Fortran實用編程 基礎(chǔ)篇——語法之標準函數(shù)

1、Fortran 實用編程Fortran Coder 研討團隊系列視頻教程關(guān)于 Fortran CoderFortran Coder 始于2006年，是一個以科學計算編程為主題的非盈利性研討團體。大多數(shù)由各行業(yè)高等學府學生，研究人員及生產(chǎn)一線的工作人員組成。研討內(nèi)容涉及：Fortran77/90/95/2003/2008語法規(guī)范，各平臺32位及64位編譯器，IMSL，MKL，Lapack 等數(shù)學函數(shù)庫，MPI，OpenMP，Coarray 并行及高性能計算，winteracter / DisLin / Matfor / GTKFortran 等繪圖及界面庫。關(guān)于本套視頻本套視頻以解決實際問題為主

2、要目的，旨在為您解答課本上較少涉及到的實際問題。通過本套視頻，您會更容易了解：如何查找錯誤？如何解決錯誤？如何學習 Fortran2003 和 Fortran2008 語法？如何用最通俗易懂的寫法解決實際問題？如何看懂別人的優(yōu)秀代碼并為自己所用？如何讓自己的代碼更優(yōu)美、更普適？本套視頻由 Fortran Coder 研討團隊錄制，供所有 Fortran 程序員和學習者免費自由的觀看，您可隨意的傳播它。但請保證視頻完整性。我們將會不定期的更新本套視頻，請持續(xù)關(guān)注我們的網(wǎng)站、QQ群！同時，如果您對 Fortran 相關(guān)有自己的見解，并愿意通過錄制視頻的方式與其他人分享，請聯(lián)系我們！上節(jié)要點回顧文件

3、只有兩種：文本文件和二進制文件，這是文件的本質(zhì)讀取二進制文件三種方式：順序、直接、流文件讀取順序讀取每筆記錄可以不同長度，前后各4字節(jié)表示長度。是fortran特殊的文件格式。直接讀取每筆記錄必須一樣長，適合規(guī)則的數(shù)據(jù)格式。流文件集各種優(yōu)勢于一身。簡單，方便，快捷，完全可以替代前兩種讀寫方式。第十二講基礎(chǔ)篇 第十二講語法之標準函數(shù)講解人：雪球gao討論QQ群：23380211標準函數(shù)的一般問題2數(shù)學數(shù)值函數(shù)3字符串和數(shù)組函數(shù)目 錄4其他函數(shù)標準函數(shù)的一般問題Fortran是一門編譯型語言，雖然設(shè)計初衷是用于科學數(shù)值計算。但它是較底層的，因此僅提供了非常底層的數(shù)學函數(shù)。絕大多數(shù)高層的數(shù)學問題，我

4、們需要獨立書寫代碼來實現(xiàn)。語法內(nèi)的函數(shù)雖然不多，但各有各的用法，與Excel / C / Matlab等也有差異。因此，手邊盡量備一個文檔待查。（例如編譯器的幫助文檔）下面簡單介紹一下 IVF 幫助文檔的查閱。標準函數(shù)的一般問題Fortran的函數(shù)，有嚴格的參數(shù)類型和返回值類型！雖然很多語法內(nèi)的函數(shù)提供了不同數(shù)據(jù)類型的版本，但并不是每一種都有！比如 exp 函數(shù)，他提供了real(4) / real(8) / real(16)complex(4) / complex(8) / complex(16)但并沒有提供 integer 的版本，因此：y = exp( 2 ) 是錯誤的寫法應(yīng)該寫為： y

5、 = exp( 2.0 )在IVF幫助文檔中，綠色通常表示不規(guī)范寫法標準函數(shù)的一般問題Fortran多數(shù)內(nèi)部的數(shù)值函數(shù)有 Generic Name ，也有 Specific Name 絕大多數(shù)情況下，用 Generic Name 就足夠了。比如 sqrt 函數(shù)，他提供了real 4/8/16 complex4/8/16分別的名字叫 DSQRT/CSQRT 等但實際上，只要對應(yīng)的實參是real8編譯器就會選擇用DSQRT來計算： y = SQRT( 4.0d0 )只有極少數(shù)情況下，才必須使用Specific Name例如，輸入和輸出的類型不一致，或者多個參數(shù)類型不一致。標準函數(shù)的一般問題Fort

6、ran的大多數(shù)內(nèi)部函數(shù)，還是逐元函數(shù)（Elemental）。所謂逐元，簡單理解，就是但凡參數(shù)是單變量的，都可以是任意維度的數(shù)組y = sin( x )Do i = 1 , N y(i) = sin( x(i) )End DoReal : x(3,5) , y(3,5)y = sin( x )y(1:2,:) = sin( x(1:2,:) )標準函數(shù)的一般問題舉例： a = a * 25 關(guān)于優(yōu)化：優(yōu)秀的編譯器提供優(yōu)秀的優(yōu)化方案，優(yōu)化的作用是，使得計算方法通過一定的變換實現(xiàn)更快的執(zhí)行。b = a * 4 + aa = b * 4 + b優(yōu)化水平的高低是不同編譯器的主要差別體現(xiàn)！對于同一個數(shù)學問

7、題，我們自己寫代碼實現(xiàn)，往往不如編譯器廠家優(yōu)化效果好。因此，絕大多數(shù)問題，如果能用語法內(nèi)的函數(shù)，就不要自己寫代碼。1標準函數(shù)的一般問題2數(shù)學數(shù)值函數(shù)3字符串和數(shù)組函數(shù)目 錄4其他函數(shù)數(shù)學數(shù)值函數(shù)類型轉(zhuǎn)換函數(shù)：r = real( x ) 把 x 轉(zhuǎn)換成 real 類型r = real( x ,kind=8) 把 x 轉(zhuǎn)換成 kind=8 的real類型（雙精度）r = float( x ) / r = dble( x )r = int( x ) 把 x 轉(zhuǎn)換成 integer 類型r = int( x , kind=8) 把 x 轉(zhuǎn)換成 kind=8 的integer類型（長整型）r = nin

8、t( x ) 四舍五入并轉(zhuǎn)換c = cmplx( a , b ) 把 a 和 b 轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)，分別為實部/虛部r = cmplx(a,b,kind=8)如果 a b 都是常數(shù)，也可寫為 c = (1.0,2.0)數(shù)學數(shù)值函數(shù)內(nèi)部文件轉(zhuǎn)換：write( 字符串 , * ) 其他數(shù)值其他類型轉(zhuǎn)字符串read( 字符串 , * ) 其他數(shù)值字符串轉(zhuǎn)其他類型write( str , * ) 9.0!/ str = 9.000000read( str , * ) i!/ i = 9.0本系列視頻教程有專門的內(nèi)部文件介紹數(shù)學數(shù)值函數(shù)一般數(shù)值函數(shù)：i = ceilng( r ) 天花板函數(shù)，返回大于等于x的

9、最小整數(shù)(kind)i = floor( r ) 地板函數(shù)，返回小于等于x的最大整數(shù)(kind)ri = abs( ri ) 絕對值函數(shù)c = conjg( c ) 復(fù)數(shù)取共軛ri = max( ri1 , ri2 , ri3 . ) 最大值函數(shù)ri = min( ri1 , ri2 , ri3 . ) 最小值函數(shù)ri = mod( a , b ) 取余數(shù)函數(shù).數(shù)學數(shù)值函數(shù)三角函數(shù)（標準都是弧度值）：r = sin( r ) 正弦函數(shù)r = cos( r ) 余弦函數(shù)r = tan( r ) 正切函數(shù)r = asin( r ) 反正弦函數(shù)r = cos( r ) 反余弦函數(shù)r = atan(

10、r ) 反正切函數(shù)r = atan2( r ) 反正切函數(shù)2在上述函數(shù)后面加 h ，便是雙曲三角函數(shù)在上述函數(shù)后面加 D，便是角度制的三角函數(shù)，但不標準，不建議使用。數(shù)學數(shù)值函數(shù)其他數(shù)學函數(shù)：r = log( r ) 自然對數(shù)函數(shù)r = log10( r ) 對數(shù)10為底函數(shù)（換底公式）r = exp( r ) 自然對數(shù)指數(shù)函數(shù)向量矩陣數(shù)學函數(shù)：c = dot_product( a , b ) 內(nèi)積函數(shù)b = transpose( a ) 把m*n矩陣轉(zhuǎn)置為n*m矩陣c = matmul( a , b ) m*n矩陣與n*l矩陣相乘，得m*l矩陣在這里，我們不列舉所有數(shù)學函數(shù)了。朋友們?nèi)缬幸蓡?/p>

11、，請別忘記“文檔”是最好的老師1標準函數(shù)的一般問題2數(shù)學數(shù)值函數(shù)3字符串和數(shù)組函數(shù)目 錄4其他函數(shù)字符串和數(shù)組函數(shù)靈活的使用字符串函數(shù)，可以實現(xiàn)很多類似批量化處理的功能。語法中的：文件名，格式符，都是字符串。并且允許使用變量因此動態(tài)的變化字符串變量，可以實現(xiàn)動態(tài)的文件名和格式符。str = trim( str ) “Hello” = “Hello”去掉字符串尾部的空格（返回短的字符串）str = adjustl( str ) “Hello” = “Hello”左對齊字符串（返回字符串長度不變）str = adjustr( str ) “Hello” = “Hello”右對齊字符串（返回字符串長

12、度不變）New_line() 返回一個回車符（不同操作系統(tǒng)不同）字符串和數(shù)組函數(shù)c = char( i ) 返回編碼為 i 的字符 c = achar( i )i = ichar( c ) 返回c的編碼 i = iachar( c )i = len( c )返回字符串的長度（定義長度）i = len_trim( c )返回字符串的長度（trim長度）i = index( c , cf , back ) 在字符串c中查找 cf第一次出現(xiàn)的位置，可指定 back=.true. 從后面查詢例如：c = My NAME is fcodei = index( c , is)write(*,*) c(i+

13、3:) !/ 輸出 fcode再例如：filename= D:mydata201520150314.txti = index( filename , , back=.true. )write(*,*) filename(i+1:) !/ 輸出 20150314.txt字符串和數(shù)組函數(shù)i = scan( c , cf , back ) 在字符串c中查找 cf中的每一個字符，返回第一次出現(xiàn)的位置可指定 back=.true. 從后面查詢例如：c = 3*4=12i = scan( c , =*) !/ i = 2，第二個字符是等號或星號i = Verify( c , cf , back ) 在字符

14、串c中查找不屬于 cf 中的字符，返回第一次出現(xiàn)的位置可指定 back=.true. 從后面查詢例如：c = 500?0919851216775Xi = Verify( c , 1234567890X) !/ i = 4 第4個字符非法字符串和數(shù)組函數(shù)數(shù)組函數(shù)，靈活使用可減少很多循環(huán)代碼。b = reshape( array , shape )重新設(shè)置數(shù)組的外形例如：integer : a(6) = 1,2,3,-5,3,0 , b(3,2)b = reshape( a , shape(b) )b = reshape( a , 3,2 ) !/ shape(b) = 3,2!/ b = 1,2

15、,3-5,3,0integer : b(3,2) = 1,2,3,-5,3,0integer : b(3,2) = reshape(1,2,3,-5,3,0,3,2)字符串和數(shù)組函數(shù)b = all( array , dim )判斷邏輯數(shù)組元素是否全是真數(shù)組整體操作做判斷，結(jié)果正是邏輯數(shù)組。例如：integer : a(5) = 1,2,3,-5,3if ( all( a 0 ) ) then！/判斷是否 a 全部大于 0a 1,2,3,-5,3a0.true.,.true.,.true.,.false.,.true.all(a0).false.字符串和數(shù)組函數(shù)b = any( array ,

16、dim )判斷邏輯數(shù)組元素是否至少有一個是真例如：integer : a(5) = 1,2,3,-5,3if ( any( a = 0 ) ) then！/判斷 a 中是否有至少一個小于等于0？a 1,2,3,-5,3a=0.false.,.false.,.false.,.true.,.false.any(a=0).true.all 和 any 可以相互轉(zhuǎn)換：if ( all( 滿足 ) ) 等效于if( .Not.any( .Not.滿足 ) ) 字符串和數(shù)組函數(shù)any ， all 帶 dim 維度他們可以用來把一個多維數(shù)組按低一級維度來分別處理。Program www_fcode_cn I

17、mplicit None Integer : a(3,3) = & reshape(11,2,3,14,5,6,7,8,9,3,3) write(*,*) all(a 0 ) ！/輸出 a 數(shù)組中大于 0 的元素個數(shù)a 1,2,3,-5,3a0.true.,.true.,.true.,.false.,.true.count(a0)4字符串和數(shù)組函數(shù)n = maxval( array , dim ,mask )獲得數(shù)組中最大值，可附帶條件，也可指定 dim 維度（同前面all的dim）例如：integer : a(5) = 1,2,3,-5,3maxval( a , mask=(a3) ) ！/

18、求a中所有小于3的最大值a 1,2,3,-5,3a3.true.,.true.,.false.,.true.,.false.maxval(a)2n = minval( array , dim ,mask )獲得數(shù)組中最小值，可附帶條件字符串和數(shù)組函數(shù)m,n,. = maxloc( array , dim ,mask )獲得數(shù)組中最大值的下標，可附帶條件，也可指定 dim 維度例如：integer : a(5) = 1,2,3,-5,3maxloc( a , mask=(a3) ) ！/求a中所有小于3的最大值的位置a 1,2,3,-5,3a3.true.,.true.,.false.,.tru

19、e.,.false.maxloc(a)2n = minloc( array , dim ,mask )獲得數(shù)組中最小值的下標，可附帶條件n = sum(maxloc(a)字符串和數(shù)組函數(shù)array = cshift( array , n , dim )對數(shù)組進行圓周平移例如：integer : a(5) = 1,2,3,-5,3a = cshift( a , 2 ) !/ 平移后 a 為 3,-5,3,1,2可以使用 dim 指定按列平移，按行平移等1114725836971114825936cshift( a , -1 , dim=1 )類似的 eoshift 進行單向的平移，超出的部分不循環(huán)填充1標準函數(shù)的一般問題2數(shù)學數(shù)值函數(shù)3字符串和數(shù)組函數(shù)目 錄4其他函數(shù)其他函數(shù)其他函數(shù)主要是功能性的i = Command_Argument_Count