Шпаргалки по Fortran

Представление информации в ЭВМ. 2.Решение задач с использованием ЭВМ. Понятие об устройстве ЭВМ.Организация вычислительного процесса б ЭВМ. 3.Алгоритм.

Свойства алгоритма.

Способы представления алгоритма. Типы алгоритмов. 4.Порядок подготовки программы, исходный текст, трансляция и интерпретация, редактирование связей. Язык программирования Фортран 5.Фортран.Злементы языка.

Алфавит, лексемы, имена, выражения и операции, операторы. 8.Фортран.Встроенные типы данных.

Объявление данных.

Правило умолчания о типах данных. 7.Фортран.

Встроенные операции.

Оператор присваивания. 8.Конструкция DO . Разновидности конструкции DO . Операторы CYCLE , EXIT . 9. Оператор IF, конструкция IF THEN ENDIF. 10. Конструкция IF THEN ELSE ENDIF, 11. Инструкция IF THEN ELSE IF. 12. Конструкция SELECT CASE. 13.Программные компоненты и процедуры.

Главная программа. 14.Программные компоненты и процедуры.

Подпрограммы. 15.Программные компоненты и процедуры.

Функции. 16.Программные компоненты и процедуры.

Модули. 17.Обращение к сопрограммам.

Параметры процедур. Виды связи параметра.

Атрибут INTENT . 13.Явный и неявный интерфейс.

Оператор INTERFACE . 19.Области видимости имен и меток. 20.Производные типы данных.

Оператор TYPE . 21.Массивы фиксированного размера.

Описание, присвоение значений.

Выражения с массивами.

Сечения массивов, массивов. 22.Символьные данные, символьные вырашия . Текстовые подстроки. 23.Оператор и конструкция WHERE . 24.Динамические массивы.

Размещаемые массивы. 25.Динамические массивы.

Автоматические массивы. 26.Массивы - формальные параметры процедур.

Массивы заданной формы. 27.Массивы - формальные параметры процедур.

Массивы, перенимаю-дше форму. 28.Массивы - формальные параметры процедур.

Массивы, перенимающие размер. 29.Ассоциирование памяти.

Оператор COuuO '. 30.Ассоциирование памяти.

Оператор EQUIVALENCE . 31.Рекурсия.

Рекурсивные алгоритмы и определения. 32.Рекурсивные субпрограмны . Предложение RESULT . Рекурсия 'изнутри' З9.Сортировка.

Постановка задачи.

Сортировка выбором. 40. Пузырьковая сортировка. 41. Пирамидальная сортировка. 42. Быстрая сортировка. 43. Поиск.

Постановка задачи.

Дихотомический поиск. DO -Циклы.

Операторы EXIT и CYCLE Простейшая конструкция DO [имя:] DO БОК END DO (имя] задает бесконечный цикл.

Поэтому такой цикл должен содержать по крайней мере один оператор, например EXIT [имя], обеспечивающий выход из этого цикла. Имя конструкции, если оно присутствует, должно появляться в операторах DO и END DO . Рекомендуемая форма DO -цикла с параметром: [ имя :] DO dovar = start, stop [, inc] БОК END DO [имя] dovar - целая переменная, называемая переменной цикла или параметром цикла; start , stop - целые скалярные выражения, задающие диапазон изменения do var ; inc - целое скалярное выражение, задающее лаг изменения dovar . Значение inc не может быть равным нулю. Если параметр inc отсутствует, то он принимается равным единице.

Рекомендуемая форма DO WHILE -цикла: [ имя ] DO WHILE( Л B) ? БОК END DO [ имя ] Если DO WHILE -цикл не содержит операторов прерывания цикла, БОК выполняется до тех пор, пока истинно скалярное ЛВ. DO -цикл, DO -цикл с параметром и DO WHILE -цикл могут быть рваны операторами GOTO , EXIT и CYCLE , а также в результате выполне ния оператора RETURN , обеспечивающего возврат из подпрограммы.

Оператор EXIT [имя} передает управление из DO -конструкции на первый следующий за kohi рукцией выполняемый оператор. Если имя опущено, то EXIT обеспечив; выход из текущего цикла, в противном случае EXIT обеспечивает выход цикла, имя которого присутствует в операторе EXIT . Оператор CYCLE [имя] передает управление на начало DO -конструкции. При этом оператор расположенные между CYCLE и оператором END DO конца цикла, не выполняются. Если имя опущено, то CYCLE обеспечивает переход на начало текущего цикла, в противном случае CYCLE обеспечивает переход на нача ло цикла, имя которого присутствует в операторе CYCLE . Условный логический оператор IF IF (ЛВ) оператор Если истинно ЛВ, то выполняется оператор, в противном случае управ ление передается на последующий оператор программы.

Конструкция IF THEN ENDIF [ имя -.] IF( ЛВ ) THEN БОК END IF [ имя ] БОК выполняется, если истинно ЛВ. Если присутствует имя конструк ции, то оно должно быть и в первом и в последнем операторе конструкции, например: swap: if(x у ) then hold = х ; х = у ; у = hold end if swap Замечание. Если БОК содержит один оператор, то лучше использовать оператор IF (ЛВ) оператор Конструкция IF THEN ELSE ENDIF [ имя :] IF( ЛВ ) THEN БОК 1 ELSE [ имя ] БОК1 END IF [имя] В случае истинности ЛВ выполняется БОК1 и выполняется БОК2, если ЛВ ложно. Имя конструкции, если оно задано, должно обязательно присут ствовать и перед IF , и после END IF. Конструкция IF THEN ELSE IF [ имя :] IF( ЛВ ) THEN БОК 1 ELSE IF( ЛВ 2) THEN [ имя ] БОК 2 … [ELSE [ имя ] БОК n END IF [ имя ] В случае истинности ЛВ1 выполняется БОК1 и управление передается на следующий за END IF оператор. Если ЛВ1 ложно, то управление пере дается на следующий ELSE IF , то есть вычисляется значение ЛВ2 и, если оно истинно, то выполняется БОК2. Если оно ложно, то управление пере дается на следующий ELSE IF , и так далее. Если ложны все ЛВ, то выпол няется следующий за завершающим ELSE БОКп . Если завершающий ELSE отсутствует, то управление передается на расположенный за END IF опера тор. Число операторов ELSE IF в конструкции может быть произвольным. Имя в ELSE и в ELSE IF можно задавать, если это имя имеют операторы IF и END IF . Имя, если оно задано, во всех частях конструкции должно быть одинаковым.

Конструкция SELECT CASE [имя:] SELECT CASE (тест-выражение) CASE(C П 1) [ имя ] [ БОК 1] [CASE(C П 2) [ имя ] [ БОК 2]] … [CASE DEFAULT [ имя ] [ БОКп ]] END SELECT [имя] Тест-выражение - целочисленное, символьное типа CHARACTER ( l ) Или логическое скалярное выражение. СП - список констант, тип которых должен соответствовать типу тествыражения . Конструкция SELECT CASE -работает так: вычисляется значение тествыражения . Если полученное значение находится в списке СП1, то выполняется БОК1; далее управление передается на следующий за END SELECT оператор. Если значение в СП1 не находится, то проверяется, есть ли оно в СП2, и так далее. Если значение тест-выражения не найдено ни в одном списке и присутствует оператор CASE DEFAULT , то выполняется БОКп , а далее выполняется расположенный за END SELECT оператор. Если же значение тест-выражения не найдено ни в одном списке и CASE DEFAULT отсутствует, то ни один из БОКл не выполняется и управление передается на следующий за END SELECT оператор.

Список констант СП может содержать одно значение, или состоять из разделенных запятыми констант, или быть задан как диапазон разделенных двоеточием значений, например 5:10 или T :' N '. Левая граница должна был меньше правой. Если задается диапазон символов, то код первого символе должен быть меньше кода второго. Если опущена левая граница, например :10, то в СП содержатся все значения, меньшие или равные правой грани це. И наоборот, если опущена верхняя граница, например 5:, то в СП по падают все значения, большие или равные нижней границе. СП можеч включать также и смесь отдельных значений и диапазонов.

Разделителям! между отдельны ми элементами СП являются запятые, например: case (1, 5, 10:15, 33) Нельзя задать в СП диапазон значений, когда тест-выражение имее г логический тип.

Каждое значение, даже если оно задано в диапазоне зна чений , может появляться только в одном СП. Массив - это объект данных, который содержит конечное число скалярных данных одного типа. В отличие от простой переменной массив обладает атрибутом DIMENSION . Массивы заданной формы Границы размерностей массивов - формальных параметров могут определяться передаваемыми в процедуру значениями других параметров. Так, в рассмотренной в разд. 6.3.1 задаче пользовательская функция md имеет синтаксис result = md ( d , n ) где d - массив - формальный параметр заданной формы; an - целочисленный скаляр, используемый для задания размера массива d . функция вызывается 3 раза: а = md ( a , na ); mb = md ( b , nb ); me = md ( c , nc ) При каждом вызове фактическим параметром является массив той же формы, что и массив - формальный параметр.

Передаваемые размерности пассивов имеют разные значения.

Однако форма ассоциируемых при вызове процедуры массивов фактических и формальных параметров может различаться, что позволяет в ряде случаев упростить написание программы. Так это происходит при создании подпрограммы обмена содержимого двух многомерных массивов: integer, parameter :: n = 5, m = 10, k = m*n real a(m, n) /k*1.0/, b(m, n) /k*2.0/ call swap(a, b, m, n) write(*, *) b end subroutine swap(a, b, m, n)

Вычисленные границы массива фиксируются на время выполнения процедуры и не меняются при изменении значения соответствующего описательного выражения. При работе с такими массивами необходимо следить, чтобы размер массива - формального параметра не превосходил размера ассоциированного с ним массива - фактического параметра. Если фактическим параметром является многомерный массив и соответствующим ему формальным параметром является массив заданной формы с тем же числом измерений, то для правильного ассоциирования необходимо указать размерности массива - формального параметра такими же, Как и у массива - фактического параметра.

Исключение может составлять верхняя граница последней размерности массива, которая может меньше соответствующей границы массива - фактического параметра. Если в качестве фактического параметра задан элемент массива, т формальный параметр ассоциируется с элементами массива-родителя начиная с данного элемента и далее по порядку.

Массивы, перенимающие форму Такие массивы - формальные параметры перенимают форму у соответствующего фактического параметра. В результате ранг и форма фактического и формального параметров совпадают. При описании формы формального параметра каждая размерность имеет вид: [нижняя граница] : где нижняя граница - это целое описательное выражение, которое може ! зависеть от данных в процедуре или других параметров. Если нижняя граница опущена, то ее значение по умолчанию равно единице.

Например» П РИ вызове real х (0:3, 0:6, 0:8) interface subroutine asub (a) real a(:, :, :) end end interface call asub (x) Соответствующий перенимающий форму массив объявляется так: subroutine asub (a) real a(:, :, :) prnt *, lbound (a, 3), ubound (a, 3) ! 1 9 Так как нижняя граница в описании массива а отсутствует, то после вызова подпрограммы в ней будет определен массив а(4, 7, 9). Если нужно сохранить соответствие границ, то массив а следует объявить так: real a (0:, 0:, 0:) В интерфейсном блоке по-прежнему массив а можно объявить: real а(:, :, :) Процедуры, содержащие в качестве формальных параметров перенимающие форму массивы, должны обладать явно заданным интерфейсом.

Сортировка Основное назначение сортировки - обеспечить быстрый поиск данных.

Помимо этого, в отсортированном файле или массиве гораздо быстрее выполнять многие вычисления.

Сортировка методом пузырька Сортировка методом пузырька наиболее проста для реализации, но имеет по сравнению с другими методами наименьшую вычислительную эффективность. Не теряя общности, будем для простоты изложения в дальнейшем рассматривать задачу сортировки массива х целых чисел, в котором первые я чисел должны быть отсортированы так, чтобы х i Xj для 1 i j Идея сортировки методом пузырька состоит в том, чтобы просмотреть массив последовательно несколько раз. Один просмотр состоит из сравнения каждого элемента массива со следующим за ним элементом ( xi сравнивается с xj +1) и обмена этих двух элементов, если они располагаются не в нужном порядке (если Xi > xi +1) Быстрая сортировка Рассмотрим массив х 25 37 12 33 48 57 92 86 В нем число 48 характеризуется тем, что, во-первых, все расположенные левее него числа меньше 48 и, во-вторых, числа, расположенные правее него больше 48. Назовем такое число разделителем массива . Нетрудно по нять, что теперь мы можем отдельно решать задачу сортировки для чисел до разделителя и для чисел после него. Кроме того, сам разделитель находится в нужной позиции, то есть в дальнейшей сортировке он уже не рассматривается.

Размещаемые массивы рассмотренный массив marks является статическим - его размер не может быть изменен в процессе вычислений, поэтому мы вынуждены задать 6 го размер с некоторым запасом (чтобы иметь возможность использовать массив для любой студенческой группы). Это приводит к тому, что программа, как правило, занимает больше памяти, чем это требуется на самом деле.

Подобного перерасхода памяти можно избежать, если применить динамический массив и каждый раз выделять под него столько памяти, Сколько нужно.

Работа с динамическим массивом происходит так: выполняется объявление размещаемого массива. В отличие от статических размещаемые массивы объявляются с атрибутом ALLOCATABLE . Кроме того, каждое измерение размещаемого массива задается в виде двоеточия , например : in teger, allocatable , dimension(:) :: marks определяется размер массива; · оператором ALLOCATE выделяется память под массив; · после выполнения вычислений выделенная память освобождается. Это · выполняется оператором DEALLOCATE ; · после этого массиву вновь может быть выделена свежая область памяти. При размещении массива параметр STAT = позволяет узнать, удалось ли разместить массив. Этот параметр может быть опущен, но тогда любая неудача при выделении памяти приведет к ошибке этапа исполнения и остановке программы.

Параметр указывается в операторе ALLOCATE последним. При удачном выделении памяти целочисленная статусная переменная ierr возвращает нуль, в противном случае возвращается код ошибки размещения.

Причиной ошибки может быть, например, недостаток памяти или 'попытка разместить ранее размещенный и не освобожденный оператором DEALLOCATE объект.

Аналогичную роль играет необязательный параметр STAT = и в операторе DEALLOCATE . Сечение массива В Фортране можно получить доступ не только к отдельному элементу массива, но и к некоторому подмножеству его элементов. Такое подмножество элементов массива называется сечением массива.

Сечение массива может быть получено в результате применения индексного триплета или векторного индекса, которые при задании сечения подставляются вместо одного из индексов массива.

Индексный триплет имеет вид: [нижняя граница] : [верхняя граница] [.шаг] Каждый из параметров триплета является целочисленным выражением. Шаг изменения индексов может быть и положительным и отрицательным, но не может равняться нулю. Все параметры триплета являются необязательными.

Индексный триплет задает последовательность индексов, в которой первый элемент равен его нижней границе, а каждый последующий больше (меньше) предыдущего на величину шага. В последовательности находятся все задаваемые таким правилом значения индекса, лежащие между границами триплета. Если же нижняя граница больше верхней и шаг положителен или нижняя граница меньше верхней и шаг отрицателен, то последовательность является пустой.

Пример. real a (1:10);, а(3:7:2) = 3.0 ! Триплет задает сечение массива с элементами ! а(3), а(5), а(7), которые получат значение 3.0 а(7:3:-2) = 3.0 ! Элементы а(7), а(5), а(3) получат значение 3.0 Автоматические массивы В процедуре может быть задан локальный массив, размеры которого могут меняться при разных вызовах процедуры. Такие массивы, так же как и локальные строки переменной длины (разд. 10.4), относятся к автоматическим объектам.

Рекурсивные процедуры Фортран поддерживает рекурсивные вызовы внешних, модульных и внутренних процедур.

Процедура называется рекурсивной, если она обращается сама к себе или вызывает другую процедуру, которая, в свою очередь, вызывает первую процедуру. В первом случае рекурсия называется прямой, во втором - косвенной.

Оператор объявления рекурсивной процедуры должен предваряться префиксом RECURSIVE . Внутри рекурсивной процедуры интерфейс к этой процедуре является явным (см. разд. 16.4.3). Пример.

Разработать подпрограмму subst , которая в данной строке заменяет все вхождения подстроки sub 1 на подстроку sub 2. Так, если дана строка ' abc 1 abc 2 abc 3' и sub 1 = ' abc ', a sub 2 = ' d ', то результатом должна быть строка ' dl d 2 d 3'. program stgo character( len = 20) :: st = 'abc1abc2abc3' call subst ( st , ' abc ', d') ! subst содержит прямую write(*, *) st ! рекурсию d1 d2 d3 end recursive subroutine subst ( st , subl , sub2) character( len = *) st , sub1, sub2 ! Длина каждой строки определяется integer ip ! длиной соответствующего ip = index ( st , sub 1) ! фактического параметра if ( ip > 0) then st = st (: ip - 1) // sub2 // st ( ip + len ( subl ):) call subst ( st , subl , sub2) ! Рекурсивный вызов подпрограммы endif ! выполняется до тех пор, пока end ! не выполнены все замены subl на sub 2 Если функция содержит прямую рекурсии, то есть непосредственно вызывает сама себя, результату необходимо дать имя, отличное от имени Функции. Это выполняется путем добавления в заголовок функции предложения RESULT . В случае косвенной рекурсии имя результирующей пе-Ременнрд и имя функции могут совпадать.

Символьные типы данных Символьный тип данных позволяет задать объект, состоящий из последовательности символов. Такую последовательность мы будем строкой.

Символьный тип данных могут иметь объекты: переменные, константы и функции.