Fortran语言教程

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1、单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,,*,,Fortran,语言,（,Fortran77,结构化程序设计）,普通高校计算机基础教学课程,2024/11/26,2,,,说明,,第一章 算法,（略）,,第二章 计算机和计算机程序,（略）,2024/11/26,3,第三章,Fortran,语言程序设计初步,,2024/11/26,4,3.1 Fortran,语言的发展概况,,FOR,mula,TRAN,slator,公式翻译器,,,,Fortran,语言是一种适合于科学和工程计算问题的程序设计语言；也是计算机高级语言发展史上使用最早的一

2、种程序设计语言。,2024/11/26,5,3.1 Fortran,语言的发展概况,,Fortran,语言的发展过程：,,1951,年由约翰,·,贝克斯等人开始研究,Fortran,语言；,,1957,年第一个,Fortran,程序在,IBM704,机上运行；,,1958,和,1962,年先后推出,FortranⅡ,和,FortranⅣ,；,,1966,和,1978,年先后颁布,Fortran66,和,Fortran77,；,,1991,年颁布了,Fortran90,。,,现在已经有了,Fortran 95,,,Fortran 2003,2024/11/26,6,Fortran,语言的特征,F

3、ortran,语言的最大特性是接近数学公式的自然描述，在计算机里具有很高的执行效率。,,易学，语法严谨。,,可以直接对矩阵和复数进行运算。,,自诞生以来广泛地应用于数值计算领域，积累了大量高效而可靠的源程序。,,很多专用的大型数值运算计算机针对,Fortran,做了优化。,,广泛地应用于并行计算和高性能计算领域。,,Fortran 90,，,Fortran 95,，,Fortran 2003,的相继推出使,Fortran,语言具备了现代高级编程语言的一些特性。,2024/11/26,7,3.2,简单的,Fortran,程序分析,,例,1,：求一元二次方程,x,2,+3x-5.6=0,的根，并打

4、印结果。,,利用公式：,,,,（这里，,a=1,，,b=3,，,c=-5.6,）,2024/11/26,8,3.2,简单的,Fortran,程序分析,,编程如下：,,c the roots of the quadratic equation,,a=1.0,,b=3.0,,c=-5.6,,x1=(-b+sqrt(b*b-4.0*a*c))/(2.0*a),,x2=(-b-sqrt(b*b-4.0*a*c))/(2.0*a),,write(*,100)x1,x2,,100 format(1x,'x1=',f6.2,'x2=',f6.2),,end,2024/11/26,9,3.2,简单的,Fo

5、rtran,程序分析,执行结果：,,x1= 1.30 x2=-4.30,,例,2,：试求,3!,，,6!,，,9!,的值。,,编程如下：,2024/11/26,10,3.2,简单的,Fortran,程序分析,主程序： 子程序：,,,c main program c subprogram,,j=k(3) function k(n),,l=k(6) k=1,,m=k(9)

6、 i=2,,write(*,*)j,l,m 5 if (i.le.n) then,,end k=k*i,,i=i+1,,执行结果：,goto 5,,6 720 362880 endif,,return,,end,2024/11/26,11,3.2,简单的,Fortran,程序分析,Fortran,程序的基本结构：,,⑴一个,Fortran,源程序由一个或多个,程序单位,组成，每个程序单位以,“,end,”,语句结束

7、。,,⑵每个程序单位包括若干行,,语句行（执行语句和非执行语句行）,,非语句行（注释行）,,⑶语句前可不设标号，也可根据需要设标号。,,⑷各类语句在程序单位中的位置有一定规则。,,⑸程序必须按规定格式书写。,2024/11/26,12,3.3 Fortran,源程序的书写格式,Fortran77,源程序必须按以下格式书写：,,,⑴每行只能在,80,列内书写,，并把,80,列分为,4,个区。,,,⑵,1,～,5,列：标号区,,（,1,～,5,位无符号整数；第,1,列为,“,*,”,或,“,c,”,时，为注释行）,,,⑶第,6,列：续行标志区,,（非空格或非零字符；最多,19,个续行）,,,⑷,7

8、,～,72,列：语句区,,（书写语句；一行只能写一条语句）,,,⑸,73,～,80,列：语句注释区,,（一般作编号注释）,2024/11/26,13,3.4 Fortran,程序的编辑与运行,Fortran PowerStation 4.0,集成开发环境,,简 介,2024/11/26,14,3.4 Fortran,程序的编辑与运行,一、,Fortran PowerStation 4.0,的启动,,选,“,开始,”,→,“,程序,”,→,“,Fortran PowerStation 4.0,”,→,“,Microsoft Developer Studio,”,。,,二、创建项目工作间,,选

9、,“,File,”,→,“,New,”,→,“,Project Workspace,”,→,“,Console Application,”,，并输入项目工作间名称（如：,aaa,）和存放项目工作间的位置或路径（如：,c:\for\,） →,Create,。,2024/11/26,15,3.4 Fortran,程序的编辑与运行,三、给项目工作间添加和编辑文件,,打开指定的项目工作间→选,“,Insert,”,→,“,File into Project,”,→,输入要添加的文件名（如：,st01.for,）→,“,Add,”,。然后按,Fortran,程序的书写规则编辑程序。,,四、编译项目工作间

10、中的文件,,打开指定的文件→选,“,Build,”,→,“,Compile st01.for,”,。,,五、连编项目文件,,选,“,Build,”,→,“,Build aaa.exe,”,。,,六、运行项目文件,,选,“,Build,”,→,“,Execute aaa.exe,”,。（显示程序执行结果）,2024/11/26,16,3.4 Fortran,程序的编辑与运行,注：若,Fortran,程序是由一个主程序文件和若干个子程序文件组成，则应将各文件添加到同一项目工作间，分别进行编译，然后连编和运行项目文件。,,七、打开项目文件,,选,“,File,”,→,“,Open,”,→,在打开对话

11、框文件类型下拉列表中选,“,Project Workspace(*.mdp),”,→,然后选项目工作间文件夹中的项目文件。,2024/11/26,17,3.5,常 量,常量,——,在程序执行期间其值固定不变的量。,,Fortran,处理六种类型的常量：,,⑴整型常量（,Integer,）,,⑵实型常量（,Real,）,,⑶双精度常量（,Double precision,）,,⑷复型常量（,Complex,）,,⑸逻辑型常量（,Logical,）,,⑹字符型常量（,Character,）,2024/11/26,18,3.5,常 量,3.5.1,整型常量,,包括正、负整数和零。,,,例

12、：,5,，,-13,，,0,，,…,,,说明：,,①在（,16,位）微机中，整数的取值范围为：,,,-2,15,～,2,15,-1,（,-32768,～,32767,）,,②在（,32,位）微机中，整数的取值范围为：,,,-2,31,～,2,31,-1,（,-2147483648,～,2147483647,）,2024/11/26,19,3.5,常 量,3.5.2,实型常量,,（有二种表示形式）,,⒈小数形式,,例：,15.8,，,-21.05,，,14.0 ,,14.,，,.17,，,0.0 ,,…,,⒉,指数形式,（通常表示较大或较小的数）,,例：,100000000→1.0E+8,

13、,0.0000125→,1.25,E-05,,,,数字部分,,指数部分,2024/11/26,20,3.5,常 量,说明：,,⑴一个数值用指数形式表示时有两种表达方式：,,①一个基本实数后面跟指数部分。,,例：,0.876→8.76E-1,,-2589.4→-2.5894E+3,,②,一个整数后面跟指数部分。,,例：,0.876→876E-3,,-2589.4→-25894E-1,2024/11/26,21,3.5,常 量,⑵,同一个数值可用不同的指数形式表示。,,例：,0.876→8.76E-1→87.6E-2→876E-3,,⑶,计算机在输出时，按标准化指数形式输出。,,例：,

14、0.28→2.800000E-01,,-59.58E+12→-5.958000E+13,,,即数字部分大于,1,，且小数点前只有一位非零数字的指数输出形式。,,⑷在微机中，一般用四个字节存放一个实数，其取值范围为：,10,-75,～,10,75,。超出此范围时为,“,溢出,”,错误。,2024/11/26,22,3.5,常 量,⑸,下列形式为不合法的指数形式：,,①单独的小数点和单独的指数部分。,,例：,.E5,，,E10,×,,②,指数部分只能是整数，不能带小数点。,,例：,8E0.5,，,12.3E1.5,×,2024/11/26,23,3.6,变 量,变量,——,在程序执行期

15、间其值可以改变的量。,,3.6.1,变量的概念,,,Fortran,为每一个变量分配一个相应的存储单元；每个变量在每个时刻只能有一个确定的值。,,例：,x=4.5 x,,x=8.0 x,,,注：在程序中用到的变量都必须要有确定的值。,4.5,8.0,2024/11/26,24,3.6,变 量,3.6.2,变量名,,变量名,——,标识一个变量所用的名字。,,命名规则：,,变量名的第一个字符必须是字母；,,在第一个字符后可跟,1,～,5,个字母或数字。,,例：,,x,，,m1,，,total,，,k123,，,…,,2024/11/26,25,3.6,变 量,注意几点：

16、,,⑴变量名不区分大小写字母。,,例：,TOTAL,，,Total,，,total,代表同一变量,,⑵变量名中的空格不起作用。,,例：,abc,，,a bc,，,ab c,，,a b c,代表同一变量,,⑶变量名尽量做到,“,见名知义,”,,AVER,、,SUM,、,Imax,,⑷,允许变量名与语言中具有特定含义的字（,“,保留字,”,）同名。,,例：,sin,，,read,，,open,，,end,，,…,,建议,不要,使用,fortran,中具有特定含义的字作变量名,2024/11/26,26,3.6,变 量,3.6.3,变量的类型,,,Fortran,能处理各种类型的变量。不同类型

17、的变量用来存放不同类型的数据。,,变量类型的说明,（三种方式）,,⒈隐含说明,,即以,I,、,j,、,k,、,l,、,m,、,n,开头的变量为整型变量，以其它字母开头的变量为实型变量。（,“,I,～,N,规则,”,）,,例：,imax,，,m5,，,number,，,…,,为整型变量,,,v,，,h2,，,aver,，,…,,为实型变量,2024/11/26,27,3.6,变 量,⒉,显式说明,,即用类型说明语句指定变量的类型。,,如：,,Integer,——,说明变量为整型变量,,Real,——,说明变量为实型变量,,Double precision,——,说明变量为双精度变量,,Co

18、mplex,——,说明变量为复型变量,,Logical,——,说明变量为逻辑型变量,,Character,——,说明变量为字符型变量,2024/11/26,28,3.6,变 量,如：,,,Integer abc,，,xyz,,real imax,，,k3,,logical a1,，,kpz,,⒊,用,implicit,语句说明,,即说明用某一字母开头的变量为指定的类型。,,例：,implicit integer(a,，,b),，,real(k),,implicit integer(x-z),2024/11/26,29,3.6,变 量,三种类型说明的优先级：,,高,类型说明语

19、句（显式说明）,,,implicit,语句说明,,低,,“,I,～,N,规则,”,2024/11/26,30,3.7 Fortran,内部函数,,在编制,Fortran,程序时，经常要用到一些基本的数学函数，如三角函数、指数函数、对数函数等。为方便用户，,Fortran,编译系统已提供了这些函数的计算程序，需要时即可调用。,,,Fortran,内部函数调用格式：,,函数名（自变量）,,2024/11/26,31,3.7 Fortran,内部函数,如：,,sin(90*3.14159/180),→1.0,,sqrt(9.0),→3.0,,abs(-5.6),→5.6,,int(6.75),→

20、6,,exp(3.0),→20.085540,,,Fortran77,全部内部函数见附录,Ⅵ,2024/11/26,32,3.7 Fortran,内部函数,注意几点：,,⑴函数自变量（参数）必须用括号括起来。,,,例：,sinx+cosx → sin(x)+cos(x),,⑵,函数自变量可以是常量、变量或表达式。,,,例：,exp(3.0),,sin (x+cos(x)),,⑶,有些函数的类型是由自变量的类型确定的。,,,例：,mod(8.0,3.0) →2.0,,mod(8,3) →2,,⑷,三角函数的角度单位是,“,弧度,”,而不是,“,度,”,。,,⑸函数名分为,“,通用名,”,和,“

21、,专用名,”,内部函数名一般用,“,通用名,”,。,2024/11/26,33,3.8 Fortran,算术表达式,Fortran77,提供了四种表达式：,,算术表达式,,关系表达式,,逻辑表达式,,字符表达式,,,算术表达式,——,将各运算元素（常量、变量、函数和数组等）用算术运算符连接起来的一个有值的式子。,2024/11/26,34,3.8 Fortran,算术表达式,一、算术运算符及其优先级,,⒈算术运算符（五种）,,加（,+,） 减（,-,） 乘（,*,）,,除（,/,） 乘方（,**,）,,⒉算术运算符的优先级,,括号→函数→乘方→乘、除→加、减,,注：,同

22、级,运算,“,先左后右,”,，,连续乘方,时,“,先右后左,”,。,,2024/11/26,35,3.8 Fortran,算术表达式,例：,3+5-6.0*8.5/4**2+sin(x),,→,3+5-6.0×8.5÷4,2,＋,sinx,,x**y**z,、,x**(y**z),,→,x,y,z,,(x**y)**z,,→,(x,y,),z,,有了算术表达式概念之后，我们就可以将：,数学运算式,→,Fortran,算术表达式,2024/11/26,36,3.8 Fortran,算术表达式,二、算术表达式书写规则,,⑴表达式中的各运算元素之间必须用运算符分隔。,,,例：,xyz→x*y*z

23、,,2(x+y) → 2*(x+y),,⑵,作任何运算的表达式只能写在一行。,,例：,,,→,(a+b)/(c+d),,a+b/c+d,×,,2024/11/26,37,3.8 Fortran,算术表达式,⑶,两个运算符不能紧邻。,,,例：,,,,→,a/(-b),→,-a/b,→,a/-b,,⑷,表达式一律用小括号。,,例：,,,a[x+b(y+c)] → a*(x+b*(y+c)),2024/11/26,38,3.8 Fortran,算术表达式,三、表达式求值中的类型问题,,⑴同类型量运算的结果，仍为原类型。,,,例：,4*5=20,，,4.0*5.0=20.0,,6.0/4.0=1.

24、5,，,6/4=1,（≠,1.5,）,,⑵不同类型量运算时，先将低级类型（,整型,）转换为高级类型（,实型,），然后再按同类型量进行运算。,,,例：,2.5*4=10.0,（ ≠,10,）,,,2.0**3=2.0*2.0*2.0=8.0,（属同类量运算）,,2024/11/26,39,3.8 Fortran,算术表达式,四、运算中的误差问题,,⑴整数量运算没有误差,,⑵实型量由于有效位数的限制，运算时会出现误差,,,例,1,：,(1.0/3.0)*3.0=0.9999999 (≠1.0) ∵ 1.0/3.0=0.3333333,,,例,2,：,X=1E30,,Y=-1E30,

25、,Z=1.0,,,(X+Y)+Z=?,,X+(Y+Z)=?,2024/11/26,40,3.9,赋值语句,Fortran,提供三类赋值语句：,,,算术赋值语句,,逻辑赋值语句,,字符赋值语句,,一、算术赋值语句一般格式,,,V=e,,,功能：把赋值号右边表达式的值，赋给赋值号左边的变量或数组元素。,,,例：,,,S=3.14159*r**2,,2024/11/26,41,3.9,赋值语句,二、算术赋值语句中的类型转换问题,,⑴赋值号两边类型一致时，直接赋值。,,,例：,k=355,,⑵,赋值号两边类型不一致时，先计算，再转换，最后赋值。,,,例：,y1=6*2,（,y1,的值为,12.0,）,

26、,,Imax=3.6*2 (imax,的值为,7(7.2,→,7)),2024/11/26,42,3.9,赋值语句,注意几点：,,⑴赋值号左边只能是变量或数组元素，不能为带运算符的表达式。,,,例：,3*a=6*x+sin(x),×,,⑵,一个赋值语句只能给一个变量或数组元素赋值。,,,例：,a=b=c=d=3.5,×,,⑶,一个赋值语句执行后，赋值号左边变量的原值被右边表达式的值取代。,,,例：,x=1.0,,x=x+1.0 (x,的值为,2.0),2024/11/26,43,3.10,简单的输出语句,用户编制的程序必须要有输出语句，把结果显示或打印出来。,,,Fortran,提供了三种

27、输出方式：,,①表控格式输出（标准或固定格式输出）,,②指定格式输出,,③无格式输出（二进制形式，适应磁盘文件）,,一、表控格式输出,,,按,Fortran,编译系统隐含规定的格式输出。,（即系统根据输出数据的不同类型，自动给出相应的输出格式。）,2024/11/26,44,3.10,简单的输出语句,二、表控格式输出语句,,一般格式：,,,print ﹡,〈,输出表列,〉,,write (﹡,﹡)〈,输出表列,〉,,,,,例,1,：,print ﹡,56.8,125,,,或,write (﹡,﹡) 56.8,125,,,例,2,：,print ﹡,a, b, c,,,或,write (﹡,﹡)

28、 a, b, c,,2024/11/26,45,3.10,简单的输出语句,例,3,：,x=12.5,,y=90.5,,z=x+y,,print *, x, y,,print *, 'z=', z,,end,,,运行结果：,,,12.500000 90.500000,,Z= 103.000000,2024/11/26,46,3.10,简单的输出语句,⒈,整数的,表控格式输出,,规定：每个整数占,12,列，数据打印在右端，左补空格。,,例：,print *,，,123,，,-1128,,,输出结果：,,,︺︺︺︺︺︺︺︺,123,︺︺︺︺︺︺︺,-1128,2024/11/26,47,

29、3.10,简单的输出语句,⒉,实数的,表控格式输出,,规定：每个实数占,16,列，数据打印在右端，左补空格。,,,例：,print *,，,15.4,，,-321.45,,,输出结果：,,,︺︺︺︺︺︺,15.400000,︺︺︺︺︺,-321.450000,2024/11/26,48,3.10,简单的输出语句,当实数值的绝对值≥,10,7,或＜,1,时，按标准的指数形式输出。,,,例：,print *,，,-10000000.,，,0.98,,,输出结果：,,,︺︺,-1.000000E+07,︺︺︺︺,9.800000E-01,2024/11/26,49,3.11,简单的输入语句,Fort

30、ran,提供了三种输入方式：,,①,表控格式输入（自由格式输入）,,②指定格式输入,,③无格式输入,,一、表控格式输入,,表控格式输入,——,根据变量的数据类型输入相应的数据形式，数据间以逗号或空格分隔的输入方式。,2024/11/26,50,3.11,简单的输入语句,二、表控格式输入语句,,一般格式：,,,read ﹡,〈,输入表列,〉,,read (﹡,﹡)〈,输入表列,〉,,,例,1,：,read ﹡,a, b,（若,a=14.7, b=30.0,）,,键盘输入：,14.7,30.0↙,,2024/11/26,51,3.11,简单的输入语句,例,2,：,read ﹡,x,k,（若,x=4

31、.5,k=200,）,,键盘输入：,4.5,200↙,,,例,3,：,read ﹡,x,y,z,（若,x=1.5,y=2.5,z=3.5,）,,,read ﹡,i,j,（若,i=5,j=10,）,,键盘输入：,1.5,2.5,3.5↙,,5,10↙,,2024/11/26,52,3.11,简单的输入语句,注意几点：,,⑴输入数据的个数不得少于,read,语句中变量的个数，但多余的数据也不起作用。,,例：,read ﹡,x,y,z,（若,x=1.5,y=2.5,z=3.5,）,,键盘输入：,,①,1.5,2.5,3.5↙,,② 1.5,2.5,3.5,,5.2,6.0,↙,（最后两个数被忽略）,

32、,③,1.5,2.5↙,（计算机将等待用户继续输入数据）,,2024/11/26,53,3.11,简单的输入语句,注意几点：,,⑵一个,read,语句可以分多行输入，,但每一个,read,语句必须从新的一行输入,。,,例：,read ﹡,x,y,z,（若,x=1.5,y=2.5,z=3.5,）,,,read ﹡,i,j,（若,i=5,j=10,）,,键盘输入：,1.5↙,,2.5↙,,3.5↙,,5,10↙,,,若键盘输入：,1.5,2.5,3.5,5,10↙,（错）,2024/11/26,54,3.11,简单的输入语句,⑶,在输入数据时若出现,“,/,”,，则终止对此,read,语句的输入。

33、,,例：,read ﹡,x,y,z,,,键盘输入：,1.5,2.5/↙,,（变量,z,的值为原值或为零。）,2024/11/26,55,3.12,参数语句（,parameter,语句）,一、,parameter,语句的功能,,为常量命名，即用一个符号代表一个常量。,,二、,parameter,语句一般形式,,,Parameter(p,1,=c,1,[,p,2,=c,2,,,…,,p,n,=c,n,]),,,其中：,p,n,——,符号常量；,c,n,——,常量。,,,,2024/11/26,56,3.12,参数语句（,parameter,语句）,例：求半径为,0.5m,的圆面积和圆周长。,,编程

34、如下：,,,parameter (r=0.5,pi=3.14159),,s=pi*r**2,,h=2.0*pi*r,,print*,s,h,,end,2024/11/26,57,3.12,参数语句（,parameter,语句）,注意几点：,,⑴参数语句必须写在所有可执行语句之前；,,⑵符号常量的命名规则及类型与变量相同，并遵循,“,I,～,N,规则,”,；,,⑶程序中不能给符号常量再赋值。,2024/11/26,58,3.13 pause,语句,, stop,语句,, end,语句,一、,pause,语句,,,⒈一般形式,,,Pause [n],,,,注：,n,为,1,～,5,位正整数或字符常

35、量。,,,⒉功能,,暂停程序的执行。,,（一个程序单位可以有多个,pause,语句）,,2024/11/26,59,3.13 pause,语句,, stop,语句,, end,语句,例：,,,parameter (r=0.5,pi=3.14159),,s=pi*r**2,,h=2.0*pi*r,,,pause ',打印面积和周长,',,print*,s,h,,end,2024/11/26,60,3.13 pause,语句,, stop,语句,, end,语句,二、,stop,语句,,,⒈一般形式,,,stop [n],,,,注：,n,为,1,～,5,位正整数或字符常量。,,,⒉功能,,终止程序

36、的执行。,,（一个程序单位可以有多个,stop,语句）,,2024/11/26,61,3.13 pause,语句,, stop,语句,, end,语句,三、,end,语句,,⒈一般形式,,,end,,,⒉,功能,,对主程序：终止程序的执行和作为程序单位的结束标志；,,对子程序：返回调用程序和作为程序单位的结束标志。,,（一个程序单位只能有一个,end,语句）,,2024/11/26,62,课后练习题,,P,75,～,76,：第五、八、十一题,,2024/11/26,63,第四章 逻辑运算和选择结构,,2024/11/26,64,计算机程序,程序设计的基本方法,,计算机解决问题所需要的一系列代

37、码化指令序列,——,计算机程序,。,,,程序,=,数据结构,+,算法,,即,“,程序就是在数据的某些特定的表示方式和结构的基础上，对抽象算法的具体描述。,”,,,上述公式可扩充为：,,程序,=,数据结构,+,算法,+,程序设计方法,+,语言工具,2024/11/26,65,所谓面向过程的程序设计，是指利用面向过程的语言工具,（如,Basic,、,Pascal,、,Fortran,和,C,等）,进行程序开发的各项活动。,程序设计的基本方法,面向过程的程序设计,优点：,编程简单、结构性强、可读性好，程序执行时序特征明显；遵循这种结构的程序只有一个入口和一个出口。,,缺点：,存在数据与程序模块的分离

38、和程序的可重用性差等问题。,基本思想：,,把一个需要求解的复杂问题分为若干个模块来处理，每个模块处理一个子问题；设计时遵循,自顶向下,、,逐步细化,、,模块化设计,和,结构化编码,的原则。,2024/11/26,66,程序设计的基本方法,结构化程序设计方法：,结构化编码,,在结构化程序设计中，任何复杂的算法，都可以由,三种基本结构,组成。,,在构造算法时，也仅以三种基本结构作为基本单元。,,遵循这种结构的程序只有,一个输入口,和,一个输出口,。,模块化设计,,将一个复杂问题的程序分为若干个程序模块，每个模块完成一项特定功能；其中有一个,主模块,和若干个,子模块,，主模块控制各个子模块来实现整个

39、程序的功能。,自顶向下，逐步细化,,2024/11/26,67,程序设计的基本方法,面向对象的程序设计,面向对象的程序设计是一种新的程序设计范型。它将一些新的理念和结构化程序设计中好的思想相融合，提供了一种全新的程序设计方法。,基本思想,,将一个需要求解的问题分解为一系列实体（对象），然后围绕这些对象建立数据和函数；函数的功能决定了该对象的行为。规定一个对象的函数可以访问另一对象的函数，但一个对象的数据不能应用于另一对象的函数中。,,,几个基本概念： 三类机制：,,类,,,对象,,,属性,,,事件,,,方法

40、 封装、继承、多态,2024/11/26,68,4.1,算法及其表示方法,一、算法的概念,,算法,——,解决某一问题所采取的方法和步骤。,,计算机算法,——,计算机能够执行的算法。,,,计算机算法的特征：,,,⑴有穷性,——,操作步骤是有限的。,,,⑵确定性,——,方法步骤是明确的。,,,⑶有效性,——,方法是正确的，步骤是完整的。,,,⑷必须有输入和输出。,（取得必要的信息，给出正确的结果。）,2024/11/26,69,4.1,算法及其表示方法,Fortran,是结构化程序设计语言，每个程序单位可由三种基本结构组成：,,,⑴顺序结构,,⑵分支选择结构,,⑶循环结构,,实践证明，任何复杂的问

41、题都可以用这三种基本结构来描述。,2024/11/26,70,4.1,算法及其表示方法,二、算法的表示,,用,N,～,S,流程图表示。（由几种功能框组合而成）,,,⑴矩形框,——,用于表示顺序结构。,,如：若先执行语句,A,，再执行语句,B,。,,A,B,2024/11/26,71,4.1,算法及其表示方法,例：若,a=1.5,，,b=4.5,，求,a+b,的平方。,,①画,N,～,S,图： ②编程：,,,A=1.5,,B=4.5,,C=(a+b)**2,,Print *, c,,end,1.5→a,4.5→b,(a+b),2,→c,打印,c,结束,2024/11/26,72,4.1,算

42、法及其表示方法,⑵,三角框,——,用于表示分支选择结构。,,如：若,P,为条件，当,P,成立执行语句,A,，否则执行语句,B,。,P,,True False,A B,P,A,B,2024/11/26,73,4.1,算法及其表示方法,⑶L,形框,——,用于表示循环结构。,,,①当型循环（,P,为条件，,A,循环体）,,如：若条件,P,成立，则执行循环体,A,，否则跳出循环体。,P,,,A,,Y,N,P,A,2024/11/26,74,4.1,算法及其表示方法,,②,直到型循环（,P,为条件，,A,循环体）,

43、,如：首先执行循环体,A,，若条件,P,不成立继续执行循环体,A,，直到条件,P,成立为止。,,,,A,,,,P,,P,A,Y,N,2024/11/26,75,4.2,关系表达式,,关系表达式是构成选择结构判断条件的基本式子。它也是一种最简单的逻辑表达式。,,,一、关系运算符,（,P80,表,4-1,）,,,.gt.,（大于）,,,.ge.,（大于等于）,,,.eq.,（等于）,,,.lt.,（小于）,,,.le.,（小于等于）,,,.ne.,（不等于）,2024/11/26,76,4.2,关系表达式,二、关系表达式的一般形式,,,〈,算术量,〉〈,关系运算符,〉〈,算术量,〉,,,即：,,⑴

44、关系表达式是由关系运算符将两个算术量连接起来的式子。,,⑵关系表达式的运算元素是算术量，结果是,逻辑量,：真（,.True.,）或假（,.False.,）。,,2024/11/26,77,4.2,关系表达式,有了关系表达式，我们就可以将：,,数学关系式─→,Fortran,关系表达式,,例：,,,x+y>15.4,─→,,a+b≠a-b,─→,,e,x,≥2.17,─→,,2024/11/26,78,4.2,关系表达式,注意：,,⑴算术运算优先于关系运算。,,如：等同于,(a+b).ne.(a-b),,⑵,实数运算误差对关系表达式的影响,,如：,,值为,.false.,,1.0/3.0*3.0

45、=0.9999999,,∴,对于,,→,abs(a-b).lt.1E-6,,,→,abs(c-d).gt.1E-6,2024/11/26,79,4.3,逻辑表达式,关系表达式只能表达简单的关系，如：,,,5≤x≤10,,就不能用关系表达式表达，此时要用逻辑表达式。,2024/11/26,80,4.3,逻辑表达式,一、逻辑表达式的一般形式,,,〈,逻辑量,〉〈,逻辑运算符,〉〈,逻辑量,〉,,即：,,⑴逻辑表达式是由逻辑运算符将两个逻辑量连接起来的式子。,,⑵逻辑表达式的运算元素是逻辑量，结果也是逻辑量：真,(.True.),或假,(.False.),。,,逻辑量包括逻辑常量、逻辑变量和关系表达

46、式。,,2024/11/26,81,4.3,逻辑表达式,二、逻辑常量,,两个：①,.true.,（真）②,.false.,（假）,,三、逻辑变量,,,——,用于存放逻辑常量的变量。,,逻辑变量可以通过赋值语句来接受逻辑常量的值，但在使用前，要进行类型说明。,,,例：,logical a, b,,a=.true.,,b=.false.,2024/11/26,82,4.3,逻辑表达式,四、逻辑运算符,,,.and.,（逻辑与）,,,.or.,（逻辑或）,,,.not.,（逻辑非）,,,.eqv.,（逻辑等（同或））,,,.neqv.,（逻辑不等（异或））,2024/11/26,83,4.3,逻辑表

47、达式,五、逻辑运算符的运算规则,（,P83,表,4.3,）,,若,a,b,为两个逻辑量，则：,,,——,(,当,a,、,b,同时为真时，为真。,),,,a.or.b,——,(,当,a,、,b,中任意一个为真或同时为真时，为真。,),,,.not.a,——,(,当,a,为真，其值为假；当,a,为假，其值真。,),,,——,(,当,a,、,b,为同一逻辑常量时，为真。,),,,——,(,当,a,、,b,不为同一逻辑常量时，为真。,),2024/11/26,84,4.3,逻辑表达式,六、逻辑表达式的运算次序,（,P84,表,4.5,）,,,运算次序为：,,,括号→算术运算→关系运算→逻辑运算,,,而

48、逻辑运算：,,,.not.→.and.→.or.→.eqv.,.neqv.,2024/11/26,85,4.3,逻辑表达式,例,1,：写出下列条件的逻辑表达式。,,⑴,5≤k≤10,,,,⑵│f│≤3g,或│,f│,＝,5t,,,abs(f).le.3*g.or.abs(f).eq.5*t,,⑶1≤a≤8,并且,1≤b≤8,,(a.ge.1.and.a.le.8).and.(b.ge.1.and.b.le.8),2024/11/26,86,4.3,逻辑表达式,例,2,：若,a=2.5,b=7.5,c=5.0,d=6.0,,求下列逻辑表达式的值。,,⑴,().and.(),,,①t

49、 ②f,,③f,,,,2024/11/26,87,4.3,逻辑表达式,例,2,：若,a=2.5,b=7.5,c=5.0,d=6.0,,求下列逻辑表达式的值。,,⑵,c/2.0+d,.lt.,a,.and.,.not.,.true.,.or.,c,.le.,d,,,①8.5,④F ③T,,,②F,,.,,,,⑤F,.,,,⑥T,2024/11/26,88,4.4,用块,if,实现选择结构,有以下三种典型的块,if,选择结构：,,,⑴,if (,条件,) then,(,块,if,语句,),,,块,(then,块,),,endif,(endif,语句,),,P,A,2024/

50、11/26,89,4.4,用块,if,实现选择结构,⑵,if (,条件,) then,,,块,1,(then,块,),,else,,,块,2,(else,块,),,,endif,,,P,A,B,2024/11/26,90,4.4,用块,if,实现选择结构,例：,2X,＋,3 (X≤2),,Y,＝,,,X,＋,5 (X,＞,2),,编程如下：,,,read(*,*) x,,if (x.le.2) then,,,y=2*x+3,,else,,,y=x+5,,endif,,,write(*,*)’x=’,x,’y=’,y,,end,X≤2,,True

51、 False,Y=2X,＋,3,,Y=X+5,输出结果,结束,输入,X,值,2024/11/26,91,4.4,用块,if,实现选择结构,⑶,if (,条件,1) then,,,块,1,,else if (,条件,2) then,,,块,2,(else if,块,),,,┆,,else if (,条件,n) then,,,块,n,,[else,,,块,(n+1)],,endif,,,2024/11/26,92,4.4,用块,if,实现选择结构,说明：,,⑴每个块,if,中可以完整地包含一个（或多个）块,if,结构，即构成块,if,的嵌套结构。如：,,,if (,条件,1) then

52、 if (,条件,1) then,,,块,1,if (,条件,2) then,,,else,块,2,,,if (,条件,2) then endif,,,块,2,,else,,,endif,,块,1,,endif,,endif,,,,2024/11/26,93,4.4,用块,if,实现选择结构,⑵,一个块,if,语句必须和一个,endif,语句相对应。,,⑶块,if,中的,“,then,块,”,、,“,else,块,”,和,“,else if,块,”,可为空块。,,2024/11/26,94,4.4,用块,if,实现选择结构,,例,1,：求一元二次方程,ax,2,+bx+c=0

53、,的根。,,（当,b,2,-4ac≥0,时有两个实根，,b,2,-4ac,＜,0,时有两个复根。）,,,,输入,a,、,b,、,c,b,2,－,4ac → d,true d≥0 false,计算两实根 计算两复根,输出,x1,，,x2,输出,x1,，,x2,结束,2024/11/26,95,4.4,用块,if,实现选择结构,,print*,’input a,b,c:’,,read*,a,b,c f=-b/(2.0*a),,d=b**2-4.0*a*c g=sqrt(-d)/(

54、2.0*a),,,if (d.ge.0.0) then,print*,'x1=',f,'+i',g,,e=sqrt(d) print*,'x2=',f,'-i',g,,x1=(-b+e)/(2.0*a),endif,,x2=(-b-e)/(2.0*a) end,,print*,'x1=',x1,,print*,'x2=',x2,,,else,2024/11/26,96,4.4,用块,if,实现选择结构,例,2,：求下列函数值。,,,0 (x,＜,-10),,2x+20 (-10

55、≤x,＜,0),,y= 20 (0≤x,＜,20),,30-0.5x (20≤x,＜,40),,50-x (40≤x,＜,50),,0 (x≥50),2024/11/26,97,4.4,用块,if,实现选择结构,,输入,x,true,x,＜,-10,false,true,x,＜,0,false,true,x,＜,20,false,true,x,＜,40,false,true,,x,＜,50,,false,y=50-x y=0,打印,y,y,＝,0,y=20,y=30-0.5x

56、,y=2x+20,2024/11/26,98,4.4,用块,if,实现选择结构,源程序一：,,,,read*,x,if (x.lt.50.0) then,,,if (x.lt.-10.0) then,y=50.0-x,,y=0.0,else,,,else,,y=0.0,,,if (x.lt.0.0) then,endif,,y=2.0*x+20.0,endif,,,else,endif,,,,if (x.lt.20.0) then,,,endif,,y=20.0,endif,,,else,,print*,’y=‘,y,,,if (x.lt.40.0) then,,end,,y=30.0-0.5

57、*x,,,else,2024/11/26,99,4.4,用块,if,实现选择结构,源程序二：,,,read*,x print*,’y=‘,y,,,if,(x.lt.-10.0),then,end,,y=0.0,,,else if,(x.lt.0.0),then,,y=2.0*x+20.0,,,else if,(x.lt.20.0),then,,y=20.0,,,else if,(x.lt.40.0),then,,y=30.0-0.5*x,,,else if,(x.lt.50.0),then,,y=50.0-x,,else,,y=0

58、.0,,endif,2024/11/26,100,4.5,逻辑,if,语句,,逻辑,if,语句也是一种选择结构，但与块,if,不同，主要表现在：,,①只用一行表示一个选择结构；,,②仅当条件成立时执行，并且只执行一条语句。,,,逻辑,if,语句的一般形式：,,,If〈,条件,〉,语句,,,例：,if (n.le.100) n=n+1,,2024/11/26,101,4.5,逻辑,if,语句,例：,2X,＋,3 (X≤2),,Y,＝,,,X,＋,5 (X,＞,2),,编程如下：,,,read(*,*) x read(*,*)x,,if (

59、x.le.2) then if(x.le.2) y=2*x+3,,,y=2*x+3,if(x.gt.2) y=x+5,,else,write(*,*)’y=’,y,,,y=x+5 end,,endif,,write(*,*)’y=’,y,,end,2024/11/26,102,课后练习题,P96,：,,第一～三题；第四、五、七题,,2024/11/26,103,第五章 循环结构的实现,,2024/11/26,104,第五章 循环结构的实现,,所谓循环，是指在程序执行过程中需要重复执行的程序段。,,在实际问题中

60、，我们经常遇到循环，如：,,求 ∑,n,，,n!,，,…,,,无条件循环,GOTO,,,循环结构,,直到型循环,,,条件循环 当型循环,,计数型循环,2024/11/26,105,5.1,用,goto,语句实现循环,goto,语句的一般形式：,,,goto ,,,其中：,s1,——,语句标号。,,功能：程序执行到此语句时，无条件的转向标号为,s1,的语句去执行。,,例：求,1,～,10,的累加和。,,编写程序段：,integer x,sum,,x=0.0,,sum=0.0,,10 x=x+1,,sum=sum+x,,goto 10,2024/11/26,106,5.1,用,goto

61、,语句实现循环,,如果我们把以上,goto,语句作为逻辑,if,语句中的执行语句，则就可以实现有条件的循环。即：,,,,integer x,sum,求,1,～,10,的累加和,,,x=0.0,,sum=0.0,,10 x=x+1,,sum=sum+x,,if(x.lt.10)goto 10,,print*,sum,,end,x=0.0 ,sum=0.0,,,x+1→x,,,,sum+x→sum,,,直到,x≥10,,,输出,sum,,2024/11/26,107,5.2,当型循环的实现,一、用块,if,和,goto,语句实现循环,,,一般形式：,,,s1 if (,条件,) then,,,标

62、号,块,,,goto s1,,endif,,P,,,,A,,所谓当型循环，是指执行循环体要依据事先给定的条件。当条件成立时执行循环，否则就不执行循环。,2024/11/26,108,5.2,当型循环的实现,编程如下：,,,read*,n,,m=1,,i=1,,,10 if (i.le.n) then,,m=m*i,,i=i+1,,,goto 10,,endif,,print*,m,,end,输入,n,,,m=1,i=1,,,i≤n,,,,m×i→m,,,i,＋,1→i,,,输出,m,,例：求,n!,。,2024/11/26,109,5.2,当型循环的实现,,二、用,do while,语句实

63、现当型循环,,,一般形式,,,do s1[,] while (,条件,),,┆,循环体,,,s1 <,终端语句,>,,,2024/11/26,110,5.2,当型循环的实现,例：求,n!,。,,编程如下：,,,read*,n,,m=1,,i=1,,,do 10 while (i.le.n),,m=m*i,,i=i+1,,,10 continue,,print*,m,,end,2024/11/26,111,5.3,直到型循环的实现,一、用逻辑,if,语句实现直到型循环,,,一般形式,,,s1,循环体,,,if (,条件,) goto s1,,所谓直到型循环，是指先执行循环体，再判断条件

64、。如果条件为,“,假,”,（真），继续执行循环，直到条件为,“,真,”,（假）时终止循环。,2024/11/26,112,5.3,直到型循环的实现,例,1,：求,n!,。,,编程如下：,,,read*,n,,m=1,,i=1,,,10 continue,,,m=m*i,,i=i+1,,,if (i.le.n) goto 10,,,print*,m,,end,读,n,,m→1, i→1,,m*i→m,,i+1→i,,直到,i,＞,n,,输出,m,,结束,,2024/11/26,113,5.3,直到型循环的实现,编程如下：,,,integer sign,,s=1.0,,d=2.0,,sign=

65、1,,,10 sign=(-1)*sign,,t=sign/d,,s=s+t,,d=d+1,,,if (d.le.100.0) goto 10,,print*, s,,end,例,2,：求 的值。,2024/11/26,114,当型与直到型循环的比较,,当型循环 直到型循环,,,,,不同：,先判断条件 先执行循环体,,再执行循环体 再判断条件,（循环体至少被,,执行一次）,P,,,A,,,,P,A,循环结构关键：⑴条件判断,,⑵改变条件的语句,2024/11/2

66、6,115,5.4,用,do,语句实现循环,,当循环的初值、终值和循环次数都已知时，可用,do,语句实现循环。,,用,do,语句实现的循环称为,“,do,循环,”,。,do,循环是由一个,do,语句和循环体组成。,2024/11/26,116,5.4,用,do,语句实现循环,一、一般形式,,,do s[,] v=e1, e2 [,e3],,┆,循环体,,,s <,终端语句,>,,,说明：,,①,,s,——,循环体,终端语句,的标号,,②,v,——,循环控制变量（,do,变量），可为整型、实型或双精度,,,2024/11/26,117,5.4,用,do,语句实现循环,一、一般形式,,,do s[,] v=e1, e2 [,e3],,┆,循环体,,,s <,终端语句,>,,说明：,,③,e1,e2,e3,是整型、实型或双精度,表达式,,,e1,——,循环变量初值,,,e2,——,循环变量终值,,,e3,——,循环变量增量（步长，默认值：,1,）,,当,v,为整型变量，,e3=1,时，,e3,可忽略,,,例：,DO 10,I=1,10,2,,DO 100,N=1,5,2024/11/