PukiWiki - 2.Fortran90/95入門のバックアップ(No.4)

現在作成中です。既に書いている内容も大幅に変わる可能性が高いです。 as of 2010-04-28 (222)

担当教員
演習日
概要と達成目標
はじめに
はじめに
why f90/f95?
Fortranが推奨される間違った理由
Fortran90/95に対する偏見
Fortran90/95は現代のプログラミング言語である。
まだ納得できないない？では例を一つ
【演習】
Fortran90/95ではこう書ける。
数式の表現が簡単な例
例
例

担当教員 †

陰山聡

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演習日 †

2010.05.06
2010.05.13

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概要と達成目標 †

概要
1. why f? （なぜFortran95言語か）
2. f && c （Fotran95とCの同じところ）
3. ［演習］Hello, world. コンパイルと実行
4. diff f c （Fotran95とCの違うところ）
5. wonderful f （Fotran95の素晴らしいところ）
6. practical f （Fotran95によるコーディングの実際）
目標
1. 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. 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。

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はじめに †

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

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はじめに †

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 |

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why f90/f95? †

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。

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Fortranが推奨される間違った理由 †

『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。

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Fortran90/95に対する偏見 †

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。 †

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 †

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】 †

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。 †

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 †

$e^{i\pi} = -1$ つまり

をFortran95で書くと、

complex :: i = (0.0,1.0)
real :: pi = 3.141593
print *,' exp(i*pi) = ', exp(i*pi)

↑

例 †

級数

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 †

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。

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