Инструкция по работе в Plato IDE Studio

Среда разработки программ Plato IDE Studio для обучения Fortran. Студия Plato IDE снабжена текстовым редактором, компиляторами, сборщиком, отладчиком. Работа начинается с создания проекта:

- создайте папку d:/PROJ для хранения проектов;

- в папке проектов d:/PROJ создайте папку myProj под новый проект;

- в одной папке может быть лишь один проект.

Создайте новый проект в каталоге с именем myProj
File|New Project|Fortran Application:

- задайте снизу имяпроекта в поле Name;

- через < Browse> выберите место Location для размещения проекта myProj в папке d:/PROJ и нажмите кнопку < Open >, чтобы создать проект.

Варианты включения программы в состав проекта:

1) создать новый текст программы Lab.f90 в Plato IDE Studio и включить в проект по правой кнопке мыши;

2) включить в проект ранее написанную программу labac.f90 через меню Source Files | Add existing item ==> выбрать labac.f90.

Создание нового текста программы Lab.f90 по правой кнопкой мыши в
Project Explorer пункт Source Files | New Item:

- задайте снизу имяпрограммы в поле Name;

- через < Browse> выберите место Location для размещения программы lab.f90 в папке d:/PROJ / myProj и нажмите кнопку Open, чтобы создать программу;

- набрать новый текст программы;

- щелкнуть по правой кнопке мыши – и по кнопке Compile выполнить компиляцию.

 

Удобно помимо программы включать в проект следующие тексты:

- исходные данные через меню Source Files|Add existing item
==> выбрать myProject/in.txt, тогда при выполнении программы данные будут читаться из файла в текущем каталоге проекта с именем, указанным в операторе open;

- текст результатов – под именем, указанным в операторе open.

Все тексты, кроме программы, именуйте, используя расширение txt, чтобы они были доступны в любом текстовом редакторе. Тексты программы и результатов составят распечатку для отчета.

Вызов – ярлычок Plato IDE. Чтобы закончить работу с программой и сохранить всю информацию, достаточно закрыть приложение, щелкнув по крестику в верхнем правом углу окна приложения. При повторном входе надо загрузить последний проект.

Варианты создания приложения – переключатель Debug | Release:

- Debug – отладочный вариант приложения, выполнение <F7>;

- Release – чистовой вариант приложения, выполнение <Ctrl>+<F5>.

Варианты запуска программы на выполнение:

- Step Info, отладка в пошаговом режиме, после коррекции программы щелкните по клавише <F7>, чтобы скомпилировать, скомпоновать и выполнить программу в отладочном режиме, в отдельном окне;

- Start run, или, что то же самое <Ctrl>+<F5>, чтобы запустить программу без отладки, в чистовом варианте;

Дополнительные возможности по отладке программы:

- <F6> – Continue, продолжить программу;

- <F7> – Step Info, пошаговая отладка,

- <F8> – Step Over, пошагово, не «ныряя» в процедуры,

- <Ctrl>+<F10> – Goto Cursor, идти в отладке до места, указанного курсором,

- чередуя <F7>, <F8>, <Ctrl>+<F10> при «хитрой» отладке,

- отладочный вариант приложения (Debug) работает под Windows-Vista и Windows-7.

 

Лабораторные работы

Вычисления по формулам

Задание

Составить программу, которая:

1. вычисляет значения двух эквивалентных пар числовых формул
y₁ ~ y₂ и z₁ ~ z₂, с указанными в варианте индивидуального задания значениями исходных данных.

2. выводит в файл out.txt исходные данные и результаты вычислений.

Примечания:

a) математически две числовые формулы эквивалентны, если для всех возможных значений переменных их значения равны;

b) эквивалентными на компьютере будем считать значения, совпадающие до 6-7 десятичного знака с одинарной точностью real;

c) функции в формулах задания нельзя заменять другими, кроме тех, которых нет среди встроенных функций, как sec x;

d) формулы задания нельзя упрощать, но рекомендуется вводить вспомогательные (промежуточные) переменные.

Содержание отчета

1. Название работы и номер варианта индивидуального задания.

2. Фамилия, имя, отчество и номер группы студента.

3. Текст задания, формулы в том виде, как они приведены в варианте индивидуального задания.

4. Области допустимых значений (ОДЗ) переменных для y₁, y₂.

5. Математические формулы для промежуточных переменных (если они используются в программе).

6. Распечатки текста программы и результатов работы программы с тремя комплектами исходных данных.

При подготовке к защите ответить на контрольные вопросы.

Справочная информация

1. Порядок выполнения операций в соответствии их старшинством (приоритетом) показан в Табл.1.

Таблица 1.

Порядок выполнения операций в соответствии их старшинством

Операции	Знаки операций	Старшинство
Вычисление функций	Ссылки на функции
Возведение в степень	**
Умножение, деление	*, /
Сложение, вычитание	+, –

Примечание: порядок выполнения операций изменяют скобки (круглые).

2. Реализация некоторых математических выражений средствами Фортрана показана в Табл. 2; х - вещественный аргумент Sqrt (x) и тригонометрических функций.

Таблица 2.

Реализация некоторых математических выражений средствами Фортрана

В формуле	В Фортране		В формуле	В Фортране		В формуле	В Фортране
sin х	Sin(x)	Tg х	Tan(x)		Sqrt(2.)
cos х	Cos(x)	Ctg х	Cotan(x)		при х >0 Sqrt(x)
при х <0Sqrt(cmplx(x))
sec х	1/Сos(х)	arcsin x	Аsin(x)		при х >0 x**(1./n)
│b│	Abs(b)	π	2*Аsin(1.)	при х <0 и n нечетн. -(-x)**(1./n)
при х <0 и n четном cmplx(x)**(1./n)

 

3. Тип результата числовой операции (целочисленный или вещественный) выбирается автоматически по типу операндов, особо важно понимание этого механизма для операции деления:

a) если операнды целые, в результате взятия целой части частного получается целое число (для 7/4 => 1);

b) если операнды вещественные, в результате получается вещественное число (для 7./4. => 1.75);

c) если операнды разных типов, например, целого и вещественного, перед выполнением операции они приводятся к типу, который соответствует наиболее широкому классу (диапазону) чисел (для 7./4 => 7./4. – к вещественным числам); затем выполняется операция для этого типа с соответствующим результатом:
(7./4 => 7./4. => 1.75).

4. Выполнение операции a**b – возведения в степень a^b зависит от типа показателя b:

a) для integer b выполняется b -кратное умножение основания a;

b) для вещественного значения b при a >0 .

Внимание! Отрицательное основание не возводят в вещественную степень.

Комментарии к заданию

1. Имена переменных предпочтительно выбирать со смыслом (например, длина окружности С=2pR: Circle=2*Pi*Radius).

2. Громоздкие формулы рекомендуется упрощать, вводя промежуточные переменные для частей формулы: повторяющиеся части формулы, числители и знаменатели дробей и так далее.

3. Восстановив формулу по выражению в программе, найдете ошибки.

4. Типичные ошибки в арифметических выражениях – см. раздел 8.3.

Пример

Исходное значение аргумента из ОДЗ: x=3.3

Область допустимых значений (ОДЗ)

x > 3

Промежуточные переменные

Повторяющаяся часть формулы:

Знаменатель формулы y₁:

Программа

Program Formula! тема: вычисления по формулам

! студент (фамилия, имя) группа № работа № вариант №

Implicit None! переменные должны быть объявлены без умолчаний

Real::x=3.3,y1,y2,yd,s1! [pro1] инициализация переменной x (из задания)
! <== потом z1, z2 - объявить здесь же

Open (6,file=’result.txt’)! закомментировать «open» - вывод на экран

![pro2] диалог по консоли: пригласить Write(*,*)’х=?’ читать Read(*,*)x

![pro3] Open(1,file=’input.txt’) – для чтения x из файла №1 Read(1,*) x

Write (6,*) ’at х=’,x

s1 = Sqrt (x**2-9)! повторяющаяся часть формулы

yd = x**2 - 2*x - 3 + (x-1)*s1! знаменатель y1

y1 = (x**2 + 2*x - 3 + (x+1)*s1) / yd

Write (6,*) ’y1=’, y1

y2 = Sqrt (x+3) / Sqrt (x-3)

Write (6,*)’y2=’, y2

! OK: в y1 и y2совпали 6 – 7 значащих цифр

End Program Formula! <== далее – добавить вычисление z1,z2

Последовательность работы над программой

Проект [pro1] с Real:: x=3.3 приведен в программе, а [pro2], [pro3], показаны комментариями.

Составить три проекта:

- [pro1] - предъявить на ПК;

- [pro2] - предъявить на ПК с данными, введенными в диалоге;

- [pro3] - распечатать проект с данными из файла (3 комплекта чисел);

Определить область допустимых значений (ОДЗ) исходных данных. Отладить программу с данными, указанными в задании [pro1].

[pro1] Отладка завершена, если в y1 и y2 совпали 6 - 7 цифр.

[pro2] Организовать диалог по вводу исходных данных:

a) пригласить к вводу данных Write(*,*) ’x>3 x=?’

b) добавить в программу ввод данных с консоли Read(*,*) x

c) вычислить и вывести результирующие значения y1 и y2.

[pro3] Взять данные из ОДЗ, подготовив файл in.txt:

a) открыть файл in.txt для чтения данных Open(1,file=’in.txt’);

b) используя цикл, ввести данные и получить 3 комплекта ответов

do k=1,3

- ввести один комплект данных из файла in.txt;

- вычислить y1 и y2, z1 и z2;

- вывести результаты с указанием имен переменных;

Enddo

Контрольные вопросы к защите работы

1. Что называется программой на алгоритмическом языке?

а) файл на диске; б) файл, внутри которого есть слово program;

в) дайте свой развернутый вариант ответа.

Примечание. Вы просматриваете на экране текстовый файл. Можете ли Вы утверждать, что это файл с программой?

2. Вы работаете с компилятором, опишите что должно обязательно присутствовать в имени файла с программой на Фортране 90:

а) хотя бы одна буква; б) слово fortran; в) свой вариант ответа – приведите примеры имен файлов с программами на Фортране 90.

3. Как записать комментарий в программе?

а) начать его с красной строки; б) начать его с «//»; в) дайте свой вариант ответа. Приведите примеры комментариев.

4. Какие числовые типы данных используют в Фортране? Приведите примеры числовых констант.

5. Можно ли вещественную константу 6420 записать на Фортране без десятичной точки? Если можно, то как это сделать?

6. Как записать на Фортране комплексное число 19+4i?

7. Какие имена переменных в программе записаны верно, а какие нет?

а) F1 б) Y(X) в) X_1 г) Б5 д) Z.8 е) 3J ж) β4

8. Как правильно вызвать функцию sinx?

а) sinX б) sin x в) sin(x)

9. Определите значение переменной M в результате вычисления:

Integer:: N=1, M; M = 1/((2*N+1)*(2*N+2))

10. В каком порядке выполняются операции в числовом выражении?

а) со скобками; б) без скобок. Разъясните оба случая.

11. Определите значение переменной В в результате вычисления:

real:: А=2.0, B; B = -A**2

12. Исправьте ошибки:

a) записан как sqrt (4);

b) вещественный корень записан как sqrt (4,0);

c) комплексный корень записан как sqrt (-4);

d) комплексный корень записан как sqrt (-4.0);

e) комплексный корень записан как sqrt (-4,0).

13. Отрицательное число не возводят в вещественную степень, почему?

14. Записать в Фортране известные величины – дюжина, число π, число e, скорость света c = 3.10⁸:

а) в виде констант; б) как значения, точные для компьютера.

15. Определите значения переменных В и C в результате вычисления:

real:: А=2.0, B,C; B = 1/2*A; C = 1/(2*A)

16. Как формулу записать в Фортране?

Указание. Правильность ответов на вопросы: (9), (11), (15), (16) проверьте на компьютере.

Пример контрольного задания

1. Расположите константы в порядке возрастания (представить в одинаковой форме): 24.0; 2.4Е+2; 0.24Е-3

2. b =4.0 – вещественная переменная. Что получим в результате вычисления: 1/2*b; 1/(2*b); b**(1/2); 1/b*2.

3. Формула была записана как x**1/5 –исправьте ошибки.

4. Запишите на Фортране формулу

5. Чему будут равны значения переменных m, n, k, c, c1 после выполнения программы? В ответах учесть тип переменных.

integer:: m, n, k; real:: a=7.2, b=1.8, c, c1

m=a; n=b; k=a/b+b; c = a/b+b; c1 = m/n+b

 

Таблица 3.

Варианты индивидуальных заданий «Формулы»

№	Данные	Формулы
	a =8.6 b =1.3 c =3.3 a=0.75	; ; ;
	a =3.5 b =-2.1 a=0.1	; ; ;
	a =3.5 b =0.72 a=0.62	; ; ;
	a =4.3 a=0.43	; ; ;
	m =0.4 n =2.1 a=0.43	; ; ;
	a =15.1 a=1.23	; ; ;
	a =12.3 a=0.43	; ; ;
	x =3.2, y =0.8 a=0.81	; ; ;
	x =1.4 y =2.8 a=0.66 b=0.82	; ; ;
	a= 2.3 a=0.75	; ; ;
	a =0.7 x =0.44 y =0.82	; ; ;
	a =5.1 a=0.1	; ; ;
	a =5.3 b =2.1 a=0.75	; ; ;
	a =1.7 b =2.8 a=0.22	; ; ;
	m =1.8 a=0.43 b=0.58	; ; ;
	x =5.3 a=0.3 b=0.1	; ; ;
	b =4.8 a=0.23	; ; ;
	x1 =2.8 x2 =4.8 a=0.97	; при x £4 y1 ~ y2 ; при x>4 y1 ~ y3 ; ;
	x =1.4 y=2.8 a=0.5 b=0.34	; ; ;
	a =5.1 a=0.3	; ; ;
	x =0.3 a=0.77	; ; ;
	a =12.3 a=0.24	; ; ;
	a =2.3 b =1.89 a=0.23	; ; ;
	b =3.8 a=0.28	; ; ;
	p =0.7 a=0.54	; ; ;
	m1 =0.47 m2 =2.47 a=0.1	; при m £ 1.5 y1 ~ y2 ; при m > 1.5 y1 ~ y3 ;   ;
	x =4.3 a=1.23	; ; ;
	m =2.3 a=0.23 b=1.2	; ; ;
	a =6.3 a=0.1 b=0.7	; ; ;
	m1 =0.65 m2 =1.65 a=1.43	при m>1 y1 ~ y2 ; при m £1 y1 ~ y3   ;

Ветвления If и циклы Do

Задание

Заштрихованная часть рисунка в дальнейшем называется областью. Задача состоит в проверке попадания точек (x,y) в заданную область.

Задание содержит рисунок, состоящий из геометрических фигур.

1. Написать программу, которая:

a) для точек каждой контурной линии рисунка составляет таблицу соответствия координат в файлах с расширением .txt;

b) генерирует точки в прямоугольнике, перекрывающем рисунок на 10-20% с каждой стороны, и записывает координаты этих точек в один из двух файлов в зависимости от их нахождения в области.

2. Для графической интерпретации результатов использовать программу Agrapher.