…)。
2.2FORTRAN变量
变量:
是指在程序运行过程中其值可以改变的量。
变量实质上代表的是一个内存单元(高级语言的一个重要的优点是:
允许通过变量名,而不是存储单元的物理地址来访问存储单元)。
2.2.2变量名
变量的名字即标识符。
标识符只能由字母、数字和下划线组成,且开头只能是字母。
定义标识符时应注意以下事情:
(1)FORTRAN标识符不区分字母的大小写,如grade、Grade、GRADE所表示的是同一个变量。
(2)标识符的长度因FORTRAN版本不同而有差异,在FORTRAN90中,标识符长度范围是1~31,超过的字符无效。
(3)标识符要尽量做到“见名知义”,如可用AREA代表“面积”,GRADE代表“成绩”,AVER代表“平均值”等。
(4)FORTRAN没有规定的“保留字”
2.2.3变量的说明
FORTAN中变量的类型的定义有三种方式:
1.强制说明:
类型说明词变量名1,变量名2…。
INTEGER:
整型变量说明;
REAL:
实型变量说明;
DOUBLEPRECISION:
双精度型变量说明;
COMPLEX:
复型变量说明;
LOGICAL:
逻辑型变量说明;
CHARACTER:
字符型变量说明;
注意,在FORTRAN90中,还可以用如下语句来声明变量的类型:
REAL:
:
SCORE=89.5
该语句在变量类型进行声明的同时进行变量的初始化。
2隐含说明语句:
IMPLICIT说明语句可以将某个或某些字母开头的变量规定为所需的类型,格式为:
IMPLICIT类型说明(字母表)。
例如:
IMPLICITINTEGER(A,C,T-V)
该语句的含义是将以A和C及T到V开头的变量规定为INTEGER类型(即整型)。
3隐含约定
FORTRAN语言规定,以I,J,K,L,M,N6个字母开头的变量被当作整型变量。
该规则又称为I~N规则。
例如:
在没有前面两种说明的情况下,I1,MA,N3S等都为整型变量。
注意:
(1)I~N规则有一定的副作用,FORTRAN90中一般不提倡用,通过在程序变量说明之前加入:
IMPLICITNONE语句来取消I~N规则。
(2)在以上3类规则中,第一类优先级最高,第二类次之,隐含约定最低。
(3)IMPLICIT语句和变量强制说明语句,都为非执行语句,FORTRAN77规定:
应把它们放在所有可执行语句之前。
2.3FORTRAN内部函数
内部函数是指系统本身带有的能完成一定功能的程序单位。
如数学函数中的三角函数,象正弦函数。
FORTRAN常用的函数见教材。
说明:
内部函数使用应当注意:
(1)所有函数必须遵守原有数学规则。
(2)所有函数名字的后面都必须带有括号(),否则将产生错误。
(3)三角函数参数单位是弧度。
(4)要注意FORTAN语言中函数名与数学中函数名的差异,如FORTRAN语言中LOG(X),相当于数学的自然对数,即L
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