FORTRAN

Fortran作为首个高级编程语言,专长于数值、科学及工程计算,以其高效率和自然描述特性著称。从FORTRAN到Fortran90,语言持续进化,融入现代编程元素,尤其在矩阵运算和并行计算方面表现卓越。尽管在创造力上不及JAVA、C#等,但因众多工程软件如ANSYS、Marc依赖Fortran编写,使其在工程计算领域保持主导地位。

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Fortran源自于“公式翻译”(英语:FormulaTranslation)的缩写,是一种编程语言。它是世界上最早出现的计算机高级程序设计语言,广泛应用于科学和工程计算领域。FORTRAN语言以其特有的功能在数值、科学和工程计算领域发挥着重要作用。Fortran 90之前的版本是人们所知晓的FORTRAN(全部字母大写),从Fortran 90以及以后的版本都写成Fortran(仅有第一个字母大写)。 

特性

Fortran语言的最大特性是接近数学公式的自然描述,在计算机里具有很高的执行效率。

易学,语法严谨。

可以直接对矩阵复数进行运算,这一点类似MATLAB

自诞生以来广泛地应用于数值计算领域,积累了大量高效而可靠的源程序。

很多专用的大型数值运算计算机针对Fortran做了优化。

广泛地应用于并行计算和高性能计算领域。

Fortran 90,Fortran 95,Fortran 2003的相继推出使Fortran语言具备了现代高级编程语言的一些特性。

发展趋势

Fortran语言是一种极具发展潜力的语言,在全球范围内流行过程中,Fortran语言的标准化不断吸收现代化编程语言的新特性,并且在工程计算领域仍然占有重要地位。

Fortran语言与程序化语言JAVA,C#高级语言相比,它缺乏创造力。但是,由于很多优秀的工程计算软件都是运用Fortran语言编写,例如ANSYS、Marc,为了能够使用这些商业软件的高级功能,用户必须先学会Fortran语言,才能编写应用程序接口。由此决定了Fortran在工程计算领域将长期处于统治地位。

在数值计算中,Fortran语言仍然不可替代。Fortran 90标准引入了数组计算等非常利于矩阵运算的功能。在数组运算时,Fortran能够自动进行并行运算,这是很多编程语言不具备的。运用Fortran语言,用户能够运用很多现成的函数软件包,所以非常便利。(MATLAB的早期版本,主要就是为两个著名的Fortran函数包提供程序接口。)

03-26
<think>好的,我现在需要处理用户关于Fortran编程语言的查询。用户希望了解Fortran的概述,我需要根据提供的引用和系统指令来构建回答。首先,我要确认用户的需求,他们可能想了解Fortran的历史、特点、应用场景以及与其他语言的比较。 首先,根据系统指令,我需要确保所有数学表达式用$...$格式,独立公式用$$...$$,并且正确使用LaTeX语法。不过,在Fortran的概述中,可能数学公式较少,但如果有相关例子,比如数值计算,可能需要使用。例如,可以提到Fortran处理矩阵运算,比如矩阵乘法$C = A \times B$,但需检查是否符合格式要求。 接下来,引用部分需要正确标注。用户提供的引用中,引用[1]提到将Fortran代码转换为C++并保持相似性,这说明Fortran在科学计算中的传统地位,代码的熟悉度对原始作者重要。引用[2]列出了编程语言的排名,虽然Fortran可能不在前50,但仍在特定领域有应用。引用[3]关于R语言,可能与Fortran在统计计算中的对比有关,但需要确认相关性。引用[4]涉及POSIX线程编程,可能与Fortran的并行计算能力相关,但不确定是否需要在此概述中提到。 用户的问题是关于Fortran的概述,所以结构上应包括历史背景、语言特点、应用场景、与其他语言对比、示例代码以及相关问题。需要确保回答结构清晰,分点说明,帮助用户逐步了解。 首先,历史部分:Fortran诞生于1957年,由IBM开发,是第一个高级编程语言,早期用于科学计算。需要引用相关引用,但现有引用中只有[1]提到Fortran代码转换到C++,说明其传统应用,可以引用这一点来强调其历史地位和持续影响。 语言特点方面,应强调高效数值计算、数组操作、并行计算支持等。例如,Fortran内置矩阵运算,可能比C++更高效,这里可以提到引用[1]中的转换例子,说明Fortran代码在科学计算中的高效性,即使转换到C++仍需保持相似性,以保证熟悉度。 应用场景包括气候建模、流体力学、量子物理等,这些领域需要高性能计算,Fortran的优势明显。可能引用[4]中关于并行编程的部分,说明Fortran在多线程或并行计算中的应用,但需要确认引用[4]是否直接相关。引用[4]主要提到不同编译器的线程支持,可能和Fortran的并行库有关,但不确定,需谨慎处理。 与其他语言对比,如C++、Python、R。引用[3]提到R用于统计,而Fortran更多用于高性能数值计算,可以对比两者应用领域的不同。同时,引用[1]提到将Fortran转换为C++,说明两者在科学计算中的互补性,C++可能用于更广泛的系统开发,而Fortran专注于计算核心。 示例代码部分,需要提供一个简单的Fortran程序,比如计算阶乘或矩阵乘法,并正确格式化代码块。确保代码语法正确,并注释说明。 相关问题部分,根据用户提供的示例,生成三个相关问题,可能涉及性能优化、与现代语言集成、应用案例等。需确保问题相关且有价值,引导用户进一步探索。 需要检查所有引用是否正确应用,例如引用[1]用于说明Fortran代码的熟悉度,引用[3]用于对比R语言,引用[4]可能用于并行计算支持,但需确认是否相关。引用[2]可能用于说明Fortran的流行度排名,但用户引用[2]提到的是51-100名的语言,而Fortran可能在科学计算领域仍保持高位,但不在总体排名前列,这里需要准确处理,避免误导。 总结回答结构: 1. 历史背景:强调Fortran作为首个高级语言,在科学计算中的起源。 2. 语言特点:高效数值计算、数组支持、并行能力。 3. 应用场景:气候建模、物理模拟等高性能领域。 4. 对比其他语言:与C++、Python、R的对比,引用相关引用。 5. 示例代码:简单Fortran程序,展示语法。 6. 相关问题:生成三个相关问题。 现在需要将这些内容整合,确保符合格式要求,正确引用,并且语言流畅自然。同时,检查是否有数学表达式需要LaTeX格式,例如矩阵乘法中的$C = A \times B$,需要用$包裹。</think>### Fortran编程语言概述 #### 1. **历史背景** Fortran(Formula Translation)诞生于1957年,由IBM开发,是首个广泛应用的高级编程语言,专为科学计算和数值分析设计[^1]。其早期版本(如Fortran IV、Fortran 77)奠定了科学计算的基础,现代版本(如Fortran 90/95/2003/2018)则引入了面向对象、并行计算等特性。 #### 2. **语言特点** - **高效数值计算**:直接支持多维数组操作,例如矩阵乘法可写为$C = A \times B$,编译器优化程度高,适合处理大规模数值模拟。 - **内置并行支持**:通过`COARRAY`或`OpenMP`实现并行计算,适用于超算环境[^4]。 - **静态类型与内存安全**:严格的类型检查与显式内存管理,减少运行时错误。 #### 3. **应用场景** - **气候建模与流体力学**:如美国国家大气研究中心(NCAR)的气候模型。 - **量子物理与工程仿真**:用于求解偏微分方程,例如$\frac{\partial u}{\partial t} = \nabla^2 u$。 - **金融衍生品定价**:高性能蒙特卡洛模拟。 #### 4. **与其他语言对比** - **C++**:Fortran在数值计算中更简洁高效,例如科学计算库LAPACK最初用Fortran实现,后通过接口供C++调用。 - **Python/R**:Python/R多用于数据分析前端,而Fortran常作为后端核心计算模块[^3]。 #### 5. **示例代码** ```fortran ! Fortran 90示例:计算阶乘 program factorial implicit none integer :: n, i, result n = 5 result = 1 do i = 1, n result = result * i end do print *, '5! = ', result end program factorial ```
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