Fortran95實驗指導 實驗八 子程序

實驗八函數(shù)與子例行程序子程序是FORTRAN95提供的重要功能之一，F(xiàn)ORTRAN95允許用戶自己定義子程序，允許用戶通過子程序設計和編寫程序。在設計和編寫一個復雜的程序時，通常需要使用科學的程序設計方法，如：結構化程序設計方法、模塊化程序設計方法、面向對象程序設計方法等，子程序功能完全支持結構化和模塊化程序設計方法，結構化和模塊化程序設計方法可通過子程序得到應用。使用子程序可提高程序的可讀性、可理解性、可維護性和可修改性，是編寫高質量、高水平、高效率程序的有效手段。子程序分內部子程序和外部子程序。內部子程序是包含在程序單元CONTAINS結構中的子程序，只有定義它們的程序單元才能調用執(zhí)行它們。內部子程序包括函數(shù)子程序和子例行程序兩類，通常將函數(shù)子程序簡稱為函數(shù)，子例行程序簡稱為子程序。本次實驗是學習和掌握子程序的一次系統(tǒng)實驗活動。通過本次實驗，能夠熟練使用語句函數(shù)、內部子程序、外部子程序設計和編寫程序，求解比較復雜的實際問題。一、實驗目的了解函數(shù)的有關基本概念，如：函數(shù)名稱、函數(shù)自變量、函數(shù)調用、函數(shù)表達式等。掌握語句函數(shù)定義、調用、參數(shù)的基本內容和使用規(guī)則。掌握使用語句函數(shù)設計和編寫程序的方法。了解內部子程序的有關基本概念，如：定義、調用、形式參數(shù)、實在參數(shù)、參數(shù)傳遞關系等。掌握內部子程序定義、調用、形式參數(shù)、實在參數(shù)、參數(shù)傳遞的基本內容和使用規(guī)則。掌握結構化程序設計方法。掌握使用內部子程序設計和編寫程序的方法。了解遞歸概念，掌握遞歸問題的求解方法。掌握遞歸子程序定義、調用、參數(shù)傳遞關系的基本內容和使用規(guī)則。了解外部子程序概念，掌握并行、協(xié)調、合作編寫大型復雜程序的方法。掌握外部子程序定義、調用、參數(shù)傳遞關系的基本內容和使用規(guī)則。掌握使用遞歸和外部子程序設計和編寫程序的方法二、實驗內容11、問題描述在解決某工程計算問題時，遇到下列函數(shù)：J(x)=1+2x+x2f(x)=, x2\；1+2x+x2ln(1+x)P(x)=—;―—1+x2xq(x)=arctan,x，''1-x2計算x=0.1,0.2,0.3時，上述函數(shù)的值，并輸出。使用語句函數(shù)編寫程序實現(xiàn)之。2、算法設計該問題求解算法比較簡單，可使用順序結構或循環(huán)結構實現(xiàn)。根據(jù)分析，設計循環(huán)結構算法如下：算法：定義語句函數(shù)y(x),f(x),p(x),q(x)x=0.1；如果x>0.3,則轉(7)執(zhí)行；計算各函數(shù)值并輸出；x=x+1；轉⑶執(zhí)行；結束3、程序編寫設計和編寫程序如下(不完整，請在下劃線空白處填充正確內容):!班級：？?？!姓名：？?？舊期：???!語句函數(shù)應用PROGRAMMAINy(x)=1+2*x+x**2f(x)= p(x)= q(x)= DOx=0.1,0.3,0.1yx=y(x)fx=f(x)px= qx=q(x)PRINT*,'x=',xPRINT*,'y(x)=',yxPRINT*, ,'p(x)=',pxPRINT*,'q(x)=',qxEND4、實驗要求?分析問題，理解算法，編寫程序，將程序填寫正確完整。?函數(shù)計算必須使用語句函數(shù)實現(xiàn)。?在D盤上創(chuàng)建新工作區(qū):shiyan08和新項目：xm81。?在項目xm81內創(chuàng)建源程序文件:xm81.f90,同時在文件中編輯輸入程序。?在項目xm81內編譯、構建、運行、調試程序。?將輸出結果以注釋形式編輯輸入到源程序文件xm81.f90末尾。?使用FORALL語句改寫程序，實現(xiàn)程序的并行處理，提高程序運行和處理速度。5、實驗步驟?分析問題，理解算法，編寫程序。?啟動軟件開發(fā)環(huán)境MicrosoftDeveloperStudio。?在D盤上創(chuàng)建新工作區(qū)：shiyan08。?在工作區(qū)shiyan08內創(chuàng)建新項目：xm81。?在項目xm81內創(chuàng)建源程序文件xm81.f90，編輯輸入源程序文本。?編譯、構建、運行、調試程序，得到輸出結果。?輸出結果以注釋形式編輯輸入到源程序文件末尾。?在工作區(qū)shiyan08內創(chuàng)建新項目：xm811，在新項目內創(chuàng)建源程序文件xm811.f90,在文件中編輯輸入已改寫程序。編譯、構建、運行、調試程序，獲得輸出結果。使用FORALL語句改寫程序如下：PROGRAMMAINy(x)=1+2*x+x**2f(x)= p(x)= q(x)= REAL,DIMENSION()::yx,fx,px,qxFORALL()yx(i)=y(0.1*i)fx(i)=f(0.1*i)qx(i)=q(0.1*i)DOI=1,3PRINT*,'x=',0.1*IPRINT*,'y(x)=',yx(I)PRINT*, ,'p(x)=',px(I)PRINT*,'q(x)=',qx(I)ENDDOEND三、實驗內容21、問題描述已知二項式公式如下：(X+J)n=C0Xn+C1Xn-1y+C2Xn-2y2+...+C^Xn-rjr+...+C"其中：Cr為二項式系數(shù)，通過下面公式計算：n?n!，一一、Cr= (r=0,1,2,...,n)n (n-r)!r!計算(x+y)5的二項展開式系數(shù)，并輸出。通過內部函數(shù)子程序計算階乘和二項式系數(shù)，編寫程序實現(xiàn)之。2、算法設計分析問題，進行任務分解，得到求解問題的分層結構圖，如圖8-1所示。根據(jù)任務分解圖，自行設計和編寫主程序來求解總問題，分別設計和編寫子程序來求解子問題。根據(jù)子問題的具體內容，設計和編寫子程序為函數(shù)。圖8-1任務分解及分層結構圖3、程序編寫設計和編寫程序如下(不完整，請在下劃線空白處填充正確內容):!班級：？?？!姓名：？?？舊期：???!計算n階所有二項式系數(shù)PROGRAMMAININTEGERn,r,pPRINT'(A\)','請輸入二項式階數(shù)n:'READ*,nPRINT'(I2,A\)',n,'二項式系數(shù)有:’DOr=0,np= PRINT'(I4,2X\)',pENDDOPRINT*CONTAINS!計算階乘函數(shù)FUNCTIONfact(n)INTEGERfact,nfact=1DOi=1,nfact= ENDDO!計算任意一個二項式系數(shù)函數(shù) cnr(n,r)INTEGERcnr,n,rcnr=fact(n)/()ENDFUNCTIONEND4、實驗要求?分析問題，分解任務，設計算法，理解程序，將程序填寫完整。?階乘和二項式系數(shù)計算要求使用內部函數(shù)子程序實現(xiàn)。?輸入輸出數(shù)據(jù)采用有格式輸入輸出，使輸入輸出數(shù)據(jù)規(guī)范、醒目、簡潔。在工作區(qū)：shiyan08內創(chuàng)建新項目：xm82。?在項目xm82內創(chuàng)建源程序文件:xm82.f90,同時在文件中編輯輸入程序。?在項目xm82內編譯、構建、運行、調試程序。?將輸出結果以注釋形式編輯輸入到源程序文件xm82.f90末尾。?使用遞歸子程序改寫階乘計算程序。5、實驗步驟?分析問題，設計算法，編寫程序。?啟動軟件開發(fā)環(huán)境MicrosoftDeveloperStudio。在工作區(qū)shiyan08內創(chuàng)建新項目：xm82。?在項目xm82內創(chuàng)建源程序文件xm82.f90，編輯輸入源程序文本。?編譯、構建、運行、調試程序，得到輸出結果。輸出結果以注釋形式編輯輸入到源程序文件末尾。?在工作區(qū)shiyan08內創(chuàng)建新項目：xm821，在新項目內創(chuàng)建源程序文件xm821.f90,在文件中輸入已改寫程序。編譯、構建、運行、調試程序，獲得輸出結果。四、實驗內容31、 問題描述已知兩個正整數(shù)數(shù)列A和B，每個數(shù)列數(shù)據(jù)個數(shù)不定（最多50個）。從A數(shù)列中刪除B數(shù)列中出現(xiàn)的數(shù)，輸出刪除前后數(shù)列數(shù)據(jù)。通過內部子例行程序完成刪除操作。編寫程序實現(xiàn)之。2、 算法設計分析問題，進行任務分解，得到求解問題的分層結構圖，如圖8-2所示。根據(jù)圖8-2,設計和編寫主程序求解總問題，設計和編寫子例行程序求解子問題。問題：從A數(shù)列刪除R數(shù)列為舞廣問題：敏列'為容刪除

圖8-2任務分解及分層結構圖根據(jù)分析，設計求解總問題算法如下：（1） 輸入A數(shù)列和B數(shù)列數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)個數(shù)不定，最多50個）。（2） 輸出刪除前的A數(shù)列和B數(shù)列數(shù)據(jù)。（3） 從A數(shù)列中刪除B數(shù)列中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)。（4） 輸出刪除后A數(shù)列數(shù)據(jù)。（5） 結束。根據(jù)分析，設計求解子問題算法，繪制流程圖如圖8-3所示。n、m分別表示A、B數(shù)列數(shù)據(jù)個數(shù)。因為數(shù)據(jù)均為正整數(shù)，規(guī)定-1為刪除標志，要刪除的數(shù)據(jù)ai賦值為-1即可。

i=i十Ii=i十I將知置為-I圖8-3流程圖3、程序編寫使用內部子例行程序設計和編寫程序如下(含有若干錯誤，請查找并改正錯誤):!班級：？?？!姓名：？?？舊期：???!從A數(shù)列中刪除B數(shù)列中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)PROGRAMmainPARAMETER(max=50)INTEGERA(n),B(max),n,mPRINT'(A\)','請輸入A數(shù)列數(shù)據(jù)個數(shù)n:'READ*,nPRINT'(A,I2,A)'，請輸入A數(shù)列',n,'個數(shù)據(jù):’READ*,A(i),i=1,nPRINT'(A\)','請輸入B數(shù)列數(shù)據(jù)個數(shù)m:'READ*,mPRINT'(A,I2,A)'，請輸入B數(shù)列',m,'個數(shù)據(jù):',(B(i),i=1,m)PRINT*,刪除前A數(shù)列數(shù)據(jù):’PRINT'(1X,<n>(I3,2X))',(A(i),i=1,n)PRINT*,刪除前B數(shù)列數(shù)據(jù):’PRINT'(1X,<m>(I3,2X))',(B(i),i=1,m)CALLdel(A,B)PRINT*,刪除后A數(shù)列數(shù)據(jù):’DOIF(A(i)/=-1)PRINT'(I3,2x\)',A(i)ENDDOPRINT*CONTAINS!數(shù)列內容刪除SUBROUTINEdel(A,B,n,m)INTEGERA(n),B(m),n,m,i,jDOi=1,nDOj=1,mIF(A(i)>B(j))A(i)=-1ENDIFENDDOENDFUNCTIONEND4、 實驗要求?分析問題，分解任務，理解算法和程序，查找并改正程序錯誤，得到正確程序。?在工作區(qū)shiyan08內創(chuàng)建新項目：xm83。?在項目xm83內創(chuàng)建源程序文件:xm83.f90,同時在文件中編輯輸入程序。?在項目xm83內編譯、構建、運行、調試程序。輸入自行確定的A數(shù)列和B數(shù)列數(shù)據(jù)，得到運行結果。?將輸入數(shù)據(jù)和輸出結果以注釋形式編輯輸入到源程序文件xm83.f90末尾。5、 實驗步驟?分析問題，分解任務，理解算法和程序，查找并改正程序錯誤，得到正確程序。?在工作區(qū)shiyan08內創(chuàng)建新項目：xm83。?在項目xm83內創(chuàng)建源程序文件:xm83.f90,同時在文件中編輯輸入程序。?在項目xm83內編譯、構建、運行、調試程序。輸入自行確定的A數(shù)列和B數(shù)列數(shù)據(jù)，得到運行結果。?將輸入數(shù)據(jù)和輸出結果以注釋形式編輯輸入到源程序文件xm83.f90末尾。五、實驗內容41、問題描述已知：f(X,n)= xn+ x(n-1)+n-2+x+ 1+X計算當x=2.85,n=15時的函數(shù)值。使用遞歸函數(shù)求解該問題。編寫程序實現(xiàn)之。x和n的值從鍵盤輸入。2、算法設計函數(shù)f可用以下遞推公式描述。rxf(x,n)=< X n+f(x,n-1)根據(jù)遞推公式可知，該問題是一個遞推問題，可采用遞歸函數(shù)實現(xiàn)。求解算法比較簡單，采用選擇結構就可實現(xiàn)。學生自行設計算法，繪制流程圖。3、 程序編寫設計和編寫程序如下(不完整，請在下劃線空白處填充正確內容)：!班級：？?？!姓名：？?？舊期：???!主程序PROGRAMMAININTEGERnREALx,yPRINT*,請輸入實數(shù)x和整數(shù)n(n31):' *,x,ny= PRINT100,x,n,y100FORMAT(1X,'f(',F5.2,',',I2,')=',f10.6)CONTAINSFUNCTIONf(x,n)REALf,xINTEGERnIF(n==1)THENf= ELSEIF(n>1)THENf=x/(n+)ELSEPRINT*,'n值不符合n31要求.’ENDIFENDFUNCTIONEND4、 實驗要求?分析問題，理解遞推公式、算法、程序和遞歸函數(shù)，將程序填寫完整。?函數(shù)計算使用遞歸函數(shù)子程序實現(xiàn)。?輸入輸出數(shù)據(jù)采用有格式輸入輸出，使輸入輸出數(shù)據(jù)規(guī)范、醒目、簡潔。?在工作區(qū)：shiyan08內創(chuàng)建新項目xm84。?在項目xm84內創(chuàng)建源程序文件:xm84.f90,同時在文件中編輯輸入程序。?在項目xm84內編譯、構建、運行、調試程序。?將輸出結果以注釋形式編輯輸入到源程序文件xm84.f90末尾。5、 實驗步驟?分析問題，理解遞推公式、算法、程序和遞歸函數(shù)，將程序填寫完整。?在工作區(qū)：shiyan08內創(chuàng)建新項目xm84。?在項目xm84內創(chuàng)建源程序文件:xm84.f90,同時在文件中編輯輸入程序。?在項目xm84內編譯、構建、運行、調試程序，輸入x和n的值：2.85，15，得到輸出結果。?輸出結果以注釋形式編輯輸入到源程序文件末尾。六、實驗內容51、問題描述'1240201811、2517503045已知5x5矩陣A：24161454154820103828急19283542；按以下要求完成操作：從鍵盤輸入矩陣數(shù)據(jù)；從屏幕輸出矩陣數(shù)據(jù)；將第2行與第4行交換；從屏幕輸出交換后矩陣數(shù)據(jù)；求矩陣中絕對值最小元素值，及所在行號和列號；用絕對值最小元素值與所在行、列每個元素相加；從屏幕輸出相加后矩陣數(shù)據(jù)；結束對于矩陣輸入、矩陣輸出、矩陣元素交換、求矩陣絕對值最小元素值、絕對值最小元素值與所在行列元素相加五類操作，使用外部子例行程序實現(xiàn)。要求外部子例行程序與主程序單元分別保存在不同的源程序文件中。編寫程序實現(xiàn)之。2、 算法設計主程序算法類似于問題描述中給出的操作要求和操作順序。分析問題，學生自行設計主程序算法和繪制主程序流程圖。五類操作分別通過5個外部子程序input(A,m,n)、output(A,m,n)、exchange(A,m,n,i1,i2)、find(A,m,n,minval,min_i,imn_j)和add(A,m,n,minval,min_i,min_j)實現(xiàn)。學生自行設計五個外部子程序求解算法，繪制流程圖。A表示二維矩陣，m和n表示矩陣的行數(shù)和列數(shù)，i1和i2表示要交換的兩個行號，minval、min_i和min_j分別表示絕對值最小值和所在的行號、列號。3、 程序編寫根據(jù)算法設計和編寫主程序程序如下：!班級：？?？!姓名：？?？舊期：???!主程序PROGRAMMAINEXTERNALinput,output,exchange,find,addPARAMETER(m=5,n=5)INTEGERA(m,n),i,j,minval,min_i,min_jCALLinput(A,m,n)CALLoutput(A,m,n)CALLexchange(A,m,n,2,4)CALLoutput(A,m,n)CALLfind(A,m,n,minval,min_i,min_j)CALLadd(A,m,n,minval,min_i,min_j)END根據(jù)矩陣輸入子例行程序input算法，設計和編寫外部子程序如下：!矩陣輸入外部子例行程序SUBROUTINEinput(A,m,n)INTEGERA(m,n),m,n,i,jPRINT'(A,I1,A,I1,A)'，請輸入',m,'*',n，'矩陣數(shù)據(jù):’READ*,((A(i,j),j=1,n),i=1,m)ENDSUBROUTINE根據(jù)矩陣元素行交換子例行程序exchange算法，設計和編寫外部子程序如下：!矩陣元素行交換外部子例行程序SUBROUTINEexchange(A,m,n,i1,i2)INTEGERA(m,n),m,n,i1,i2,j,tDOj=1,nt=A(i1,j);A(i1,j)=A(i2,j);A(i2,j)=tENDDOENDSUBROUTINE根據(jù)矩陣絕對值最小元素行、列元素累加子例行程序add算法，設計和編寫外部子程序如下：!矩陣元素累加外部子例行程序SUBROUTINEadd(A,m,n,minval,min_i,min_j)INTEGERA(m,n),m,n,minval,min_i,min_j,i,j,sumsum=0DOi=1,msum=sum+A(i,min_j)ENDDODOj=1,nsum=sum+A(min_i,j)ENDDOsum=sum-minvalPRINT'('絕對值最小元素值與所在行、列每個元素的和為:',I4)',sumENDSUBROUTINE對于output和find子例行程序，學生可根據(jù)算法自行編寫。4、實驗要求?分析問題，理解主程序算法以及主程序和給定的外部子例行程序，編寫其他外部子例行程序。?在工作區(qū)shiyan08內創(chuàng)建新項目：xm85。?