第一章FORTRAN程序設計基礎

第一章FORTRAN程序設計基礎匯報人：AA2024-01-17FORTRAN語言概述FORTRAN程序結構輸入輸出操作與格式化處理控制結構程序設計方法數(shù)組與矩陣運算處理方法函數(shù)與子程序調用實現(xiàn)過程文件操作與數(shù)據(jù)處理技巧01FORTRAN語言概述起源與歷史FORTRAN（FormulaTranslation）是世界上最早的高級編程語言之一，誕生于1950年代初期，由美國IBM公司開發(fā)。發(fā)展歷程隨著計算機技術的不斷發(fā)展，F(xiàn)ORTRAN語言也在不斷進化，從最初的FORTRANI到后來的FORTRANII、FORTRANIV、FORTRAN77等版本，逐漸增加了許多新的功能和特性。現(xiàn)代FORTRAN近年來，隨著計算機體系結構和并行計算技術的發(fā)展，現(xiàn)代FORTRAN（如FORTRAN90、FORTRAN95、FORTRAN2003等）在語法、功能和性能等方面都得到了顯著提升。FORTRAN語言歷史與發(fā)展FORTRAN語言語法簡單明了，易于學習和掌握，特別適合進行科學計算和工程分析等領域的編程。語法簡潔明了FORTRAN語言具有優(yōu)秀的數(shù)值計算能力和高效的內存管理能力，特別適合于大規(guī)模科學計算和工程模擬等高性能計算應用。高性能計算能力FORTRAN語言提供了豐富的數(shù)學庫函數(shù)，方便用戶進行各種復雜的數(shù)學計算和數(shù)據(jù)處理。豐富的數(shù)學庫函數(shù)現(xiàn)代FORTRAN語言具有良好的跨平臺性，可以在不同的操作系統(tǒng)和計算機體系結構上運行。良好的跨平臺性FORTRAN語言特點與優(yōu)勢FORTRAN應用領域科學計算FORTRAN語言在科學計算領域具有廣泛的應用，如天氣預報、氣候模擬、地震預測等。數(shù)值模擬FORTRAN語言在數(shù)值模擬領域也有廣泛應用，如蒙特卡羅模擬、分子動力學模擬等。工程分析在工程分析領域，F(xiàn)ORTRAN語言常用于有限元分析、計算流體動力學（CFD）等復雜工程問題的求解。高性能計算由于FORTRAN語言具有高性能計算能力，因此在高性能計算領域也常使用FORTRAN語言進行編程，如大規(guī)模并行計算、云計算等。02FORTRAN程序結構包括程序名稱、作者信息、程序功能描述等。程序首部定義程序中使用的各種數(shù)據(jù)類型和變量。數(shù)據(jù)說明部分實現(xiàn)程序功能的主體部分，包括各種計算、輸入輸出等操作。執(zhí)行語句部分如函數(shù)、子程序等，用于實現(xiàn)特定的功能或計算。輔助過程程序組成要素用于給變量賦值，如`A=B+C`。賦值語句輸入輸出語句控制語句函數(shù)和子程序調用語句用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出，如`READ`和`WRITE`語句。用于控制程序的執(zhí)行流程，如`IF`、`DO`等語句。用于調用自定義的函數(shù)或子程序，實現(xiàn)特定的功能或計算。語句類型及作用變量定義使用`DIMENSION`語句定義數(shù)組，使用`PARAMETER`語句定義常量。邏輯類型用于存儲邏輯值（真或假），包括`LOGICAL`類型。字符類型用于存儲字符數(shù)據(jù)，包括`CHARACTER`類型。整數(shù)類型用于存儲整數(shù)，包括`INTEGER`類型。實數(shù)類型用于存儲實數(shù)，包括`REAL`和`DOUBLEPRECISION`類型。數(shù)據(jù)類型與變量定義03輸入輸出操作與格式化處理03注意事項在使用輸入輸出語句時，需要確保輸入輸出設備與程序中的設備號對應，同時要注意數(shù)據(jù)的類型和格式。01輸入語句FORTRAN中使用READ語句進行輸入，可以指定輸入格式和輸入設備。02輸出語句使用WRITE語句進行輸出，同樣可以指定輸出格式和輸出設備。輸入輸出語句使用方法及注意事項格式說明符用于指定輸入輸出數(shù)據(jù)的類型和格式，如整數(shù)、浮點數(shù)、字符等。格式編輯符用于控制數(shù)據(jù)的顯示格式，如寬度、小數(shù)位數(shù)、指數(shù)形式等。特殊控制符用于實現(xiàn)一些特殊功能，如換行、跳格、制表等。格式化輸入輸出格式控制符介紹示例程序：編寫一個程序，從鍵盤輸入兩個整數(shù)，計算它們的和并輸出結果。實例演示：簡單輸入輸出程序編寫03PROGRAMSUM_INTEGERS01程序代碼02```fortran實例演示：簡單輸入輸出程序編寫123IMPLICITNONEINTEGER:A,B,SUMPRINT*,'Entertwointegers:'實例演示：簡單輸入輸出程序編寫READ*,A,BSUM=A+BPRINT*,'Thesumis:',SUM實例演示：簡單輸入輸出程序編寫ENDPROGRAMSUM_INTEGERS實例演示：簡單輸入輸出程序編寫```程序說明：該程序首先提示用戶輸入兩個整數(shù)，然后讀取用戶輸入的兩個整數(shù)并計算它們的和，最后輸出結果。程序中使用了輸入輸出語句和格式化控制符來實現(xiàn)輸入輸出操作。實例演示：簡單輸入輸出程序編寫04控制結構程序設計方法按照程序中的語句順序，自上而下逐條執(zhí)行。順序結構概念輸入輸出處理賦值語句通過輸入輸出語句實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出。使用賦值語句給變量賦值。030201順序結構程序設計方法選擇結構概念01根據(jù)條件判斷結果，選擇執(zhí)行不同的語句塊。IF語句02使用IF語句實現(xiàn)單分支和雙分支選擇結構。SELECTCASE語句03使用SELECTCASE語句實現(xiàn)多分支選擇結構。選擇結構程序設計方法循環(huán)結構概念根據(jù)循環(huán)條件，重復執(zhí)行某段代碼。FOR循環(huán)使用FOR循環(huán)實現(xiàn)計數(shù)型循環(huán)結構。WHILE循環(huán)使用WHILE循環(huán)實現(xiàn)條件型循環(huán)結構。DO循環(huán)使用DO循環(huán)實現(xiàn)通用型循環(huán)結構，可結合EXIT和CYCLE語句控制循環(huán)流程。循環(huán)結構程序設計方法05數(shù)組與矩陣運算處理方法一維數(shù)組定義在FORTRAN中，一維數(shù)組可以通過聲明語句進行定義，指定數(shù)組名稱、數(shù)據(jù)類型和數(shù)組大小。例如，使用語句`INTEGERA(10)`可以定義一個名為A的整數(shù)類型一維數(shù)組，其大小為10。一維數(shù)組引用引用一維數(shù)組中的元素時，需要使用數(shù)組名稱和索引值。索引值從1開始，表示數(shù)組中的第一個元素。例如，`A(3)`表示引用數(shù)組A中的第三個元素。一維數(shù)組定義及引用方法二維數(shù)組定義二維數(shù)組可以使用類似一維數(shù)組的聲明語句進行定義，但需要指定兩個維度的大小。例如，使用語句`REALB(5,6)`可以定義一個名為B的實數(shù)類型二維數(shù)組，其第一維度大小為5，第二維度大小為6。二維數(shù)組引用引用二維數(shù)組中的元素時，需要使用數(shù)組名稱和兩個索引值。第一個索引值表示第一維度的位置，第二個索引值表示第二維度的位置。例如，`B(2,4)`表示引用數(shù)組B中第2行第4列的元素。二維數(shù)組定義及引用方法矩陣乘法在FORTRAN中，可以使用循環(huán)結構實現(xiàn)矩陣乘法運算。通過嵌套循環(huán)遍歷兩個矩陣的對應元素，并進行相乘和累加操作，得到結果矩陣的對應元素值。矩陣轉置矩陣轉置是將矩陣的行和列進行交換的操作。在FORTRAN中，可以通過循環(huán)結構遍歷原矩陣的元素，并將它們按照轉置規(guī)則存放到目標矩陣的對應位置。矩陣求逆矩陣求逆是求解一個矩陣的逆矩陣的過程。在FORTRAN中，可以使用特定的算法（如高斯消元法）來實現(xiàn)矩陣求逆運算。這些算法通常涉及到一系列的矩陣變換和計算步驟。矩陣運算處理方法06函數(shù)與子程序調用實現(xiàn)過程函數(shù)定義及調用方法函數(shù)定義在FORTRAN中，函數(shù)是一種特殊類型的子程序，用于執(zhí)行特定計算并返回結果。函數(shù)定義包括函數(shù)名、參數(shù)列表和函數(shù)體。調用方法調用函數(shù)時，需要在主程序中指定函數(shù)名及所需參數(shù)。函數(shù)執(zhí)行完畢后，將返回計算結果至主程序。子程序定義及調用方法子程序是一段獨立的代碼塊，用于執(zhí)行特定任務。子程序定義包括子程序名、參數(shù)列表和子程序體。子程序定義在主程序中，通過指定子程序名及所需參數(shù)來調用子程序。子程序執(zhí)行完畢后，控制權將返回至主程序。調用方法VS編寫一個計算圓面積的函數(shù)，接受半徑作為參數(shù)，返回面積值。在主程序中調用該函數(shù)，并輸出結果。子程序應用實例編寫一個排序子程序，接受一個數(shù)組作為參數(shù)，按照升序或降序對數(shù)組進行排序。在主程序中調用該子程序，并輸出排序后的數(shù)組。函數(shù)應用實例實例演示07文件操作與數(shù)據(jù)處理技巧文本文件存儲普通文本數(shù)據(jù)，通過文本編輯器可查看和編輯。二進制文件存儲二進制數(shù)據(jù)，無法直接查看和編輯，需通過特定程序讀取。打開文件操作使用OPEN語句打開文件，指定文件名、打開方式（讀、寫或追加）等。關閉文件操作使用CLOSE語句關閉文件，釋放相關資源。文件類型及打開關閉操作寫入數(shù)據(jù)使用WRITE語句將數(shù)據(jù)寫入文件，同樣需指定數(shù)據(jù)格式和變量名