AIPQ PROGRAMACIÓ EN FORTRAN

Transcripción

1 AIPQ PROGRAMACIÓ EN FORTRAN Objectius - Conèixer les eines fonamentals d un llenguatge d alt nivell. - Saber resoldre de forma ordenada un problema qualsevol. - Entendre la lògica de la programació. Fonament teòric - paraules clau + normes de combinació algorismes simples Aplicació - resolució de problemes compostos (programes) Avaluació - Entregar programes compilats en disket + Examen escrit 1

2 ORDINADORS Hardware: elements tangibles (físics). Suport electrònic. CPU Memòria central Perifèrics E/S Emmagatzematge (Discs...) Software: programes que gestionen els components físics de l ordinador. Suport lògic. Sistema operatiu Aplicacions Programes 2

3 LLENGUATGES DE PROGRAMACIÓ Llenguatges interpretats Llenguatges compilats Llenguatges d ALT NIVELL FORTRAN (FORmula TRANslator) Orientat al càlcul matemàtic Molt utilitzat en l àmbit científic 3

4 FORTRAN Format text CODI FONT COMPILADOR Llenguatge màquina BINARI (1/0). L únic que entén l ordinador PROGRAMA EXECUTABLE 4

5 Compilador-Editor VFORT En un directori prèviament creat (nom sense espais): 1. Crear un nou document amb el programa VFORT 2. Escriure el codi FORTRAN 3. Guardar como 4. Crear un nou projecte al mateix directori on és el codi anterior 5. Obrir el codi.for 6. Compilar 7. Executar (en mode MS-DOS) en el directori Output Si es treballa amb fitxers externs, han d estar al mateix directori que conté el fitxer executable. 5

6 ESTRUCTURES ALGORÍSMIQUES Existeixen 3 estructures algorísmiques bàsiques. Combinant-les adequadament podem obtenir qualsevol algorisme complex. 1. Estructura seqüencial - conjunt d accions 1, 2,... N que s executen en l ordre en què apareixen en el programa. Acció 1 Acció 2... Acció N 2. Estructura alternativa - s executa una o altra part del programa segons sigui o no certa una condició. Si condició llavors acció 1 altrament acció 2 fi-si 3. Estructura repetitiva - es repeteix una acció mentre sigui certa una condició. Mentre condició fer Per-a i=1 fins-a n fer acció acció 6 fi-per-a fi-per-a

7 TIPUS D INSTRUCCIONS (sentències) 1. DECLARACIÓ - indiquen caracterísitiques de les dades o les defineixen. Sempre van davant de les sentències executables. Per exemple, inicialitzar el valor d una variable o assignar el valor d un paràmetre. 2. EXECUTABLES - ordenen una acció. entrada/sortida de dades assignació control -condicionals -transferència de control -repetició 3. END - marca el final del programa. També s hi poden incloure COMENTARIS (els quals no llegeix el compilador). Existeixen instruccions tipus FORMAT. Serveixen per escriure resultats o frases amb una presentació determinada. Cada instrucció en FORTRAN s escriu en una línia diferent. 7

8 SINTAXI Normes generals - Un codi FORTRAN és un document de text pla en el qual: 1) Només s utilitzen les columnes 1 a 72. 2) Si a la columna 1 hi ha una C, el compilador no interpreta aquella línia. 3) Les instruccions només van a les columnes 7 a 72. 4) Si una instrucció llarga no cap a una sola línia, es pot continuar a la línia següent posant un caràcter de continuació a la columna 6 que no sigui un zero o un espai. 5) Les columnes 1 a 5 s empren per col locar etiquetes. 6) Els espais en blanc es poden posar on es vulgui ja que el compilador els treu després (excepte en una cadena de caràcters). 8

9 CONSTANTS I VARIABLES Tipus de dades ENTERES. (I-N), INTEGER REALS. (A-H,O-Z), REAL REALS DE DOBLE PRECISIÓ. DOUBLE PRECISION, REAL*8 CADENES DE CARÀCTERS. CHARACTER*n COMPLEXES. COMPLEX LÒGIQUES. LOGICAL (CERT o FALS) 9

10 Instruccions d assignació ASSIGNACIÓ etiqueta_variable = expressió A l esquerra del signe = només pot anar-hi el nom d una variable. A la dreta es desenvolupa l operació. La variable i l expressió han de ser del mateix tipus. Si no és així, el valor final de la variable pot ser menys precís per aquesta raó. Exemple: A = 2.89 A és real I = A + 3 I és enter I = 5 Hi ha hagut truncament! 10

11 OPERACIONS Operacions Suma: + Resta: - Producte: * Divisió: / Exponenciació: ** Funcions incorporades ABS(X) SQRT(X) EXP(X) ALOG(X) ALOG10(X) SIN(X) COS(X) TAN(X) ATAN(X) ASIN(X) ACOS(X) MOD(n,m) MAX(X1,X2,...) MIN(X1,X2,...) Ordre d avaluació d expressions numèriques i) Crides a funcions incorporades ii) 1. ** 2. *, / 3. +, - Aquest ordre es pot alterar fent servir parèntesis. 11

12 Funcions de canvi de tipus CANVIS DE VARIABLE int(variable_real) converteix un real en enter char(variable_entera) converteix un enter en una cadena de caràcters float(variable_entera) converteix un enter en real LECTURA, ESCRIPTURA READ(5,*)var_1,var_2...var_n el 5 significa el teclat, * vol dir sense format WRITE(6,*)x1,x2...xn el 6 significa el monitor 12

13 ESCRIPTURA AMB FORMAT S utilitza per escriure resultats amb un aspecte determinat. WRITE(6,etiqueta) llista variables (...) etiqueta FORMAT(llista especificacions) 1. On etiqueta és un número entre 1 i diferent de 5 o 6. No es pot posar una instrucció FORMAT sense etiqueta. 2. Pot haver-hi tantes etiquetes com es desitgi en un programa. 3. No importa on es col.loqui la instrucció FORMAT dins del programa, no és una sentència executable. 1. Per escriure una cadena de caràcters es fan servir cadena car. 2. Les diferents instruccions se separen per comes (,). 3. La llista d especificacions pot ocupar varies línies de codi. 13

14 Models d edició ESCRIPTURA AMB FORMAT In per a enters, on n és la longitud total del camp. Fn.d per a reals i reals de doble precisió. d és el nombre de decimals. En.d per a reals (notació científica). Dn.d per a reals de doble precisió (notació científica). A o An per a cadenes de caràcters. nx per posar espais en blanc, on n indica el nombre d espais. / per saltar de línia. Si es fa servir el símbol $ se seguirà escrivint en aquella mateixa línia el proper cop que s executi una sentència WRITE. 14

15 EXECUCIÓ CONDICIONAL Permet executar una part del programa o una altra segons es compleixi o no certa condició. Operadors de comparació: operands que relacionen dues expressions. NOTACIÓ SIGNIFICAT.GT. >.GE..EQ. =.NE..LE..LT. < Combinació de condicions: Es poden combinar expressions lògiques amb.not.,.or. i.and. (J.EQ.I+3).AND.(K.EQ.0) Exemple: x.ge.4 (x+a).ne.(z**2-r)/4 El valor que pren una expressió lògical és tipus logical; només pot valer T (true) o F (false). 15

16 INSTRUCCIONS CONDICIONALS L estructura algorísmica en FORTRAN es fa amb la seqüència IF-THEN-ELSE IF (condició) THEN instruccions executables si es compleix la condició ELSE instruccions executables si no es compleix la condició ENDIF IF (condició) THEN instruccions executables si es compleix la condició ENDIF general reduïda IF (condició) instrucció executable super-reduïda 16

17 EXECUCIÓ REPETITIVA Permet realitzar la feina menys desitjable per l home: repetir. DO etiqueta index=valor(i),valor(f),increment instruccions executables etiqueta CONTINUE Està prohibit canviar l índex del bucle a l interior d aquest. Exemple: DO 44 I=1,340 WRITE(6,*) FORTRAN 44 CONTINUE END DO WHILE (condició) instruccions executables ENDDO Exemple: K=0 DO WHILE (K.LE.5) WRITE(6,*) K K=K+1 ENDDO END 17

18 GOTO etiqueta TRANSFERÈNCIA DE CONTROL on l etiqueta pot estar abans o després de la sentència GOTO. Envia el control del programa allà on es trobi l etiqueta anomenada en el GOTO. No és una sentència molt recomanable. STOP serveix per aturar l execució d un programa allà on es desitgi. Exemple: 1 READ(5,*) A, B IF((A.EQ.0).AND.(B.EQ.0)) STOP C=A*B WRITE(6,*) C GOTO 1 END 18

19 VARIABLES INDEXADES A aquest grup de variables pertanyen els vectors i les matrius. Al principi del programa s han de declarar les variables que seran d aquest tipus. DIMENSION nom_vector (índex_mínim:índex_màxim) DIMENSION nom_matriu (índex_mínim files:índex_màxim files, índex mínim columnes:índex màxim columnes) També es poden declarar només els índexos màxims i obviar-ne els mínims. Poden ser de tipus real, integer o character. Els índex de les files i columnes s han de posar explícitament o en funció d un paràmetre prèviament declarat. 19

20 VARIABLES INDEXADES Exemple de declaració: DIMENSION VEC1(20),VEC2(30),MAT1(4,4),MAT2(6,2) Com treballar amb variables indexades do i=1,3 do j=1,3 B(i,j)=A(j,i) enddo enddo DO implícit (per lectura i escriptura de vectors i matrius) ex 1: ex 2: WRITE(6,*) (VEC(I), I=1,N) escriu el vector en una mateixa línia do i=1,n WRITE(6,*) VEC(I) enddo escriu el vector en una columna (N línies) 20

21 SUBPROGRAMES Són molt emprats per realitzar la mateixa tasca en diverses ocasions. La clau és: - escriure un sol cop el codi corresponent a aquella/es operació/ns. - cridar aquell subprograma quan convingui. SUBROUTINE nom (llista_paràmetres) instruccions de declaració instruccions executables END FUNCTION nom (llista_paràmetres) instruccions de declaració instruccions executables END La instrucció de crida d un subprograma és call per les subrutines o simplement anomenar la funció en el cas de les últimes. 21

22 ENTRADA/SORTIDA DE DADES Es fa servir per llegir dades d un fitxer extern (no pas pel teclat) i per escriure resultats d una execució del programa en un fitxer extern (no pas per la pantalla). La paraula clau és OPEN(etiqueta, file=nom ). Les etiquetes ténen un paper important ja que indiquen a quin o de quin fitxer es fa el tractament de les dades. Exemple: OPEN(4, FILE=DADES.INPUT ) READ(4,*) X1, X2, X3 Y1=X1*2 Y2=X2*2 Y3=X3*2 OPEN(44, FILE=DADES.OUTPUT ) WRITE(44,*) Y1, Y2, Y3 CLOSE(4) CLOSE(44) END 22

23 CODIS EXEMPLE. 1 Programa variables c program variables c Aquest programa converteix variables d'un tipus a un altre. c character*1 a c write(6,*) write(6,*) ' Introdueix un nombre real entre 0 i 255.' write(6,*) read(5,*) x k=int(x) write(6,11) k,x a=char(k) write(6,22) a,k 11 format(i3,' es la part sencera del nombre real ',F6.2,/) 22 format(a2,' es el caracter en codi ASCII associat al numero',i3,/) end 23

24 Programa funcions i operacions CODIS EXEMPLE. 2 c program funcions real*8 x, y, z, r, s, t write(6,50) read(5,*) x y=log(x) z=exp(x) r=sin(x) c L'argument de la funcio sinus esta en radians. s=sqrt(x) t=(z+r)/s-y c Aixo no es (z+r)/(s-y). write(6,100) x, y, z, r, s, t 50 format(/,3x,'escriu un nombre real: ', $) 100 format(/,3x,'logaritme neperia de', F10.5,'= ', F10.5, / & 3x,'Exponencial = ', F10.5, / & 3x,'Sinus = ', F10.5, / & 3x,'Arrel quadrada = ', F10.5, / & 3x,'(z+r)/s-y = ', F10.5, //), 24 end

25 CODIS EXEMPLE. 3 Programa variables i expressions logiques c integer*4 i,j logical*1 k c k es una variable logica write(6,20) read(5,*) i, j k=i.le.j write(6,30) write(6,*) k write(6,*) 20 format( /, 3x, 'Introdueix dos nombres enters, separats per un esp &ai en blanc.',/) 30 format( /,'El resultat de l''expressio logica de comparacio dels n &ombres es ',$) end 25

26 CODIS EXEMPLE. 4 Exemple sentències IF i DO c c Quantes vegades escriu la paraula 'quimica' aquest codi? do 10 m=1, 5 do 20 j=m, 6 if ((m.gt.3).or.(j.lt.m)) write(6,*) 'quimica' 20 continue 10 continue end 26

27 Programa triangle c CODIS EXEMPLE. 5 c Exemple amb IF... ELSE (IF)... ENDIF. integer*4 a,b,c write(6,*) ' Escriu tres nombres enters separats per espais.' read(5,*) a, b, c if ((abs(a-b).lt.c).and.(c.lt.(a+b))) then write(6,11) a,b,c if (a.eq.b) then write(6,*)' Es un triangle isosceles.' if (b.eq.c) then write(6,*)' i tambe equilater.' end if else if (a.eq.c.or.b.eq.c) then write(6,*)' Es un triangle isosceles.' else write(6,*)' Es un triangle escale.' write(6,*) end if else write(6,*)' Els segments no formen un triangle.' end if 11 format(' Existeix un triangle de costats',i3,',',i3,',',i3,/) stop end 27

28 CODIS EXEMPLE. 6 Treball amb matrius c c Aquest codi llegeix del teclat una matriu nxm. REAL*4 A DIMENSION A(50,50) write(6,*)' Introdueix el nombre de files de la matriu A.' read(5,*) n write(6,*)' Introdueix el nombre de columnes de la matriu A.' read(5,*) m write(6,*) 'Introdueix els elements de la matriu A per files separa &ts per espais. En acabar una linia, premer intro.' do i=1,n read (5,*) (A(i,j), j=1,m) end do end 28

29 Entrada/Sortida. OPEN, CLOSE c c Gestio de fitxers. implicit double precision (A-H, O-Z) DIMENSION A(50,50), B(50,50) c Llegim una matriu A (3x3) d'un fitxer extern anomenat mat.in. open (2, file='mat.in') do i=1,3 read(2,*) (A(i,j), j=1,3) end do close (2) c Fem la trasposta de la matriu A. do i=1,3 do j=1,3 B(i,j)=A(j,i) end do end do CODIS EXEMPLE. 7 c Escrivim la nova matriu B en un fitxer anomenat mat.out. open (3, file='mat.out') do i=1,3 write(3,*) (B(i,j), j=1,3) end do close (3) stop end 29

30 PROGRAMES A PRESENTAR Equació de 2 on grau ax 2 +bx+c=0 Algoritme f(x)=0 Newton-Raphson Regressió linial Algebra matricial Moneder 30