Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

учебное пособие по лр_фортран

.pdf

Скачиваний:

108

Добавлен:

21.03.2016

Размер:

1.32 Mб

Скачать

☆

1 / 141 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

3
Оглавление
Введение.........................................................................................................	4
1. Лабораторные работы...............................................................................	5
1.1. Вычисления по формулам.................................................................	5
1.2. Вычисление логических выражений..............................................	16
1.3. Построение графиков функций......................................................	23
1.4. Попадание точки в заданную область плоскости.........................	32
1.5. Приближенное вычисление функции – сумма степенного ряда. 39
1.6. Решение задач с одномерными массивами...................................	50
1.7. Решение задач с двумерными массивами......................................	58
1.8. Решение задач с использованием функций...................................	71
1.9. Решение задач с использованием подпрограмм...........................	81
1.10. Механизмы присоединения данных.............................................	93
2. Элементы языка программирования Фортран.....................................	98
2.1. Текст программы на Фортране.......................................................	98
2.2. Синтаксис языка Фортран, выражения..........................................	98
2.3. Оператор присваивания.................................................................	103
2.4. Ветвления и циклы.........................................................................	103
3. Ввод и вывод в Фортране.....................................................................	107
3.1. Бесформатный ввод/вывод............................................................	108
3.2. Форматный вывод..........................................................................	108
4. Вычисления с массивами. ....................................................................	111
4.1. Характеристики массива...............................................................	111
4.2. Размещение массива в памяти компьютера................................	112
4.3. Секции массивов и неявный Do в списках ввода/вывода..........	114
5. Программы, модули и механизмы обмена данными.........................	114
5.1. Двухуровневая структура программ............................................	115
5.2. Трёхуровневая структура модуля.................................................	116
5.3. Вызов процедур и использование модулей.................................	117
5.4. Обмен данными в проекте.............................................................	119
6. Встроенные функции Фортрана..........................................................	121
6.1. Числовые функции.........................................................................	121
6.2. Функции редукции массивов........................................................	122
6.3. Линейная алгебра и генератор случайных чисел........................	127
6.4. Функции для определения размеров массивов...........................	127
7. Справочные материалы........................................................................	128
7.1. Инструкция для работающих в DevStudio...................................	128
7.2. Пакет Agrapher для построения графиков...................................	130
7.3. Уравнения.......................................................................................	131
7.4. Вычисление средних значений.....................................................	132
7.5. Перевод ключевых слов, операторов и терминов Фортрана.....	133
8. Литература.............................................................................................	134

Практикум по современному Фортрану

Введение

Традиционный подход к решению задач на компьютере: используя библиотечные процедуры, составить алгоритм, продумать ввод и вывод, написать программу, скомпилировать, собрать, отладить, выполнить и получить результаты. Программирование задач на Фортране в среде Windows

– предмет обучения в курсе Информатики. Название языка Fortran произошло от Formula Translator – переводчик формул. В истории программирования Фортран – живой классический язык. Не одно поколение программистов выросло на Фортране, и если кому-то кажется, что Фортран из прошлого, то его новейшие возможности, например, для суперкомпьютеров – как раз из будущего. Фортран критиковали за «примитивность», но именно простота помогает ему жить и развиваться, сохраняя преемственность и проходя стандартизацию:

−1954, Фортран – первый язык программирования, Джон Бэкус, IBM;

−Ф66 первый стандарт языка – универсальность и преемственность;

−Ф77 ввёл в обиход структурное программирование;

−современный Фортран Ф90, Ф95 стал вехой в развитии языка:

−массивы – описание, функции редукции, конструкторы, секции, конформность массивов, выражений, ветвлений, циклов;

−указатели, рекурсивные процедуры;

−модульное программирование, механизмы передачи данных;

−Ф03, Ф08 – объектно-ориентированное программирование.

ФXX – это Фортран по годам, живой классический язык программирования, стабильный, развивающийся, нацеленный в будущее, только в нём:

−история насчитывает 56 лет, чего попросту нет у других языков;

−автоматизировано построение параллельных приложений;

−сочетается строгая классика в изучении основ программирования и конструирование сверхсложных проектов при помощи модулей;

−действия над векторами и матрицами наравне со скалярами, работа с комплексными числами наравне с вещественными;

−накоплены численные библиотеки (IMSL, NAG, LAPACK, BLAS, Intel MKL), с высокопроизводительными вычислениями (MPI, PVM), с

графическими интерфейсами (Quickwin, FORTRAN/TK).

Наиболее популярные компиляторы Фортрана: по стандарту Ф95, Ф03 – Intel fortran compiler 9,10,11 для многоядерных компьютеров и суперкомпьютеров, свободно распространяемый для Linux; по стандарту

Ф90-Ф95 – Fortran Power Station 4.0 и 5, 6 фирмы Compaq.

Информация о Фортране размещена в Интернете: www.npac.syr.edu , netlib.org – набор библиотек, www.j3 – fortran.org – стандарт языка, наш сайт – http://twcad.ifmo.ru, http://parallel.ru/tech/tech_dev/newfortran.html , free compilers –http://www.thefreecountry.com/compilers/fortran.shtml.

Практикум по современному Фортрану

1. Лабораторные работы

1.1. Вычисления по формулам

Задание

Составить программу, которая:

1.вычисляет значения двух эквивалентных пар числовых формул

y1 y2 и z1 z2, с указанными в варианте индивидуального задания значениями исходных данных.

2.выводит в файл out.txt исходные данные и результаты вычислений.

Примечания:

a)две числовых формулы эквивалентны, если для всех возможных значений переменных их математические значения равны;

b)программируя, нельзя заменять формулы индивидуального задания (кроме sec x) эквивалентными значениями, но рекомендуется вводить вспомогательные (промежуточные) переменные.

Содержание отчета

1.Название работы и номер варианта индивидуального задания.

2.Фамилия, имя, отчество и номер группы студента.

3.Текст задания, формулы в том виде, как они приведены в варианте индивидуального задания.

4.Области допустимых значений (ОДЗ) переменных для y1, y2.

5.Математическая запись формул вычисления промежуточных переменных (если они используются в программе).

6.Распечатки текста программы и результатов работы программы с тремя комплектами исходных данных.

При подготовке к защите ответить на контрольные вопросы.

Справочная информация

1.Порядок выполнения операций в соответствии их старшинством (приоритетом) показан в таблице.

Операции	Знаки операций		Старшинство

Вычисление функций	Ссылки на функции		1

Возведение в степень	**		2

Умножение, деление	*,	/	3

Сложение, вычитание	+,	–	4

Примечание: Для изменения порядка выполнения операций используются скобки (только круглые).

Практикум по современному Фортрану

2. Реализация некоторых математических выражений средствами Фортрана показана в таблице.

В фор-		В фор-		В фор-
муле	В Фортране	В фор-	В Фортране	муле	В Фортране
		муле

sin х	Sin(x)	tg х	Tan(x)	2	Sqrt(2.)

cos х	Cos(x)	ctg х	Cotan(x)	x	Sqrt(x)

sec х	1/Сos(х)	arcsin x	Аsin(x)		при х>0
sec х	1/Сos(х)	arcsin x	Аsin(x)	n x	x**(1./n)
					x**(1./n)
│b│	Abs(b)	π	2*Аsin(1.)		при х<0 и n нечетн.
│b│	Abs(b)	π	2*Аsin(1.)		-(-x)**(1./n)
					-(-x)**(1./n)

Примечание: х – вещественный аргумент тригонометрических функций и функции Sqrt(x).

3.Тип результата числовой операции (целочисленный или вещественный) выбирается автоматически по типу операндов (существенно понимание этого механизма для операции деления):

a)если операнды целые, в результате целочисленной операции получается целое число (например, 7/4 => 1);

b)если операнды вещественные,в результате получается вещественное число (например, 7./4. => 1.75);

c)если операнды разных типов (например, целого и вещественного), перед выполнением операции они приводятся к типу,

имеющему наибольший диапазон значений (в примере 7./4 => 7./4. – к вещественному); затем выполняется операция для этого типа с соответствующим результатом: (7./4 => 7./4. => 1.75).

4.Возведение в степень ab выполняется следующим образом:

a)возведение в целую степень b выполняется путем b-кратного умножения основания a;

b)возведение в вещественную степень b выполняется по формуле

eb ln a . Внимание! Отрицательные и нулевые значения нельзя возводить в вещественную степень.

Комментарии к заданию

1.Имена переменных предпочтительно выбирать со смыслом (например, длина окружности С=2πR : Circle=2*Pi*Radius).

2.Громоздкие формулы рекомендуется упрощать, вводя промежуточные переменные для частей формулы: повторяющиеся части формулы, числители и знаменатели дробей и так далее.

Практикум по современному Фортрану

3.Поиск ошибок облегчится, если по выражению, написанному в программе, восстановить исходную формулу.

Типичные ошибки

Форму-

В программе

Пояснения

ла

Правильно

Неправильно

X –Y

x**(-y)

x**-y

Синтаксическая ошибка.

Знаки операции записывать под-

ряд не разрешается.

Синтаксическая ошибка.

В неправильной записи

cos вос-

принимается компилятором как

cos2x

cos(x)**2

cos**2(x)

переменная, а не функция.

В правильной записи после име-

ни функции – аргумент в скобках,

а не операция. Сначала вычисля-

ется функция, затем результат

возводится в степень.

2x+b

2*x+b

2x+b

Синтаксическая ошибка.

Знак операции опускать нельзя.

В неправильной записи из-за про-

a/(b*c)

a/bc

пущенного знака умножения вме-

сто переменных b и c использу-

ется переменная

cos x2

cos(x**2)

cos(x)**2

В неправильной

записи

порядок

операций соответствует

формуле

cos2x.

В неправильной

записи

порядок

а/((b+c)*d)

операций соответствует

формуле

(b + c)d

а/(b+c)*d

b + c

X2Y

X**(2*y)

x**2*y

В неправильной

записи

порядок

операций соответствует

формуле

X2Y.

В неправильной записи операнды

Дробь

– целые числа, результат – целая

4./7.

4/7

часть частного, для 4/7 это 0.

Для получения вещественного ре-

зультата (в примере 0.5714…) хо-

тя бы один из операндов должен

быть вещественным.

3 x

x**(1./3.)

x**(1/3)

В неправильной записи результат

деления 1/3 равен 0 и общий ответ

при x>0

X0=1.

Практикум по современному Фортрану

Форму-

В программе

Пояснения

ла

Правильно

Неправильно

неправильной записи

порядок

x**(1./3.)

x**1./3.

операций соответствует

формуле

при x>0

3 −27

-27**(1./3.)

(-27)**(1./3.)

В неправильной записи в вещест-

венную степень возводится отри-

цательное число.

Пример

Исходное значение аргумента: x=3.3

x 2

+ 2x − 3 +

(x +1) x 2 − 9

;

x + 3

x 2

− 2x − 3 +

(x −1) x 2 − 9

x − 3

Область допустимых значений (ОДЗ)

x > 3

Промежуточные переменные

Повторяющаяся часть формулы:

s1=

x2 −9

Знаменатель формулы y1:

yd = x2 −2x −3 +(x −1)* s1

Программа

Program

Formula ! вычисления по формулам

! студент (фамилия, имя)

группа №

работа № вариант №

Implicit None ! отменяет умолчание при определении типа переменных

! все переменные должны быть объявлены

Real :: x=3.3 ! инициализация переменной x (дано в задании для отладки) Real y1, y2, YD, s1 ! потом z1,z2-объявить здесь же

!------------- далее – исполняемые операторы программы Open(6,file=’result.txt’)! если закомментировать «open», то

!вывод – на экран (по умолчанию устройство №6 – экран монитора)

!диалог для ввода данных: пригласить к вводу Write(*,*)’х=?’ и читать Read(*,*) x

Write(6,*) ’При х=’,x

s1	= Sqrt(x**2-9)		! повторяющаяся часть формулы
yd	= x*2 - 2x -		3 + (x-1)*s1 ! знаменатель y1
y1	= (x**2	+ 2*x - 3 +		(x+1)*s1) / yd;
y2	= Sqrt(x+3) / Sqrt(x-3);
Write(6,*)		’y1=’, y1,		’y2=’, y2
Write(6,*)		’\|y2-y1\|=’,		Abs(y2-y1)!в y1 и y2 совпали 6 – 7 значащих цифр
!------------- далее – добавить вычисление z1,z2
End	Program	Formula

Практикум по современному Фортрану

Последовательность работы над программой

1.Отладить программу с исходными данными, указанными в задании. Отладка считается завершенной, если значения y1 и y2 и значения z1 и z2 попарно совпадают с точностью 6 – 7 значащих цифр.

2.Определить область допустимых значений (ОДЗ) исходных данных.

3.Организовать диалог для ввода исходных данных. Для этого нужно добавить в программу:

a)приглашение к вводу данных:

оператор Write(*,*) с указанием имен данных и ОДЗ;

b)ввод данных с консоли:

оператор Read(*,*)<список имен вводимых переменных >).

Получить результирующие значения y1 и y2, z1 и z2

4.Для обработки трех комплектов данных следует подготовить файл In.txt с тремя комплектами данных в соответствии с ОДЗ.

Изменить программу так, чтобы она получала данные автоматически из файла (диалог закомментировать):

a)открыть файл In.txt для чтения данных (оператор Open);

b)используя цикл, получить три комплекта результатов

do k=1,3

− ввести один комплект данных из файла In.txt;

−	вычислить y1 и y2, z1 и z2;
−	вывести результаты с указанием имен переменных;

enddo

Контрольные вопросы к защите работы

1.Что называется программой на алгоритмическом языке?

а) файл на диске; б) файл, внутри которого есть слово program; в) дайте свой вариант ответа.

Примечание. Вы просматриваете на экране текстовый файл. Можете ли Вы утверждать, что это файл с программой?

2.Вы работаете с интегрированной средой IDE. Что должно обязательно присутствовать в имени файла с программой на Фортране 90:

а) хотя бы одна буква; б) слово fortran; в) свой вариант ответа – приведите примеры имен файлов с программами на Фортране 90.

3.Как записать комментарий в программе?

а) начать его с красной строки; б) начать его с «//» ; в) дайте свой вариант ответа. Приведите примеры комментариев.

4.Какие числовые типы данных используют в Фортране? Приведите примеры числовых констант.

Практикум по современному Фортрану

5.Можно ли вещественную константу 6420 записать на Фортране без десятичной точки? Если можно, то как это сделать?

6.Как записать на Фортране комплексное число 19+4i ?

7.Какие имена переменных в программе записаны верно, а какие нет?

а) F1	б) Y(X) в) X_1 г) Б5 д) Z.8 е) 3J ж) β4
8. Как правильно вызвать функцию sinx ?
а) sinX	б) sinx	в) sin(x)

9. Определите значение переменной M в результате вычисления: integer:: N=1

integer:: M

M = 1/((2*N+1)*(2*N+2))

10.В каком порядке выполняются операции в числовом выражении? а) со скобками; б) без скобок. Разъясните оба случая.

11.Определите значение переменной В в результате вычисления:

real:: А=2.0 real:: B

B = -A**2

12.Исправьте ошибки:

a)4 записан как sqrt(4);

b)	комплексный корень	− 4
c)	комплексный корень	− 4
d)	комплексный корень	− 4

записан как sqrt(-4); записан как sqrt(-4.0); записан как sqrt(-4,0);

e) вещественный корень 4 записан как sqrt(4,0).

13.Почему на Фортране нельзя возводить отрицательное число в вещественную степень?

14.Записать в Фортране известные величины:

дюжина, число π, число e, скорость света c = 3.108

а) в виде констант; б) как значения, точные для компьютера. 15. Определите значения переменных В и C в результате вычисления:

real:: А=2.0
real:: B, C	C = 1/(2*A)
B = 1/2*A;	C = 1/(2*A)

16. Как формулу 3 −1/8 записать в Фортране?

Указание. Правильность ответов на вопросы: (9), (11), (15), (16) проверьте на компьютере.

Пример контрольного задания

1. Расположите константы в порядке возрастания (представить в оди-

наковой форме):

24.0; 2.4Е+2;

0.24Е-3 .

2.b - вещественная переменная, равная 4.0. Что получим в результате вычисления: 1/2*b; 1/(2*b); b**(1/2); 1/b*2 .

Практикум по современному Фортрану

3. Формула 3 x была записана как x**1/3 – исправьте ошибки.

4. Запишите на Фортране формулу

−5 3sin x +4cos

2 x

2 −

5. Чему будут равны значения переменных m, n, k, c, c1 после выпол-

нения программы? В ответах учесть тип переменных.

integer:: m, n, k

real:: a=7.2, b=1.8, c, c1

m = a

n = b

c = a/b+b

c1 = m/n+b

k = a/b+b

end

Варианты индивидуальных заданий

№

Данные

Формулы

a=8.6

= (a

−b

−c

+2bc):

a +b −c

;

y2 =

(a + c)

−b

;

b=1.3

a +b +c

c=3.3

= 2sin

(3π−2α) cos

(5π+2α);

α=0.75

−

sin

−8α

−b2

−

a3 −b3

a=3.5

2 ;

;

a - b

-b

a +b

b=-2.1

cos2α

= 1sin2 2α

α=0.1

ctg 2 α −tg 2 α ;

+a a

−b

−

−a a

−b

( a +

b )

a=3.5

;

a −b

;

b=0.72

2 a3b

−2

α=0.62

=1−

sin2 2α+cos2α;

=cos2 α +cos4 α

−3a2 + 4 + (a2 − 4)

a2 −1

(a − 2) a

a3 + 3a2 − 4 + (a2 − 4)

a2 −1 ;

(a + 2) a

−1 ;

a=4.3

=cosα +cos2α +cos6α +cos7α;

α=0.43

= 4cos

cos

5 α cos4α

Практикум по современному Фортрану

1 / 141 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
28.08.20193.25 Mб150УТС Л1 Авт в пищ. пр-сти.doc
#
14.11.20187.56 Mб147учебник по менеджменту.doc
#
20.03.201695.82 Кб20Учебник стихосложения.docx
#
14.09.2019504.83 Кб6Учебное пособие 3.doc
#
21.03.20161.39 Mб54Учебное пособие по английскому.pdf
#
21.03.20161.32 Mб108учебное пособие по лр_фортран.pdf
#
14.04.20151.3 Mб67УчПособие Проектирование Финал.docx
#
08.09.20191.41 Mб3Учпособие_макро_521600.doc
#
13.08.2019120.83 Кб4файловый сервер!.doc
#
01.08.201957.86 Кб1ФАКТОРЫ_сохраняющие.doc
#
21.11.2019412.67 Кб11Ферменты-лекция.doc