2. Элементы программирования
va = a(i)
Если va = 0, то ze = ze + 1
иначе, если va > 0, то
pos = pos + 1 |
|
конец если. |
|
конец цикла 4°. |
|
5°. neg = n - ze - pos |
! neg - число отрицательных элементов массива a |
6°. Вывод pos и neg. |
|
7°. Конец. |
|
program pnw |
! Программная реализация алгоритма |
integer, parameter :: n = 10
integer :: a(n) = (/ 1, -2, 0, 3, -4, 5, -6, 7, 0, 9 /) integer :: k = 3, pos = 0, ze = 0, i, va
i = 1 |
! Начинаем вычисления с первого элемента массива |
do while(i <= n .and. ze <= k) |
|
va = a(i) |
|
if(va == 0) then |
! ze - число равных нулю элементов массива |
ze = ze + 1 |
|
else if(va > 0) then |
! pos - число положительных элементов массива |
pos = pos + 1 |
|
end if |
|
i = i + 1 |
! Число отрицательных элементов: n - ze - pos |
end do |
|
if(ze > k) stop 'Число нулевых элементов больше нормы' |
|
write(*, *) 'pos = ', pos, ' |
neg = ', n - ze - pos |
end program pnw |
|
Идея объединения условий может быть реализована при помощи флажка, например:
... |
|
logical fl |
! Флажок - переменная логического типа |
i = 1 |
! Начальное значение флажка fl |
fl = i <= n .and. ze <= k |
|
do while(fl) |
! Пока значение fl есть истина, цикл выполняется |
... |
|
i = i + 1 |
|
fl = i <= n .and. ze <= k |
! Новое значение флажка |
end do |
|
2.3. Программирование "сверху вниз"
Разработка алгоритмов и программ осуществляется, как правило, по принципу"сверхувниз".
Суть такого подхода состоит в разбиении исходной задачи на ряд более простых задач - фрагментов и последующей работе с полученными фрагментами.
37
О. В. Бартеньев. Современный ФОРТРАН
При разбиении задачи на фрагменты надо придерживаться следующей схемы:
1)проанализировать задачу и выделить в ней фрагменты;
2)отобразить процесс разбиения в виде блок-схемы или линейной схемы и пронумеровать в ней фрагменты;
3)установить между выделенными фрагментами связи: для каждого фрагмента определить, какие данные он получает (входные данные) и какие данные возвращает (выходные данные). Связи между
фрагментами называются интерфейсом; 4) рассмотреть далее каждый фрагмент самостоятельно; разработать
для него алгоритм и записать его либо в виде линейной схемы, либо в виде блок-схемы. При необходимости подвергнуть фрагмент разбиению на более мелкие фрагменты. Такое разбиение продолжать до тех пор, пока не будут получены фрагменты, программирование которых не составляет особых затруднений;
5)оформить выделенные фрагменты в виде программных компонентов или БОК.
При таком подходе программу можно рассматривать как совокупность фрагментов, которые, принимая некоторые данные, вырабатывают результат и передают его следующему фрагменту.
Составляемые для фрагментов линейные схемы сопровождаются заголовком, описанием интерфейса (состава входных и выходных данных).
В Фортране для реализации фрагмента можно использовать программные единицы: главную программу, модули, подпрограммы и функции.
Подпрограммы и функции называются процедурами и могут быть
внешними, модульными и внутренними.
Модули и внешние процедуры являются самостоятельными программными единицами, доступ к которым может быть выполнен из разных программ.
Подробное рассмотрение проблем разработки программных компонентов мы отложим до гл. 8. Здесь же проиллюстрируем методы программирования "сверху вниз".
2.3.1. Использование функций
Фрагмент алгоритма, как правило, оформляется в виде функции, если в результате выполненных в нем вычислений возвращается единственный скаляр или массив.
Пример. В каком из трех одномерных массивов a(1:10), b(1:15) и c(1:20) первый отрицательный элемент имеет наименьшее значение.
Алгоритм:
38
2. Элементы программирования
1°. Ввести массивы a, b и c.
2°. Найти ma - значение первого отрицательного элемента в массиве a. 3°. Найти mb - значение первого отрицательного элемента в массиве b. 4°. Найти mc - значение первого отрицательного элемента в массиве c.
!Значения ma, mb или mc равны нулю, если в соответствующем массиве
!нет отрицательных элементов
5°. Если ma + mb + mc = 0, то
Вывести сообщение: "В массивах нет отрицательных элементов" иначе
Проанализировать значения ma, mb и mc и вывести имя массива, в котором первый отрицательный элемент имеет наименьшее значение. ! Алгоритм этого фрагмента приведен в разд. 2.2.2 конец если 5:
6°. Конец.
Фрагменты 2°, 3° и 4° содержат одну и ту же решаемую для разных массивов задачу. В соответствии с методом программирования "сверху вниз" опишем интерфейс, т. е. входные и выходные данные фрагмента, а затем алгоритм его реализации.
Интерфейс фрагмента 2° (3°, 4°):
Входные данные. Одномерный массив и число его элементов. Используем внутри фрагмента для массива имя d, а для числа элементов массива - имя n.
Выходные данные. Значение первого отрицательного элемента массива d или 0, если в массиве d нет отрицательных элементов. Для результата используем имя md.
Алгоритм поиска первого отрицательного элемента массива:
1°. i = 1 |
! i - номер элемента массива d |
2°. md = d(i) |
! Подготовка к циклу |
3°. Пока md ≥ 0 и i < n, выполнять: |
|
i = i + 1 |
|
md = d(i) |
|
конец цикла 3°. |
|
4°. Если md ≥ 0, то md = 0 |
! Возвращаем нуль, если отрицательный |
5°. Возврат. |
! элемент не найден |
Фрагмент возвращает одно значение (md), поэтому его можно реализовать в виде функции. В Фортране переменная, в которую заносится возвращаемый функцией результат, называется результирующей и ее тип и имя (если не задано предложение RESULT) совпадают с именем и типом функции. В нашем случае функция будет иметь имя md.
program nera |
! Запись приведенных алгоритмов на Фортране |
integer, parameter :: na = 10, nb = 15, nc = 20 |
|
integer a(na), b(nb), c(nc) |
! Поскольку функция md оформлена как |
integer ma, mb, mc, m3 |
|
39
О. В. Бартеньев. Современный ФОРТРАН
integer md |
! внешняя, то необходимо объявить ее тип |
<Ввод массивов a, b, и c> |
|
ma = md(a, na) |
! Передача входных данных (массива и числа |
mb = md(b, nb) |
! его элементов) в функцию md выполняется |
mc = md(c, nc) |
! через ее параметры |
if(ma + mb + mc == 0) then |
|
print *, 'В массивах a, b и c нет отрицательных элементов' else
m3 = min(ma, mb, mc)
if(ma == m3) print *, 'В массиве a' if(mb == m3) print *, 'В массиве b' if(mc == m3) print *, 'В массиве c' end if
end program nera
function md(d, n) |
! Заголовок функции |
integer md |
! Результирующая переменная |
integer n, d(n), i |
! Функция возвращает первый отрицательный элемент |
i = 1 |
! массива d или 0 при отсутствии таковых |
md = d(i) |
|
do while(md >= 0 .and. i < n) |
|
i = i + 1 |
|
md = d(i) |
|
end do |
|
if(md > 0) md = 0 |
! или: md = min(md, 0) |
end function md |
|
2.3.2. Использование подпрограмм
Если фрагмент алгоритма возвращает более одного скаляра и/или массива, то такой фрагмент, как правило, оформляется в виде подпрограммы. Передача входных данных в подпрограмму и возвращаемых из нее величин выполняется через ее параметры.
Выполним подсчет числа положительных (pos), отрицательных (neg) и равных нулю (ze) элементов массива a из примера разд. 2.2.4 в подпрограмме vapeg. В нее мы должны передать массив a, и затем получить из нее искомые значения: pos, neg и ze:
program pns |
|
<Объявление данных> |
! См. текст программы pn разд. 2.2.4 |
call vapeg(a, n, pos, neg, ze) |
! Вызов внешней подпрограммы vapeg |
if(ze > k) stop 'Число нулевых элементов больше нормы' |
|
write(*, *) 'pos = ', pos, ' neg = ', neg |
|
end program pns |
|
subroutine vapeg(a, n, pos, neg, ze) |
|
integer :: n, a(n), pos, neg, ze, i, va |
|
pos = 0; neg = 0; ze = 0 |
! Подготовка к вычислениям |
40