第一章程序设计概述

Free format(自由格式)
1.3.6 语句
Fortran90程序是一种分块形式的程序，整 个程序由若干个程序模块组成。各模块都 有相似的语句组织形式，其中主程序起整 体控制作用，各辅程序模块各自完成问题 中的一个算法
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。
1.3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： 类,对象,属性,事件,方法
三类机制： 封装、继承、多态
1.2.2 程序设计的步骤
国内外物探数据处理软件大多数采用 FORTRAN语言编写
FORTRAN语言计算领域的优越性
0.2 教学内容和目标
教学内容
基本概念：Fortran语言的语法 程序设计：利用Fortran进行程序设计 解决问题：利用Fortran解决专业问题
教学目标
具备初步高级程序设计能力 能够程序调试、测试、验证能力 养成良好的编程习惯 具备采用程序设计解决实际物探问题的能力
输出max的值 n=n+1
输出 max
输出 max 结束
1.2.1 程序与程序设计
计算机解决问题所需要的一系列代码化指令序 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
⑤ ⑥
input xwhile if max＜x
nt!h=9en输m入axx<=x输入如一果个m数ax，的并值把小该n于=9 数Nx的存值入Y，x中
max<x
输入 x
则把x的值送入max中
⑦ n=n+1Y
N计数器n增加1
max<x
Y
⑧ goto ④max<=x
转向第④步执行 N
max<=x
⑨ output max n=n+1
end
R<a
R>a
G
G
输出G
结束
1.2.3 编程要点
程序代码规范清晰、语句表达准确到位 常量、变量类型申明清楚 注释书写清楚，利人利己 多练多写多编译 充分利用人脑，简化计算量提高效率 养成良好的编程习惯
1. 3 FORTRAN程序设计初步
1.3.1 发展历史 1.3.2 特点与功能 1.3.3 字符集 1.3.4 标示符 1.3.5 书写格式 1.3.6 语句 1.3.6 编译环境
1 算法与程序设计
1.1 算法 1.2 程序与程序设计 1. 3 Fortran 程序设计的初步
1.1.1 算法的概念
现代含义是采用逻辑思维的方法对获取数据用计算机处理的步 骤，即计算机解题步骤或计算机算法。
算法有五个基本特征：
正确性：一个好的算法或程序必须保证执行后的结果正确。
FORTRAN程序设计
主讲：张 华 zhhua1979@163.com
科技楼518
0 前言
0.1 课程的意义 0.2 教学内容和目标 0.3 教学要求 0.4 学习方法 0.5 教材及参考书
0.1 课程的意义
程序设计是物探工作者必备工具之一
数据处理、格式转换等 正反演、信号处理等
1.3.1 发展历史
1957年IBM发表，Fortran →Formula Translator
Fortran I,第一个被正式推广使用的高级语言 主要面向科学计算：是为科学、工程问题或企事业管理中的
那些能够用数学公式表达的问题而设计，其数值计算的功能 较强
1966年American Standards Association 制定 Fortran 66 标准
1.2.2 程序设计的步骤
Case1:估算地球的重力加速度随高度的变化
数学模型： p!r估og算ra地m球E的ar重th力_g加ra速度随g高度的变f M化 implicit none
ar a3
(r a)
!r!Fe定:a引l义力f,常E常a数r数th；_MEa,rEtahr_tMh_：gR地球质f量(；aEMarrth)_3R：(地r球半a径)
第6列
如果是“0”以外的任何字符，表示这一行是上一行的继续行。
第 7~72 列 Fortran 程序代码的编写区域。
第 73 列之后 不使用，超过的部分会被忽略，有的编译器会发出错误信息。
程序代码中的多余的空格没有意义，仅做分隔 和方便阅读,如SIN(X) S IN ( X )
配合打孔卡片的使用
分析问题，建立数学模型； 设计算法，绘制流程图； 选择语言，编写程序； 调试程序，分析结果； 整理资料，撰写文档。
进行程序设计要遵循有关的程序设计规则和采用成熟的 程序设计方法。程序设计方法有两种：一种是面向过程 方法;一种是面向对象方法。前者称为传统方法,后者称 为现代方法,代表了程序设计方法的发展趋势。面向过 程方法又分为模块化方法和结构化方法。
1. 3.5书写格式
Fixed Format（固定格式）
是旧式的写法，有较多的限制 文件名用*.F或*.FOR
Free Format（自由格式）
Fortran 90以后新增的写法 文件名用*.F90
Fixed format(固定格式)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 . . . ... 72 73
Free format(自由格式)
Fortran 90开始使用，文件名为*.F90 不再规定每一行的第几个字符有什么作用 叹号”!”后面的文本都是注释 每行可以编写132个字符 行号写在每行的最前面 一行程序代码的最后如果是符号＆，代表下一
行程序会和这一行连接。如果一行程序代码的 开头是符号＆，代表它会和上一行程序连接 free format中的空格同样无意义，纯粹用来 作为分隔及方便阅读程序代码使用
开始
设置常数a,f 输入M,R
parameter(f=6.667E11,Earth_M=5.976E24,Earth_R=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 *,"海拔为",R,'重力加速度大约为：',g,'m/s^2'
1.3.2 特点和功能
发展历史长，积累的财富多 书写和语法规则要求严格 可直接对数组和复数进行运算 具有不可替代的并行计算功能 FORTRAN是一种编译语言
1. 3.3 字符集
字符是组成程序的基本符号，程序中的变量、函 数、表达式、语句等程序基本要素都是用一个个 不同的字符书写构成的
问题： 输入依次10个数选择最大值
伪代码描述
自然语言描述
① input x ② max<=x
输入 x
输入一个数，并把该开始数存入x中 把x的值送入max中输入 x
③ n=0
max<=x
设置一个计数max<器=x n，并置初
值为0
n=0
④ if n=9 goto ⑨
如果n的值等于9则转n=0 入第⑨步执行
1.2.3程序设计的基本方法
面向过程的程序设计
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。
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。
源自文库
0.5 教材及参考书
教材
FORTRAN95程序设计、中国电力出版社
参考书
FORTRAN95/2003程序设计、中国电力出版社 VISUAL FORTRAN 常用数值算法集、科学出版
社 VISUALFORTRAN编程指南、人民邮电出版社 FORTRAN完全自学手册、机械工业出版社 Fortran常用算法程序集、清华大学出版社
1978年4月ANSI正式公布新的标准:Fortran (X3.91978)—— Fortran 77
1991年5月通过了研制期间称为Fortran 8x的Fortran 90
Fortran 95标准在1997年由ISO公布，为Fortran90 的修正版，加强了Fortran在并行运算方面的支持。
e nd
源程序必须严格按照一定的格式来书写
在编译时对一行中不同位置上的内容分别处理
Fixed format(固定格式)
在fixed format中，规定了程序代码每一行中 每个字段的意义
第1列
如果是字母 C、c 或星号*，这一行文本会被当成说明注释，不会被编译
第 1~5 列 如果是数字，就是用来给这一行程序代码取语句标号。不然只能是空格
C
F I XE D F O R M A T
prog r a m ma i n
wr i t e ( * , * ) ‘ H i‘
wr i t e ( * , * )
#‘ J o h n ‘
wr i t e ( * , 1 0 )
1 0 f o r m a t (‘ f i n e ! ‘ )
s top
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和程序的可重用性差等问题。
1.2.3程序设计的基本方法
结构化程序设计方法：
自顶向下，逐步细化 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程序的功能。
0.3 教学要求
注意基本能力的培养 理论教学与实践并重 关于作业
要求独立完成 关于考核
平时成绩30%，考勤、作业和实验
考试成绩70%
0.4 学习方法
多看、多练、多想（“三多”）
多看：经典代码 多练：典型的算法编程实现 多想：程序的改进
网络资源
FORTRAN论坛、QQ群等 Google、百度中搜索“FORTRAN” 源码库、文库等
1.1.2 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，任何复杂的问题都可以用这 三种基本结构来描述。
1.1.2 算法的描述方法
自然语言描述。 流程图描述 N-S图描述 PAD图描述 伪代码描述
可读性：一个好的算法或程序应有良好的可读性。
通用性：一个好的算法或程序要尽可能通用，应适用一类问题 的求解，提高算法设计的效率。如：设计求解一元二次方程 2x2+3x+1=0的算法，该算法最好设计成求解一元二次方程 ax2+bx+c=0的算法。
高效率：高效率包括时间和空间两个方面。执行速度快、运行 时间短、占用内存少。
MY_SUB，pro_file A-B，x&y，6T，cqu.cn，S(x)B
1.3.4 标识符
使用
变量名、程序名、函数名和符号常量名等 字母大写和小写等价 空格不起作用 没有保留字 在给标识符起名时，应充分考虑其所代表对象
的含义，尽可能做到见名知义，以便于程序的 阅读、修改和调试 不能出现同一个标识符代表不同对象
英文26个字母 数字 22个特殊符号
A~Z及a~z（英文字母大小写不分）
0~9
: = + - * / ( ) , . ‘’ ! “” % & ; < > ? $ _ 空格符
1.3.4 标识符
标识符是用来表示程序中的变量、符号常 量、函数、程序等对象的一组符号。
命名规则
标识符由字母和（或）数字、下划线符号组成， 且第一个字符必须是字母。 ABC，x，y2，S123，sum，B2K9P3，