現在作成中です。
既に書いている内容も&color(#ff0000){大幅に変わる};可能性が高いです。
as of 2010-04-28 (&counter;)
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#contents
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* 担当教員 [#d810a8d4]
陰山 聡
* 演習日 [#e84fbb5c]
- 2010.05.06
- 2010.05.13
* 概要と達成目標 [#dcc5c361]
+ 概要
++ why f? （なぜFortran95言語か）
++ f && c （Fotran95とCの同じところ）
++ ［演習］Hello, world. コンパイルと実行
++ diff f c （Fotran95とCの違うところ）
++ wonderful f （Fotran95の素晴らしいところ）
++ practical f （Fotran95によるコーディングの実際）
+ 目標
++ この「計算科学演習I」で扱うFotranソースコードが自由に読めること。
++ 2次元拡散方程式を解くコードをFotran95言語の特性を活かして書けるようになること。
* はじめに [#rd9d9a92]
// wiki の練習。コメントのテスト。この文字は見えないはず。見えたら異常。
- Emacsのmajorモードをf90に設定すると便利（f95モードではなく）
-- ミニバッファでf90-modeと打つ (Esc-x f90-mode)
- scalar上でのコンパイルコマンドは pgf95 またはpgf90
* はじめに [#rd9d9a92]
- ''FORTRAN''（全部大文字の）という言語は存在しない。
--''Fortran90''や''Fortran95''という言語ならある。
- FORTRAN66。
--1966年に標準化。
- FORTRAN77
--1977年に標準化。
-- if/then/else
-- 広まった
- Fortran90
-- 1991年に標準化。
-- 大幅な改訂
- Fortran95
--F90からのマイナーバージョンアップ
Fortran90はFORTRAN77とは大きく違う。違う言語と考えるべき。
~| f95 - f90 | << | f90 - f77 |
* why f90/f95? [#qfc92c34]
+ 計算速度が速い
-- スーパーコンピュータは速さが命
-- C/C++でもFortranと同じくらい速いコードは書けるが、遅いコードも書けてしまう。
-- 言語としての自由度の違い。自由度が高いとコンパイラが困る。最適化ができなくなる。
+ 便利
-- 道具（言語）は目的にあったものを
-- 数学的計算にはFortran90/Fotran95が適している
--- '''For'''-mula '''Tran'''-slator
-- 数値計算ライブラリの抱負な蓄積。Legacyなコード。財産。
* Fortranが推奨される間違った理由 [#o19dac24]
『新しい言語を勉強するのは面倒だ。
FORTRAN77の何の不足もない。これでxx年やってきた。』
・・・Legacyな人間。時代に2010-1977=33年遅れている。
* Fortran90/95に対する偏見 [#u2f56714]
- 変数名は6文字までなんでしょう？・・・そんなことはありません。
- ソースコードは全部大文字なんでしょう？・・・そんなことはありません。
- ソースコードは固定形式（7列目から72列目まで）なんでしょう？・・・そんなことはありません。
- 構造体がないんでしょう？・・・あります。普通に使います。
- ポインタがないんでしょう？・・・あります。あまり使う必要はありませんが。
- 関数とデータをまとめてひとかたまりにする（クラス化する）ことなんてできないんでしょう？・・・できます。普通にやっています。
- データ/関数の隠蔽（カプセル化）ができないんでしょう？・・・できます。いつもしています。
- 演算子を自分で定義することができなんでしょう？・・・できます。いつもしています。
- 関数や演算子の多重定義ができなんでしょう？・・・できます。いつもしています。
* Fortran90/95は現代のプログラミング言語である。 [#g3040af6]
- スーパーコンピュータ向けの言語としては最先端
- 特に並列計算機には
- 数値演算や計算機シミュレーションには最適な言語
* まだ納得できないない？では例を一つ [#ra937520]
部屋の中の温度場の分布から平均気温を求めよう。
温度場を3次元float配列 f(nx,ny,nz)で表す。3つの整数nx, ny, nzは不定。
平均気温＝全ての格子点(i,j,k)上でのfの値を足して格子点の総数で割る
* 【演習】 [#t9110993]
任意サイズの3次元単精度実数（浮動小数点数）配列を受け取り、
その平均値を返す関数をC言語（またはC++言語）で作れ。
- scalar上でのCコンパイラ＝cc, gcc
* Fortran90/95ではこう書ける。 [#ube6e027]
わずか4行。
real function mean_value(f)
real, dimension(:,:,:) :: f
mean_value = sum(f) / (size(f,1)*size(f,2)*size(f,3))
end function mean_value
* 数式の表現が簡単な例 [#ada18727]
$e^{i\pi} = -1$
つまり
#ref(e_i_pi.jpg)
をFortran95で書くと、
complex :: i = (0.0,1.0)
real :: pi = 3.141593
print *,' exp(i*pi) = ', exp(i*pi)
* 例 [#h6f4d481]
級数
#ref(series_one_forth.jpg)
// \sum_{n=1}^\infty\,\frac{1}{i}\cdot\frac{1}{i+1}\cdot\frac{1}{i+2} = \frac{1}{1}\cdot\frac{1}{2}\cdot\frac{1}{3} + \frac{1}{2}\cdot\frac{1}{3}\cdot\frac{1}{4} + \frac{1}{3}\cdot\frac{1}{4}\cdot\frac{1}{5} + \cdots = \frac{1}{4}
の最初の有限数項までの値を求めるプログラムも、式をそのまま書けばいい。Formula Translation。
integer, parameter :: nterms = 1000
real, dimension(nterms) :: x, y, z
integer :: i
do i = 1 , nterms
x(i) = 1.0 / i
y(i) = 1.0 / (i+1)
z(i) = 1.0 / (i+2)
end do
print *,'ans = ', sum(x*y*z)
* 例 [#h2acd79c]
空間中に分布する磁場（3成分のベクトル場）
Bx(100,100,100), By(100,100,100), Bz(100,100,100)
の全磁気エネルギーは、
energy = sum(Bx**2+By**2+Bz**2)/2
と一行（定義式そのもの）を書けば良い。
