第一章程序设计概述

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,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,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,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,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,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,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,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,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,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,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,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,单击此处编辑母版标题样式,*,*,FORTRAN,程序设计,主讲：张 华,科技楼,518,0.1,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,前言,程序设计是物探,工,工作者必备工具,之,之一,数据处理、格式,转,转换等,正反演、信号处,理,理等,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,性,0.1,课程的意义,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,序设计能力,能够程序调试、,测,测试、验证能力,养成良好的编程,习,习惯,具备采用程序设,计,计解决实际物探,问,问题的能力,0.2,教学内容和目标,注意基本能力的,培,培养,理论教学与实践,并,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,验,考试成绩,70%,0.3,教学要求,多看、多练、多,想,想（“三多”）,多看：经典代码,多练：典型的算,法,法编程实现,多想：程序的改,进,进,网络资源,FORTRAN,论坛,、,QQ,群等,Google,、百度,中搜索“,FORTRAN,”,”,源码库、文库等,0.4,学习方法,教材,FORTRAN95,程序设计、中国,电,电力出版社,参考书,FORTRAN95/2003,程序设计、中国,电,电力出版社,VISUALFORTRAN,常用数值算法集,、,、科学出版社,VISUALFORTRAN,编程指南、人民,邮,邮电出版社,FORTRAN,完全自学手册、机械工业出版,社,社,Fortran,常用算法程序集,、,、清华大学出版,社,社,0.5,教材及参考书,1.1,算法,1.2,程序与程序设计,1.3 Fortran,程序设计的初步,1,算法与程序设计,现代含义是采用,逻,逻辑思维的方法,对,对获取数据用计,算,算机处理的步骤,，,，即计算机解题步骤,或,或计算机算法。,算法有五个基本,特,特征：,正确性：一个好的算法或,程,程序必须保证执,行,行后的结果正确,。,。,可读性：一个好的算法或,程,程序应有良好的,可,可读性。,通用性：一个好的算法或,程,程序要尽可能通,用,用，应适用一类,问,问题的求解，提,高,高算法设计的效,率,率。如：设计求,解,解一元二次方程,2x,2,+3x+1=0,的算法，该算法,最,最好设计成求解,一,一元二次方程,ax,2,+bx+c=0,的算法。,高效率：高效率包括时间,和,和空间两个方面,。,。执行速度快、,运,运行时间短、占,用,用内存少。,1.1.1,算法的概念,Fortran,是结构化程序设,计,计语言，每个程,序,序单位可由三种,基,基本结构组成：,顺序结构,分支选择结构,循环结构,实践证明，任何,复,复杂的问题都可,以,以用这三种基本,结,结构来描述。,1.1.2,算法及其表示方,法,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,1.1.2,算法的描述方法,问题：输入依,次,次,10,个数选择最大值,伪代码描述,自然语言描述,input x,输入一个数，并,把,把该数存入,x,中,max=x,把,x,的值送入,max,中,n=0,设置一个计数器,n,，并置初值为,0,if n=9goto,如果,n,的值等于,9,则转入第步执,行,行,input x,输入一个数，并,把,把该数存入,x,中,if max,x thenmax=x,如果,max,的值小于,x,的值，,则把,x,的值送入,max,中,n=n+1,计数器,n,增加,1,goto,转向第步执行,outputmax,输出,max,的值,1.2.1,程序与程序设计,计算机解决问题,所,所需要的一系列,代,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,的某些特定的表,示,示方式和结构的,基,基础上，对抽象,算,算法的具体描述,。,。,”,上述公式可扩充,为,为：,程序,=,数据结构,+,算法,+,程序设计方法,+,语言工具,1.2.3,程序设计的基本,方,方法,所谓面向过程的,程,程序设计，是指,利,利用面向过程的,语,语言工具,（如,Basic,、,Pascal,、,Fortran,和,C,等）,进行程序开发的,各,各项活动。,面向过程的程序,设,设计,优点：,编程简单、结构,性,性强、可读性好,，,，程序执行时序,特,特征明显；遵循,这,这种结构的程序,只,只有一个入口和,一,一个出口。,缺点：,存在数据与程序,模,模块的分离和程,序,序的可重用性差,等,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。,1.2.3,程序设计的基本,方,方法,结构化程序设计,方,方法：,结构化编码,在结构化程序设,计,计中，任何复杂,的,的算法，都可以,由,由三种基本结构组成。,在构造算法时，,也,也仅以三种基本,结,结构作为基本单,元,元。,遵循,这,这种,结,结构,的,的程,序,序只,有,有一个,输,输入,口,口和一个,输,输出,口,口。,模块,化,化设,计,计,将一,个,个复,杂,杂问,题,题的,程,程序,分,分为,若,若干,个,个程,序,序模,块,块，,每,每个,模,模块,完,完成,一,一项,特,特定,功,功能,；,；其,中,中有,一,一个,主模,块,块,和若,干,干个,子模,块,块,，主,模,模块,控,控制,各,各个,子,子模,块,块来,实,实现,整,整个,程,程序,的,的功,能,能。,自顶,向,向下,，,，逐,步,步细,化,化,1.3,程序,设,设计,的,的基,本,本方,法,法,面向,对,对象,的,的程,序,序设,计,计是,一,一种,新,新的,程,程序,设,设计,范,范型,。,。它,将,将一,些,些新,的,的理,念,念和,结,结构,化,化程,序,序设,计,计中,好,好的,思,思想,相,相融,合,合，,提,提供,了,了一,种,种全,新,新的,程,程序,设,设计,方,方法,。,。,面向,对,对象,的,的程,序,序设,计,计,基本,思,思想,将一,个,个需,要,要求,解,解的,问,问题,分,分解,为,为一,系,系列,实,实体,（,（对,象,象）,，,，然,后,后围,绕,绕这,些,些对,象,象建,立,立数,据,据和,函,函数,；,；函,数,数的,功,功能,决,决定,了,了该,对,对象,的,的行,为,为。,规,规定,一,一个,对,对象,的,的函,数,数可,以,以访,问,问另,一,一对,象,象的,函,函数,，,，但,一,一个,对,对象,的,的数,据,据不,能,能应,用,用于,另,另一,对,对象,的,的函,数,数中,。,。,几个基本概念：三类机制：,类,对象,属性,事件,方法 封装、继承、多态,分析,问,问题,，,，建,立,立数,学,学模,型,型；,设计,算,算法,，,，绘,制,制流,程,程图,；,；,选择,语,语言,，,，编,写,写程,序,序；,调试,程,程序,，,，分,析,析结,果,果；,整理,资,资料,，,，撰,写,写文,档,档。,进行,程,程序,设,设计,要,要遵,循,循有,关,关的,程,程序,设,设计,规,规则,和,和采,用,用成,熟,熟的,程,程序,设,设计,方,方法,。,。程,序,序设,计,计方,法,法有,两,两种,：,：一种,是,是面,向,向过,程,程方,法,法,;,一种,是,是面,向,向对,象,象方,法,法。前,者,者称,为,为传,统,统方,法,法,后者,称,称为,现,现代,方,方法,代表,了,了程,序,序设,计,计方,法,法的,发,发展,趋,趋势,。,。面,向,向过,程,程方,法,法又,分,分为,模,模块,化,化方,法,法和,结,结构,化,化方,法,法。,1.2.2,程序,设,设计,的,的步,骤,骤,Case1:,估算,地,地球,的,的重,力,力加,速,速度,随,随高,度,度的,变,变化,数学,模,模型,：,：,1.2.2,程序,设,设计,的,的步,骤,骤,开始,设置常数,a,f,输出,G,结束,Ra,G,G,programEarth_gra,!,估算,地,地球,的,的重,力,力加,速,速度,随,随高,度,度的,变,变化,implicitnone,!F:,引力,常,常数,；,；,Earth_M,：地,球,球质,量,量；,Earth_R,：地,球,球半,径,径,realf,Earth_M,Earth_R,!,定义,常,常数,parameter(f=6.667E11,Earth_M=5.976E24,Earth_R=6.371E6),realR,g!R,：海,拔,拔高,程,程；,g:,重量,加,加速,度,度,read*,R,if(R=0)then,g=-f*Earth_M*(Earth_R+R)/(Earth_R)*3!,海拔,小,小于,零,零,else,g=-f*Earth_M/(Earth_R+R)*2!,海拔,大,大于,零,零,endif,print*,海拔,为,为,R,重力,加,加速,度,度大,约,约为,：,：,g,m/s2,end,程序,代,代码,规,规范,清,清晰,、,、语,句,句表,达,达准,确,确到,位,位,常量,、,、变,量,量类,型,型申,明,明清,楚,楚,注释,书,书写,清,清楚,，,，利,人,人利,己,己,多练,多,多写,多,多编,译,译,充分,利,利用,人,人脑,，,，简,化,化计,算,算量,提,提高,效,效率,养成,良,良好,的,的编,程,程习,惯,惯,1.2.3,编程,要,要点,1.3.1,发,发展,历,历史,1.3.2,特,特点,与,与功,能,能,1.3.3,字,字符,集,集,1.3.4,标,标示,符,符,1.3.5,书,书写,格,格式,1.3.6,语,语句,1.3.6,编,编译,环,环境,1.3FORTRAN,程序,设,设计,初,初步,1957,年,IBM,发表,，,，,Fortran,FormulaTranslator,FortranI,第一,个,个被,正,正式,推,推广,使,使用,的,的高,级,级语,言,言,主要,面,面向,科,科学,计,计算,：,：是,为,为科,学,学、,工,工程,问,问题,或,或企,事,事业,管,管,中,中的,那,那些,能,能够,用,用数,学,学公,式,式表,达,达的,问,问题,而,而设,计,计，,其,其数,值,值计,算,算的,功,功能,较,较强,1966,年,AmericanStandardsAssociation,制定,Fortran6