FORTRAN90程序设计.ppt

FORTRAN90语言程序设计,计算机中心 楚红 2006.12,第3部分 循环结构程序设计,带循环变量的DO循环结构 不带循环变量的DO循环结构 DO-WHILE控制的循环结构 循环的嵌套 循环结构程序设计举例,有循环变量的DO循环结构,有循环变量DO结构的格式 DO V = E1 , E2 , E3 循环体 ENDDO DO循环语句由三部分组成：DO语句、循环体和ENDDO语句。 DO语句是DO循环的开始语句，指定用于控制循环执行的有关参数（初始值、终止值和步长），决定是否执行循环体。 DO是关键词，表示DO循环结构的入口语句。 V是循环变量，循环变量的类型可以为整型或实型，E1，E2，E3可以是整型或实型常数、变量、表达式。 E1称为循环变量的初始值；E2称为循环变量的终止值； E3称为循环变量的步长，当步长为1时，该项可以省略。 在循环开始时，E1，E2，E3应有确定的值。 由于实型数据在进行数据转换时，可能出现误差，因此，在使用循环变量、E1、E2和E3时，最好定义为整型。,有循环变量的DO循环结构,循环体是DO循环结构的主体，给出用于处理数据的有关语句，决定DO循环语句的执行结果。 ENDDO语句是DO循环结构的终端语句，表明DO循环语句到此结束，控制返回到DO语句执行。 下面给出一些合法的DO结构： DO I = 1, 10, 2！输出1、3、5、7、9 PRINT * , I ENDDO DO I = 10, 1, -2！输出10、8、6、4、2 PRINT * , I ENDDO,有循环变量的DO循环结构,DO循环结构的执行过程为： (1) 先计算E1、E2、E3的值，然后转换为与循环控制变量相同的类型； (2) 给循环控制变量赋初值V=E1； (3) 计算循环次数，计算公式为： R = MAX ( INT ( ( E2 - E1 + E3 ) / E3 ), 0 ) 例如，若DO语句为“DO L = 2, 20, 2”，循环次数为：R = MAX ( INT ( ( 20 2 + 2 ) / 2 ) , 0 ) = 10； (4) 检查循环次数，当R 0时，执行循环体；当 R0时，跳过循环体，循环结构执行结束； (5) 当执行到循环终端语句时，循环变量按步长增值，循环变量 = 循环变量 + E3； (6) 循环次数减1：R = R 1 ；返回 (4) 继续执行。,注意事项,(1)E3的缺省意味着循环步长为1，此时E3前面的逗号也必须省略。例如： DO I = 1 , 10 , 1 DO I = 1 , 10 两者含义相同。 (2) 若循环次数R 0，按R = 0处理，则循环一次也不会被执行。例如： DO I = 10 , 1 , 2 循环变量R = INT ( ( 1 - 10 + 2 ) / 2 ) = -3，一次也不会执行循环。 (3) E1、E2、E3的类型应与循环变量相同。当E1、E2、E3的类型与循环变量不相同时， 在循环执行时，系统将E1、E2、E3转换成循环变量的类型。 例如：DO I = 1.6 , 3.6 , 1.6 应先将实型转化成整形，即：DO I = 1 , 3 , 1,因此循环次数是3次，而不是2次。,注意事项,(4) 循环变量在循环体中可以被引用，但不能被重新赋值。例如，下面的用法是错误的： DO I = 1 , 10 I = I * I ENDDO 因为循环变量在循环体内不能被赋值，若改成：J = I * I 则就正确了。 (5) E1、E2、E3的值在循环体中被改变后，不影响循环次数的计算。因此，试图通过改变循环体中E1、E2、E3的值来改变循环次数是不可能的。例如： J = 10 DO I = 1 , J J = 20 ENDDO !该循环次数在循环体执行之前已计算好，共执行10次，不会因为循环体内J值的改变而增加循环次数。,注意事项,(6)可以不经过ENDDO语句退出循环，即将执行控制从循环体内转移到循环体外。也可在循环体内转移，但不能从循环体外转移到循环体内。例如： DO I = 1, 20 IF ( I * 3 = 100 ) GOTO 100 ENDDO 100 PRINT * , I * 3 (7)DO循环和其它结构 ( 如块IF结构、CASE结构 ) 可以相互嵌套使用，但结构的嵌套必须是完整嵌套，不允许结构的交叉。,有循环变量的DO循环结构,DO循环结构的命名 DO循环结构名： DO V = E1 , E2 , E3 循环体 ENDDO DO循环结构名 例3.1 求N！的值 因为N！= 1 * 2 * 3 * * N。该题显然是一个累积问题的计算，存放累积的变量的初值应为1。源程序,PROGRAM CALCULATE_FACTORIAL IMPLICIT NONE INTEGER : N, T, I READ *, N T = 1 DO I = 1, N T = T * I END DO PRINT *, T END PROGRAM CALCULATE_FACTORIAL,引申 例如求解如下表达式。,有循环变量的DO循环结构,例3.3 求FIBONACCI数列：1，1，2，3，5，的前40个数。 分析：FIBONACCI数列的递推公式为：F1=1，F2=1 ， ( N3 ) 根据递推公式可知，FIBONACCI数列从第3顶开始，等于前2顶之和。因而程序只需一个DO循环，采取辗转赋值法即可。,有循环变量的DO循环结构,例3.4 判断一个整数N是否为素数。 所谓素数，是一个正整数，该数只能被1和它本身整除。那么判断一个数N是否为素数就是将其被2到(N 1)之中的所有整数整除，如果都不能整除，则N为素数。实际上根据数论知识，判断N是否为素数，不必将N被2到(N 1)整除，只要被2到 (若 不是整数，取其整数部分)整除即可。,PROGRAM EXAM IMPLICIT NONE INTEGER : N , I , J, SWITCH READ * , N J = SQRT ( REAL ( N ) ) SWITCH = 1 DO I = 2 , J IF ( MOD ( N , I ) = = 0 ) SWITCH = 0 END DO IF ( SWITCH = = 1 ) THEN PRINT * , N , IS A PRIME NUMBER ELSE PRINT * , N, IS NOT A PRIME NUMBER END IF END,无循环变量DO结构,在DO循环结构中，当DO语句中仅包含关键词DO而无循环变量控制或条件控制时，称为无循环变量的重复DO结构。它的形式为： DO结构名 : DO 循环体 ENDDO DO结构名 方括号内的DO结构名是可选项，作用是给DO结构命名。 重复DO结构是一个无休止的死循环。尽管在语法上没有错误，但程序却不能正常结束。 因此，必须在循环体中加入能在满足某种条件时停止循环的语句。,中断语句( EXIT、CYCLE ),中断语句包括EXIT语句和CYCLE语句，用来强行控制或改变程序的执行顺序。 1.EXIT语句 EXIT语句功能：在循环体执行过程中强制性终止循环，将执行控制转移到当前循环之外的第一条语句执行。 EXIT语句的一般格式为： EXIT DO循环结构名,EXIT语句使用说明: (1) EXIT语句通常是作为逻辑IF语句的内嵌语句来使用，其作用是有条件中断，形式为： IF (逻辑表达式) EXIT 结构名 (2) 当EXIT语句中没有指定结构名时，则跳出当前结构。 (3) 结构化程序设计方法不提倡使用EXIT语句，但在某些情况，使用EXIT语句可简化程序。,中断语句( EXIT、CYCLE ),2.CYCLE语句 CYCLE语句功能：用于终止执行本次循环中剩余的语句，重新执行下一轮循环。 CYCLE语句的一般格式为： CYCLE DO循环结构名 CYCLE语句通常是作为逻辑IF语句的内嵌语句来使用，其作用是有条件转移，形式为： IF ( 逻辑表达式 ) CYCLE DO循环结构名,中断语句( EXIT、CYCLE ),例3.5 输入一组整数，求这组数的正数的个数及正数的总和。当输入数据等于0时终止循环。 PROGRAM MAIN IMPLICIT NONE INTEGER : K , SUM = 0 , NUM = 0 DO READ * , K IF ( K = =0 ) EXIT IF ( K 0 ) CYCLE NUM = NUM + 1 SUM = SUM + K ENDDO PRINT *, NUM = , NUM , SUM = , SUM END,中断语句( EXIT、CYCLE ),例3.6 运用重复DO结构编写一个程序：求两个正数M和N的最大公约数及最小公倍数。 用辗转相除法来求最大公约数。例如，若输入49和35两个数，先用49除以35，余数为14，再用35为被除数，14为除数做除法，余数为7，再将14为被除数，7为除数做除法，此时余数为零，最后为除数的7就是最大公约数。最小公倍数则等于M乘以N，再除以最大公约数。,PROGRAM EXAM IMPLICIT NONE INTEGER M , N , T, P, R , K READ *, M , N P = M * N IF ( M N ) THEN T = M ; M = N ; N = T END IF R = MOD ( M , N ) DO IF ( R = = 0 ) EXIT M = N N = R R = MOD ( M , N ) ENDDO K = P / N PRINT *, N , K END,中断语句( EXIT、CYCLE ),IMPLICIT NONE INTEGER： I, J, K, N PARAMETER ( N = 10 )! 定义循环上界 PRINT *, LOOP: 1ST 2ND 3RD LOOP1 : DO I = 1 , N! 外层循环，结构名LOOP1 IF ( I 3 ) EXIT LOOP1! 当I 3时，跳出外层循环 PRINT ( 11X , I2 ) , I LOOP2 : DO J = 1, N! 中层循环，结构名LOOP1 IF ( J 2) CYCLE LOOP2 IF (I = = 2 .AND. J 1 ) EXIT LOOP2 PRINT ( 21X , I2 ) , J LOOP3: DO K = 1, N! 内层循环，结构名LOOP1 IF ( K 2 ) CYCLE LOOP3 IF (I = = 1 .AND. J 1) EXIT LOOP2 ! 跳出内层和中层循环 PRINT ( 31X , I2) , K END DO LOOP3 END DO LOOP2 END DO LOOP1,DO-WHILE结构,DO-WHILE循环的一般形式为： 结构名： DO WHILE ( 逻辑表达式 ) 循环体 ENDDO 结构名 结构名是为DO-WHILE结构的命名，用法同前面对块IF、CASE等结构的命名类似，可以缺省。 关键词DO WHILE称为DO WHILE语句，是循环的入口。关键词ENDDO称为ENDDO语句，是循环的出口。 DO WHILE中的逻辑表达式是判断循环体是否被执行的条件，书写时应放在括号内。,DO-WHILE结构,DO-WHILE结构的执行过程为： (1) 计算逻辑表达式的值； (2) 当逻辑表达式的值为“真”时，执行循环体，遇到ENDDO语句后返回到 (1) 继续。当逻辑表达式的值为“假”时，退出循环结构。,DO-WHILE结构,例3.9输入两个正数M、N，求最大公约数和最小公倍数。 例3.10 用下面的级数计算的近似值，精度要求第N项的值小于10-5时结束。 ， 使用DO-WHILE语句来判断，当某一项的值小于精度要求时，退出循环。,循环的嵌套,在一个DO循环中又完整地包含一个DO循环，称为DO循环的嵌套或多重循环。例如，打印一个99的乘法表，可用下面的程序实现： INTEGER：I，J DO I = 1, 9 DO J = 1, 9 K = I * J PRINT * , I , * , J , = , K ENDDO ENDDO END,嵌套DO循环的说明,(1) 三种DO循环都可以相互嵌套。但在嵌套时，内循环必须完整地包含于外循环之中，不得交叉，即遵循“完全包含”原则。如： DO WHILE ( AST = 0 ) DO J = 1, 10 内层嵌套外层嵌套 ENDDO ENDDO (2) 循环嵌套时，内外层不能使用相同的循环变量。但同一层并列的循环结构可以使用相同的循环变量。因为内外层若使用相同变量名，执行内循环时要对内循环变量赋值，这就相当于对外层循环变量重新赋值。,嵌套DO循环的说明,（3）在执行嵌套的循环时，可以将执行控制从循环体内转到本循环体内某个位置，或DO结构以外。但不能从DO结构外转到循环体内，也不能从外循环体转到内循环体。,循环的嵌套,例3.13 求四个阶乘之和2!+4!+6!+8! 的值。 可以用两重循环实现这个阶乘之和的计算。外层循环计算四个阶乘的和，里层循环计算一个阶乘。程序如下： PROGRAM EXAM IMPLICIT NONE REAL : S = 0.0, T INTEGER : I, J DO I = 2, 8, 2 T = 1.0 DO J = 1, I T = T * J ENDDO S = S + T ENDDO PRINT * , S = , S END,循环结构程序设计举例,例3.15 求 的前N项之和。这里，X和N从键盘输入。 解决此类问题的关键是找出多项式的通项式。我们发现从第二项开始，每项等于前一项乘以 ，因此只需一个单重循环，程序即可写出。,循环结构程序设计举例,例3.16 用梯形法求定积分 的值。 首先将积分区间(A，B) N等分，每个小区间的长度为H = ( B A ) / N。 第一个小梯形的下底为 ；上底为； 第I个小梯形的下底为 ；上底为 。 每个小区间的面积为 ： 。,循环结构程序设计举例,例3.17 求三位数的水仙花数 。所谓“水仙花数”是指一个三位数，其各位数字的立方和等于该数本身。例如，407=43+03+73，所以407是水仙花数 。 方法一 该题可将100999之间的三位数的各位数字求出，然后再判断各位数字的立方和是否等于它本身。 方法二 该题采用穷举法也非常方便。所谓穷举法：即将所有可能的数字组合全部找到，然后选出符合条件的组合。,循环结构程序设计举例,例3.18 验证哥德巴赫猜想。哥德巴赫提出：一个不小于6的偶数必定能表示为两个素数之和。例如：6=3+3、8=3+5等。要求将650之间的全部偶数表示成两个素数之和。 分析：对于一个偶数N可以表示成任意两个数A、B之和（A为较小的数）。我们只需先判断A是否为素数，若A是素数，再判断B（B=N-A）是否为素数，若B是素数，则找到了答案。因为作为较小数的A最终必然为素数，所以判断它的范围可以从3开始，到N/2，步长为2。,练习题,1、阅读下列FORTRAN90程序段 INTEGER：I，J，K DO I = 1，5，2 DO J = 2，6，3 K = I + J ENDDO ENDDO 上述称序段执行完后K的值是 A) 11 B) 10 C)12 D) 30,练习题,2、阅读下列FORTRAN90程序段 INTEGER：N，K REAL：S，T READ *, N S = 0.0;K = 1 IF ( N = 5 ) THEN S = S + 32;T = 1 DO WHILE ( K N ) T = T * 2;S = S + T K = K +1;PRINT * , S END DO END IF PRINT * , S END 若从键盘输入：6，则运行后S的值为： A) 64.0 B) 32.0 C)94.0 D) 96.0,练习题,IMPLICIT NONE INTEGER：K，J REAL：S DO K=2,5,2 S=1.0 DO J=K,5 S=S+J ENDDO ENDDO PRINT*,S END S的值为_。,练习题,题目要求：从键盘输入5组数，每组有5个数，求出各组中元素绝对值之和的最大者和最小者。 IMPLICIT NONE INTEGER：I，J，SUM，MAX1，MAX2 MAX1 = 0; MIN1 = 0 DO I = 1 , 5 SUM = 0 DO J = 1 , 5 _(1)_ SUM = SUM + ABS(X) END DO IF ( SUM MAX1 )_(2)_ IF ( I= =1_(3)_ SUM MIN1 ) MIN1 = SUM END DO PRINT * , MAX1 , MIN1 END,