Structured FORTRAN 77 for Engineers & Scientists pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Benjamin-Cummings Publishing Company

作者:Dolores M. Etter

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1990-01

价格:USD 10.66

装帧:Hardcover

isbn号码:9780805300529

丛书系列:

图书标签:

• Fortran 77
• Scientific Computing
• Engineering
• Programming
• Structured Programming
• Numerical Methods
• Computer Science
• Algorithm
• Mathematics
• Technical

《高效计算：FORTRAN 77 语言的工程与科学应用指南》 面向严谨的工程师与前沿的科学家 书籍概述： 本书并非对单一编程语言的枯燥罗列，而是一本致力于提升工程师与科学家解决复杂计算问题的能力，并充分挖掘FORTRAN 77这一经典而强大的编程语言潜力的实用指南。在当今充斥着新兴技术和复杂框架的时代，FORTRAN 77依然以其无与伦比的计算效率、成熟稳定的特性以及在科学计算领域深厚的积淀，继续扮演着至关重要的角色。本书深入浅出地讲解FORTRAN 77的核心概念与语法，更侧重于如何将其灵活应用于工程设计、数据分析、数值模拟、物理建模以及各类科学研究的实际场景中。我们将带领读者构建严谨、高效、可维护的 FORTRAN 程序，从而更有效地处理大规模数据、解决高精度计算难题，并推动科学研究的边界。 本书的独特价值与适用人群： 本书的独特之处在于，它并非停留于 FORTRAN 77 的基础语法介绍，而是将其视为一种强大的工具，专注于如何运用这一工具来解决工程和科学领域中实际存在的挑战。我们深知，对于工程师和科学家而言，学习一门编程语言的最终目的并非掌握语法本身，而是能够利用它来加速研发进程，提高计算精度，并最终做出更优的决策。因此，本书的讲解始终围绕着“应用”展开，通过丰富的实例和深入的分析，帮助读者将 FORTRAN 77 的理论知识转化为解决实际问题的能力。 适用人群： 工程专业学生与从业者： 无论您是土木、机械、航空航天、电气、化工等领域的工程师，在进行数值分析、有限元模拟、流体力学计算、结构分析等任务时，FORTRAN 77 依然是许多专业软件和库的核心语言。本书将帮助您理解这些工具的底层逻辑，甚至能够自行开发定制化的计算模块。 科学研究人员： 物理学家、化学家、气象学家、天文学家、地球科学家以及其他需要进行大规模数值计算和数据处理的科研人员，FORTRAN 77 在高性能计算领域拥有悠久的历史和广泛的应用。本书将为您提供构建复杂科学模型、进行精密模拟所需的编程技能。 需要与现有 FORTRAN 代码交互的开发者： 许多重要的科学计算库、遗留系统以及高性能计算集群仍然依赖 FORTRAN 77 编写。如果您需要维护、修改或扩展这些代码，本书将是您快速上手的重要参考。 对计算机科学基础和高性能计算感兴趣的读者： 即使您并非直接从事工程或科学领域，本书也能帮助您理解高性能计算的基本原理，以及 FORTRAN 77 在其中扮演的关键角色，为您的计算机科学知识体系打下坚实基础。 内容详述： 本书的结构设计旨在循序渐进，让读者在掌握基础的同时，逐步深入到更高级的应用层面。 第一部分： FORTRAN 77 语言核心基础 本部分将构建读者对 FORTRAN 77 语言的坚实认知。我们会以一种务实且面向应用的方式介绍： FORTRAN 77 的历史背景与现代意义： 简要介绍 FORTRAN 语言的演进，以及 FORTRAN 77 在特定应用场景下为何依然具有生命力，例如其在数值稳定性、内存管理方面的优势。 程序结构与基本元素： 讲解 FORTRAN 77 程序的构成，包括语句、关键字、注释、标识符等。强调代码的可读性与规范性，为后续编写高质量代码奠定基础。 数据类型与变量： 详细介绍 FORTRAN 77 支持的各种数据类型，如整型 (INTEGER)、实型 (REAL)、双精度实型 (DOUBLE PRECISION)、复型 (COMPLEX) 和字符型 (CHARACTER)。深入探讨它们在存储、精度和适用范围上的差异，并给出选择恰当数据类型的指导，这是影响计算精度和效率的关键。 常量与参数： 学习如何定义和使用常量，以及 FORTRAN 77 中的参数传递机制，理解其在提高代码灵活性和效率方面的作用。 运算符与表达式： 讲解算术运算符、关系运算符、逻辑运算符，以及它们如何组合成复杂的表达式。重点分析表达式的求值顺序和类型转换，避免潜在的计算错误。 控制流语句： 顺序结构： 介绍 FORTRAN 77 中语句的顺序执行。 选择结构： 详细讲解 `IF`、`THEN`、`ELSE`、`END IF` 语句，以及 `GO TO`、`CONTINUE` 语句在构建条件分支中的应用。虽然 `GO TO` 在现代编程中常被视为“不良实践”，但在 FORTRAN 77 的特定上下文和某些数值算法实现中，理解其用法和局限性仍有必要，本书会着重强调如何避免滥用。 循环结构： 深入讲解 `DO` 循环，包括带计数器、带结束标志（`DO WHILE` 的变体）等形式。讲解循环的嵌套，以及如何有效地控制循环的迭代次数和退出条件。 输入/输出操作： 学习使用 `READ` 和 `WRITE`（或 `PRINT`）语句进行标准输入输出，包括格式化输入输出。强调如何设计友好的用户交互界面，以及如何高效地处理文件输入输出，这是数据处理和结果展示的基础。 子程序 (Subroutines) 与函数 (Functions)： 讲解 FORTRAN 77 中过程（Subroutines 和 Functions）的概念，包括参数传递（按值传递和按引用传递），以及如何通过模块化设计来分解复杂问题，提高代码的可重用性和可维护性。重点分析子程序与函数的区别及适用场景。 第二部分： FORTRAN 77 在工程与科学计算中的高级应用 在掌握了语言基础后，本部分将把焦点转移到 FORTRAN 77 在实际工程与科学问题中的应用，通过具体的案例和技巧，展现 FORTRAN 77 的强大之处。 数组 (Arrays) 的高效利用： 一维、二维及多维数组： 讲解数组的声明、初始化和访问。 数组切片 (Array Slicing) 与向量化操作： 介绍 FORTRAN 77 中强大的数组处理能力，以及如何利用向量化操作显著提高计算效率，这是 FORTRAN 77 相较于某些其他语言的一大优势。 数组作为子程序参数： 深入讲解如何传递数组给子程序，并处理数组的维度问题。 字符串处理与文本数据分析： 尽管 FORTRAN 77 以数值计算闻名，但其在处理文本数据方面也提供了基本但实用的功能，例如字符串的连接、子串提取、比较等。本书将展示如何利用这些功能进行简单的数据预处理和分析。 文件 I/O 的深入实践： 顺序文件与记录文件： 学习如何读写不同类型的文件。 二进⽂件 (Binary Files) 的读写： 讲解如何高效读写二进⽂件，以减小文件⼤⼩和提高读写速度，这对于处理⼤规模科学数据至关重要。 错误处理与文件状态检查： 强调在文件操作中加入错误处理机制，提高程序的健壮性。 数值分析基础： 数值精度与舍入误差： 深入探讨浮点数的表示及其带来的精度问题，以及在数值计算中如何尽量减小误差。 插值与逼近： 通过 FORTRAN 77 程序实现常见的插值算法，如线性插值、多项式插值。 数值积分： 讲解梯形法则、辛普森法则等数值积分方法，并给出 FORTRAN 77 的实现。 方程求解： 实现牛顿-拉夫逊法、二分法等求解非线性方程组的方法。 科学计算算法实例： 矩阵运算： 实现矩阵的加减、乘法、转置、求逆等基本运算。讲解 LU 分解、高斯消元法等求解线性方程组的高级方法。 求解常微分方程 (ODE)： 实现欧拉法、改进欧拉法、龙格-库塔法等求解 ODE 的常用算法。 傅里叶变换 (FFT) 的基础概念与应用： 介绍离散傅里叶变换 (DFT) 的原理，并指导读者如何利用现有的 FORTRAN 库或自行实现基础的 FFT 算法，用于信号处理和数据分析。 FORTRAN 77 与外部库的集成： 调用数学库： 介绍如何调用标准数学库（如 BLAS、LAPACK 的部分功能）来执行高效的线性代数运算，这是科学计算的关键。 与 C/C++ 等语言的接口： 探讨如何通过接口（例如通过 Fortran 的 `ISO_C_BINDING` 模块）实现 FORTRAN 77 与 C/C++ 的互操作，以便利用 C/C++ 的库或工具。 性能优化技巧： 循环优化： 介绍如何通过展开循环、调整循环顺序、减少计算量等方式优化循环性能。 内存访问模式： 讲解 FORTRAN 77 中数据在内存中的存储方式，以及如何通过优化内存访问模式来提升性能。 编译器选项与优化级别： 指导读者如何利用编译器的优化选项来生成更高效的机器码。 程序调试与维护： 调试工具介绍： 讲解常用的 FORTRAN 调试器（如 GDB）的使用技巧。 编写可调试代码的原则： 强调添加有意义的输出、使用断点、单步执行等方法。 代码注释与文档化： 强调良好的注释和文档化对于代码的可维护性至关重要。 第三部分： FORTRAN 77 在特定工程与科学领域的案例研究 本部分将通过一系列具有代表性的工程与科学案例，展示 FORTRAN 77 的实际应用价值，帮助读者理解理论知识如何转化为解决实际问题的方案。 案例一：结构工程中的有限元分析入门 讲解如何使用 FORTRAN 77 实现简单的二维梁或桁架的有限元分析。 重点关注单元分析、整体刚度矩阵的组装、载荷向量的构建以及求解线性方程组。 案例二：流体力学中的简单流动模拟 介绍如何使用 FORTRAN 77 实现简单二维边界层方程的数值求解，或 Burgers 方程等守方程的数值离散。 演示如何处理网格生成、时间步进和边界条件。 案例三：气象与环境模拟的数据处理 展示如何使用 FORTRAN 77 读取、处理和分析大型气象数据集，如温度、湿度、风速等。 讲解如何进行数据可视化前的预处理，例如计算统计量、数据平滑等。 案例四：物理学中的粒子轨迹模拟 通过 FORTRAN 77 实现带电粒子在电磁场中的运动轨迹模拟。 讲解如何处理随时间变化的力，以及如何积分运动方程。 案例五：数值化学中的反应动力学模拟 介绍如何使用 FORTRAN 77 求解化学反应速率方程组，模拟反应物浓度随时间的变化。 强调数值稳定性在处理快慢反应耦合问题中的重要性。 学习本书将使您能够： 掌握 FORTRAN 77 的核心编程范式，并深刻理解其在数值计算领域的强大优势。 能够独立编写、调试和优化 FORTRAN 77 程序，以解决复杂的工程与科学计算问题。 深刻理解数值分析的基本原理，并能够将其应用于实际问题的建模与求解。 有效地处理和分析大规模科学数据，并为进一步的计算分析奠定基础。 提升您在高性能计算环境下的编程能力，为科研与工程项目的高效运行提供支持。 对现代科学计算工具和库的底层实现有更深入的认识，从而更好地利用它们。 结语： 在快速发展的技术浪潮中，FORTRAN 77 凭借其无可比拟的计算效率和在科学计算领域的深厚积淀，依然是许多前沿工程与科学研究不可或缺的工具。本书的目标是赋予您驾驭这一强大语言的能力，使其成为您解决复杂挑战、推动科学发现的得力助手。通过本书的学习，您将不仅掌握一门编程语言，更将获得一种严谨的计算思维方式，为您的工程与科学事业注入新的活力。

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