第一章程序設(shè)計(jì)概述.ppt

1、FORTRAN, 科技樓518,0.1 課程的意義 0.2 教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo) 0.3 教學(xué)要求 0.4 學(xué)習(xí)方法 0.5 教材及參考書,0 前言,程序設(shè)計(jì)是物探工作者必備工具之一 數(shù)據(jù)處理、格式轉(zhuǎn)換等 正反演、信號(hào)處理等 國內(nèi)外物探數(shù)據(jù)處理軟件大多數(shù)采用FORTRAN語言編寫 FORTRAN語言計(jì)算領(lǐng)域的優(yōu)越性,0.1 課程的意義,教學(xué)內(nèi)容 基本概念：Fortran語言的語法 程序設(shè)計(jì)：利用Fortran進(jìn)行程序設(shè)計(jì) 解決問題：利用Fortran解決專業(yè)問題 教學(xué)目標(biāo) 具備初步高級(jí)程序設(shè)計(jì)能力 能夠程序調(diào)試、測(cè)試、驗(yàn)證能力 養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣 具備采用程序設(shè)計(jì)解決實(shí)際物探問題的能力,0.2 教學(xué)

2、內(nèi)容和目標(biāo),注意基本能力的培養(yǎng) 理論教學(xué)與實(shí)踐并重 關(guān)于作業(yè) 要求獨(dú)立完成 關(guān)于考核 平時(shí)成績30%，考勤、作業(yè)和實(shí)驗(yàn) 考試成績70%,0.3 教學(xué)要求,多看、多練、多想（“三多”） 多看：經(jīng)典代碼 多練：典型的算法編程實(shí)現(xiàn) 多想：程序的改進(jìn) 網(wǎng)絡(luò)資源 FORTRAN論壇、QQ群等 Google、百度中搜索“FORTRAN” 源碼庫、文庫等,0.4 學(xué)習(xí)方法,教材 FORTRAN95程序設(shè)計(jì)、中國電力出版社 參考書 FORTRAN95/2003程序設(shè)計(jì)、中國電力出版社 VISUAL FORTRAN 常用數(shù)值算法集、科學(xué)出版社 VISUALFORTRAN編程指南、人民郵電出版社 FORTRAN完

3、全自學(xué)手冊(cè)、機(jī)械工業(yè)出版社 Fortran常用算法程序集、清華大學(xué)出版社,0.5 教材及參考書,1.1 算法 1.2 程序與程序設(shè)計(jì) 1. 3 Fortran 程序設(shè)計(jì)的初步,1 算法與程序設(shè)計(jì),現(xiàn)代含義是采用邏輯思維的方法對(duì)獲取數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)處理的步驟，即計(jì)算機(jī)解題步驟或計(jì)算機(jī)算法。 算法有五個(gè)基本特征： 正確性：一個(gè)好的算法或程序必須保證執(zhí)行后的結(jié)果正確。 可讀性：一個(gè)好的算法或程序應(yīng)有良好的可讀性。 通用性：一個(gè)好的算法或程序要盡可能通用，應(yīng)適用一類問題的求解，提高算法設(shè)計(jì)的效率。如：設(shè)計(jì)求解一元二次方程2x2+3x+1=0的算法，該算法最好設(shè)計(jì)成求解一元二次方程ax2+bx+c=0的算法

4、。 高效率：高效率包括時(shí)間和空間兩個(gè)方面。執(zhí)行速度快、運(yùn)行時(shí)間短、占用內(nèi)存少。,1.1.1 算法的概念,Fortran是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，每個(gè)程序單位可由三種基本結(jié)構(gòu)組成： 順序結(jié)構(gòu) 分支選擇結(jié)構(gòu) 循環(huán)結(jié)構(gòu) 實(shí)踐證明，任何復(fù)雜的問題都可以用這三種基本結(jié)構(gòu)來描述。,1.1.2 算法及其表示方法,自然語言描述。 流程圖描述 N-S圖描述 PAD圖描述 偽代碼描述,1.1.2 算法的描述方法,問題： 輸入依次10個(gè)數(shù)選擇最大值,偽代碼描述 自然語言描述 input x 輸入一個(gè)數(shù)，并把該數(shù)存入x中 max=x 把x的值送入max中 n=0 設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)器n，并置初值為0 if n=9 goto 如

5、果n的值等于9則轉(zhuǎn)入第步執(zhí)行 input x 輸入一個(gè)數(shù)，并把該數(shù)存入x中 if maxx then max=x 如果max的值小于x的值， 則把x的值送入max中 n=n+1 計(jì)數(shù)器n增加1 goto 轉(zhuǎn)向第步執(zhí)行 output max 輸出max的值,1.2.1 程序與程序設(shè)計(jì),計(jì)算機(jī)解決問題所需要的一系列代碼化指令序列計(jì)算機(jī)程序。 程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法 即“程序就是在數(shù)據(jù)的某些特定的表示方式和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)抽象算法的具體描述?！?上述公式可擴(kuò)充為： 程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法+程序設(shè)計(jì)方法+語言工具,1.2.3程序設(shè)計(jì)的基本方法,所謂面向過程的程序設(shè)計(jì)，是指利用面向過程的語言工具（如Basi

6、c、Pascal、Fortran和C等）進(jìn)行程序開發(fā)的各項(xiàng)活動(dòng)。,面向過程的程序設(shè)計(jì),優(yōu)點(diǎn)：編程簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)性強(qiáng)、可讀性好，程序執(zhí)行時(shí)序特征明顯；遵循這種結(jié)構(gòu)的程序只有一個(gè)入口和一個(gè)出口。 缺點(diǎn)：存在數(shù)據(jù)與程序模塊的分離和程序的可重用性差等問題。,1.2.3程序設(shè)計(jì)的基本方法,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法：,結(jié)構(gòu)化編碼 在結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)中，任何復(fù)雜的算法，都可以由三種基本結(jié)構(gòu)組成。 在構(gòu)造算法時(shí)，也僅以三種基本結(jié)構(gòu)作為基本單元。 遵循這種結(jié)構(gòu)的程序只有一個(gè)輸入口和一個(gè)輸出口。,模塊化設(shè)計(jì) 將一個(gè)復(fù)雜問題的程序分為若干個(gè)程序模塊，每個(gè)模塊完成一項(xiàng)特定功能；其中有一個(gè)主模塊和若干個(gè)子模塊，主模塊控制各個(gè)子模塊

7、來實(shí)現(xiàn)整個(gè)程序的功能。,自頂向下，逐步細(xì)化,1.3程序設(shè)計(jì)的基本方法,面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)是一種新的程序設(shè)計(jì)范型。它將一些新的理念和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)中好的思想相融合，提供了一種全新的程序設(shè)計(jì)方法。,面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì),基本思想 將一個(gè)需要求解的問題分解為一系列實(shí)體（對(duì)象），然后圍繞這些對(duì)象建立數(shù)據(jù)和函數(shù)；函數(shù)的功能決定了該對(duì)象的行為。規(guī)定一個(gè)對(duì)象的函數(shù)可以訪問另一對(duì)象的函數(shù)，但一個(gè)對(duì)象的數(shù)據(jù)不能應(yīng)用于另一對(duì)象的函數(shù)中。,分析問題，建立數(shù)學(xué)模型； 設(shè)計(jì)算法，繪制流程圖； 選擇語言，編寫程序； 調(diào)試程序，分析結(jié)果； 整理資料，撰寫文檔。 進(jìn)行程序設(shè)計(jì)要遵循有關(guān)的程序設(shè)計(jì)規(guī)則和采用成熟的程序設(shè)計(jì)方法。程

8、序設(shè)計(jì)方法有兩種：一種是面向過程方法;一種是面向?qū)ο蠓椒?。前者稱為傳統(tǒng)方法,后者稱為現(xiàn)代方法,代表了程序設(shè)計(jì)方法的發(fā)展趨勢(shì)。面向過程方法又分為模塊化方法和結(jié)構(gòu)化方法。,1.2.2 程序設(shè)計(jì)的步驟,Case1:估算地球的重力加速度隨高度的變化 數(shù)學(xué)模型：,1.2.2 程序設(shè)計(jì)的步驟,program Earth_gra !估算地球的重力加速度隨高度的變化 implicit none !F:引力常數(shù)；Earth_M：地球質(zhì)量；Earth_R：地球半徑 real f,Earth_M,Earth_R !定義常數(shù) parameter(f=6.667E11,Earth_M=5.976E24,Earth_R=

9、6.371E6) real R,g !R：海拔高程；g:重量加速度 read *,R if (R = 0) then g=-f*Earth_M*(Earth_R +R)/(Earth_R )*3 !海拔小于零 else g=-f*Earth_M/(Earth_R+R )*2 !海拔大于零 end if print *,海拔為,R,重力加速度大約為：,g,m/s2 end,程序代碼規(guī)范清晰、語句表達(dá)準(zhǔn)確到位 常量、變量類型申明清楚 注釋書寫清楚，利人利己 多練多寫多編譯 充分利用人腦，簡(jiǎn)化計(jì)算量提高效率 養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣,1.2.3 編程要點(diǎn),1.3.1 發(fā)展歷史 1.3.2 特點(diǎn)與功能 1.

10、3.3 字符集 1.3.4 標(biāo)示符 1.3.5 書寫格式 1.3.6 語句 1.3.6 編譯環(huán)境,1. 3 FORTRAN程序設(shè)計(jì)初步,1957年IBM發(fā)表，F(xiàn)ortran Formula Translator Fortran I,第一個(gè)被正式推廣使用的高級(jí)語言 主要面向科學(xué)計(jì)算：是為科學(xué)、工程問題或企事業(yè)管中的那些能夠用數(shù)學(xué)公式表達(dá)的問題而設(shè)計(jì)，其數(shù)值計(jì)算的功能較強(qiáng) 1966年American Standards Association 制定Fortran 66 標(biāo)準(zhǔn) 1978年4月ANSI正式公布新的標(biāo)準(zhǔn):Fortran (X3.9-1978) Fortran 77 1991年5月通過了研

11、制期間稱為Fortran 8x的Fortran 90 Fortran 95標(biāo)準(zhǔn)在1997年由ISO公布，為Fortran90的修正版，加強(qiáng)了Fortran在并行運(yùn)算方面的支持。,1.3.1 發(fā)展歷史,發(fā)展歷史長，積累的財(cái)富多 書寫和語法規(guī)則要求嚴(yán)格 可直接對(duì)數(shù)組和復(fù)數(shù)進(jìn)行運(yùn)算 具有不可替代的并行計(jì)算功能 FORTRAN是一種編譯語言,1.3.2 特點(diǎn)和功能,字符是組成程序的基本符號(hào)，程序中的變量、函數(shù)、表達(dá)式、語句等程序基本要素都是用一個(gè)個(gè)不同的字符書寫構(gòu)成的,1. 3.3 字符集,標(biāo)識(shí)符是用來表示程序中的變量、符號(hào)常量、函數(shù)、程序等對(duì)象的一組符號(hào)。 命名規(guī)則 標(biāo)識(shí)符由字母和（或）數(shù)字、下劃線

12、符號(hào)組成，且第一個(gè)字符必須是字母。 ABC，x，y2，S123，sum，B2K9P3，MY_SUB，pro_file A-B，x&y，6T，S(x)B,1.3.4 標(biāo)識(shí)符,使用 變量名、程序名、函數(shù)名和符號(hào)常量名等 字母大寫和小寫等價(jià) 空格不起作用 沒有保留字 在給標(biāo)識(shí)符起名時(shí)，應(yīng)充分考慮其所代表對(duì)象的含義，盡可能做到見名知義，以便于程序的閱讀、修改和調(diào)試 不能出現(xiàn)同一個(gè)標(biāo)識(shí)符代表不同對(duì)象,1.3.4 標(biāo)識(shí)符,Fixed Format（固定格式） 是舊式的寫法，有較多的限制 文件名用*.F或*.FOR Free Format（自由格式） Fortran 90以后新增的寫法 文件名用*.F90,

13、1. 3.5書寫格式,Fixed format(固定格式),源程序必須嚴(yán)格按照一定的格式來書寫 在編譯時(shí)對(duì)一行中不同位置上的內(nèi)容分別處理,在fixed format中，規(guī)定了程序代碼每一行中每個(gè)字段的意義 程序代碼中的多余的空格沒有意義，僅做分隔和方便閱讀,如SIN(X) S IN ( X ) 配合打孔卡片的使用,Fixed format(固定格式),Fortran 90開始使用，文件名為*.F90 不再規(guī)定每一行的第幾個(gè)字符有什么作用 嘆號(hào)”!”后面的文本都是注釋 每行可以編寫132個(gè)字符 行號(hào)寫在每行的最前面 一行程序代碼的最后如果是符號(hào)，代表下一行程序會(huì)和這一行連接。如果一行程序代碼的開頭是符號(hào)，代表它會(huì)和上一行程序連接 free format中的空格同樣無意義，純粹用來作為分隔及方便閱讀程序代碼使用,Free format(自由格式),Free format(自由格式),Fortran90程序是一種分塊形式的程序，整個(gè)程序由若干個(gè)程序模塊組成。各模塊都有相似的語句組織形式，其中主程序起整體控制作用，各輔程序模塊各自完成問題中的一個(gè)算法,1.3.6 語句,主程序 PROGRAM 程序名 語句可省略 . END PROGRAM 程序名 END必須有 輔程序(過程) SUBROUTINE 子程序 FUNCTION 函數(shù) BLOCK DATA