۲۸
اردیبهشت

جلسه ۱۲ : آرایه ها در فرترن

دسته‌بندی‌ها :

جزئیات
نوع محتواآموزشی

فهرست

مقدمه

با عرض سلام و وقت بخیر خدمت کاربران سایت پی وی لرن ، در این پست آموزشی دوره فرترن به بررسی آرایه ها در فرترن خواهیم پرداخت.آرایه ها در فرترن مجموعه ای از عناصر هم نوع است. تمام آرایه ها شامل مکان های حافظه مجاور نیز می باشد. پایین ترین آدرس مربوط به اولین عنصر و بالاترین آدرس به آخرین عنصر مربوط است. انتقال آرایه به رویه در فرترن ، فراخوانی آرایه ها در فرترن و توابع ذاتی آرایه در فرترن از جمله مباحثی است که به آن اشاره می شود.

یک آرایه برای ذخیره مجموعه ای از داده ها استفاده می شود،گاهی وقتها لازم است که یک سری از داده هم نوع را دریافت کرده و بروی آنها عملیات خاصی را مثل مقایسه یا مرتب کردن و … را انجام دهیم.

لذا باید آنها را بگونه ای خاص در کنار یکدیگر قرار دهیم که این مسئله در برنامه نویسی را با استفاده از آرایه ها حل خواهیم کرد .

…

عدد چهارم

عدد سوم

عدد دوم

عدد اول

آرایه ها در فرترن می توانند یک بعدی (مثل بردار)، دو بعدی (مثل ماتریس ها) باشند.

Fortran به شما اجازه می دهد تا آرایه های ۷ بعدی را ایجاد کنید.

فراخوانی آرایه ها در فرترن

آرایه ها با ابعاد بعدی شان فراخوانی می شوند.

برای مثال، برای فراخوانی یک آرایه یک بعدی numbers ، که شامل اعداد حقیقی حاوی ۵ عنصر است، شما می نویسید :

مثال :

real, dimension(5) :: numbers

1	real, dimension(5) :: numbers

دسترسی به هريک از اجزائ آرايه ها با استفاده از انديسهای آن صورت می گيرد.

البته دستوراتی در فرترن ۹۰ وجود دارد که کار با آرايه ها را سريعتر و کارآمدتر کرده است و در صورتی که چنين دستوراتی وجود داشته باشد، از آنها استفاده کنيد. مخصوصاً اگر برای استفاده از کامپيوترهای چند پردازنده ای برنامه نويسی می کنيد.عناصر فردی آرایه ها با مشخص کردن اندیس های آنها ارجاع داده می شوند.

اولین عنصر یک آرایه دارای یک اندیس است.

آرایه numbers شامل پنج متغیر واقعی : اعداد (۱)، اعداد (۲)، اعداد (۳)، اعداد (۴) و اعداد (۵) می باشد.

برای ایجاد یک آرایه دو بعدی ۵ * ۵ از اعداد صحیح به نام matrix، شما می نویسید :

مثال :

integer, dimension (5,5) :: matrix

1	integer, dimension (5,5) :: matrix

شما همچنین می توانید آرایه را با برخی از محدودیت های صریح اعلان کنید، مثلا :

مثال :

real, dimension(2:6) :: numbers
integer, dimension (-3:2,0:4) :: matrix

1 2	real, dimension(2:6) :: numbers integer, dimension (-3:2,0:4) :: matrix

اختصاص مقادیر

شما می توانید مقادیر را به اعضای فرد اختصاص دهید، مانند :

مثال :

numbers(1) = 2.0

1	numbers(1) = 2.0

همچنین می توانید از حلقه نیز استفاده کنید :

مثال :

do i  =1,5
   numbers(i) = i * 2.0
end do

do i =1,5

numbers(i) = i * 2.0

end do

عناصر آرایه ی یک بعدی می توانند به طور مستقیم مقادیر را با استفاده از نماد short hand اختصاص دهند، این عمل سازنده آرایه نامیده می شود، مانند :

مثال :

numbers = (/1.5, 3.2,4.5,0.9,7.2 /)

1	numbers = (/1.5, 3.2,4.5,0.9,7.2 /)

لطفا توجه داشته باشید که فضاهای خالی بین براکت و بک اسلش وجود نداشته باشد.
مثال زیر مفاهیم مورد بحث در بالا را نشان می دهد :

مثال :

program arrayProg

   real :: numbers(5) !one dimensional integer array
   integer :: matrix(3,3), i , j !two dimensional real array
   
   !assigning some values to the array numbers
   do i=1,5
      numbers(i) = i * 2.0
   end do
   
   !display the values
   do i = 1, 5
      Print *, numbers(i)
   end do
   
   !assigning some values to the array matrix
   do i=1,3
      do j = 1, 3
         matrix(i, j) = i+j
      end do
   end do
   
   !display the values
   do i=1,3
      do j = 1, 3
         Print *, matrix(i,j)
      end do
   end do
   
   !short hand assignment
   numbers = (/1.5, 3.2,4.5,0.9,7.2 /)
   
   !display the values
   do i = 1, 5
      Print *, numbers(i)
   end do
   
end program arrayProg

program arrayProg

real :: numbers(5) !one dimensional integer array

integer :: matrix(3,3), i , j !two dimensional real array

!assigning some values to the array numbers

do i=1,5

numbers(i) = i * 2.0

end do

!display the values

do i = 1, 5

Print *, numbers(i)

end do

!assigning some values to the array matrix

do i=1,3

do j = 1, 3

matrix(i, j) = i+j

end do

!display the values

do i=1,3

do j = 1, 3

Print *, matrix(i,j)

end do

!short hand assignment

numbers = (/1.5, 3.2,4.5,0.9,7.2 /)

!display the values

do i = 1, 5

Print *, numbers(i)

end do

end program arrayProg

بهد از کامپایل و اجرای کد بالا،نتیجه زیر حاصل می شود :

مثال :

 2.00000000    
 4.00000000    
 6.00000000    
 8.00000000    
 10.0000000    
         2
         3
         4
         3
         4
         5
         4
         5
         6
 1.50000000    
 3.20000005    
 4.50000000    
0.899999976    
 7.19999981

2.00000000

4.00000000

6.00000000

8.00000000

10.0000000

1.50000000

3.20000005

4.50000000

0.899999976

7.19999981

ارسال آرايه بعنوان يک پارامتر به تابع

در بیشتر موارد شما می خواهيد که يک آرايه را به يک تابع ارسال کنيد, تنها مشکل عدم اطلاع آرايه از اندازه خودش می باشد. پس بايد آرايه فرستاده شده به تابع دارای اندازه ثابت باشد (array size-fixed)يا بايد اندازه آرايه را هم بعنوان يک پارامتر ديگر به تابع ارسال کنيم تا مبادا از مرزهای آرايه فراتر برويم!

اگر اندازه آرايه مشخص نباشد می توانيم آن آرايه را با آرگومان * برای آخرين پارامتر آرايه (فقط يک بعد از آرايه را می توان به اين شکل تعريف کرد) به تابع ارسال کنيم.

در هر حال بخاطر داشته باشيد که مترجم برنامه از طول آرايه اطلاع نخواهد داشت و شما خودتان بايد مطمئن شويد که فراتر از محدوده اعضاء آرايه نرويد.

برخی از شرایط مرتبط با آرایه

جدول زیر برخی از شرایط مرتبط با آرایه را می دهد :

واژه	معنی
Rank	تعداد ابعاد یک آرایه است. به عنوان مثال، برای آرایه matrix، مقدار Rank برابر۲ است و برای آرایه numbers، رتبه ۱ است.
Extent	تعداد عناصر در امتداد ابعاد است. به عنوان مثال، در آرایه numbers برابر ۵ است و آرایه matrix درهر دو بعد ۳ است.
Shape	شکل یک آرایه یک آرایه عددی یک بعدی است که حاوی تعداد عناصر (محدوده) در هر ابعاد است. به عنوان مثال، در آرایه matrix، مقدار Shape برابر (۳، ۳) و در آرایه numbers مقدارShape برابر (۵).
size	تعداد عناصر یک آرایه است. در آرایه matrixبرابر، ۹ است، و برای آرایه numbers مقدار آن ۵ است.

انتقال آرایه به رویه در فرترن

شما می توانید یک آرایه را به یک رویه به عنوان یک استدلال منتقل کنید.

مثال زیر مفهوم انتقال آرایه به رویه در فرترن را نشان می دهد :

مثال :

program arrayToProcedure      
implicit none      

   integer, dimension (5) :: myArray  
   integer :: i
   
   call fillArray (myArray)      
   call printArray(myArray)
   
end program arrayToProcedure


subroutine fillArray (a)      
implicit none      

   integer, dimension (5), intent (out) :: a
   
   ! local variables     
   integer :: i     
   do i = 1, 5         
      a(i) = i      
   end do  
   
end subroutine fillArray 


subroutine printArray(a)

   integer, dimension (5) :: a  
   integer::i
   
   do i = 1, 5
      Print *, a(i)
   end do
   
end subroutine printArray

program arrayToProcedure

implicit none

integer, dimension (5) :: myArray

integer :: i

call fillArray (myArray)

call printArray(myArray)

end program arrayToProcedure

subroutine fillArray (a)

implicit none

integer, dimension (5), intent (out) :: a

! local variables

integer :: i

do i = 1, 5

a(i) = i

end do

end subroutine fillArray

subroutine printArray(a)

integer, dimension (5) :: a

integer::i

do i = 1, 5

Print *, a(i)

end do

end subroutine printArray

بعد از کامپایل و اجرا خروجی زیرا مشاهده خواهید کرد :

مثال :

در مثال فوق، فرآیند fillArray و printArray زیر را فقط می توان با آرایه هایی با ابعاد ۵ فراخوانی کرد.

با این حال، برای نوشتن دستورالعمل هایی که می توانند برای آرایه های هر اندازه استفاده شوند، می توانید آن را با استفاده از تکنیک زیر بازنویسی کنید :

مثال :

program arrayToProcedure      
implicit  none    

   integer, dimension (10) :: myArray  
   integer :: i
   
   interface 
      subroutine fillArray (a)
         integer, dimension(:), intent (out) :: a 
         integer :: i         
      end subroutine fillArray      

      subroutine printArray (a)
         integer, dimension(:) :: a 
         integer :: i         
      end subroutine printArray   
   end interface 
   
   call fillArray (myArray)      
   call printArray(myArray)
   
end program arrayToProcedure


subroutine fillArray (a)      
implicit none      
   integer,dimension (:), intent (out) :: a      
   
   ! local variables     
   integer :: i, arraySize  
   arraySize = size(a)
   
   do i = 1, arraySize         
      a(i) = i      
   end do  
   
end subroutine fillArray 


subroutine printArray(a)
implicit none

   integer,dimension (:) :: a  
   integer::i, arraySize
   arraySize = size(a)
   
   do i = 1, arraySize
     Print *, a(i)
   end do
   
end subroutine printArray

program arrayToProcedure

implicit none

integer, dimension (10) :: myArray

integer :: i

interface

subroutine fillArray (a)

integer, dimension(:), intent (out) :: a

integer :: i

end subroutine fillArray

subroutine printArray (a)

integer, dimension(:) :: a

integer :: i

end subroutine printArray

end interface

call fillArray (myArray)

call printArray(myArray)

end program arrayToProcedure

subroutine fillArray (a)

implicit none

integer,dimension (:), intent (out) :: a

! local variables

integer :: i, arraySize

arraySize = size(a)

do i = 1, arraySize

a(i) = i

end do

end subroutine fillArray

subroutine printArray(a)

implicit none

integer,dimension (:) :: a

integer::i, arraySize

arraySize = size(a)

do i = 1, arraySize

Print *, a(i)

end do

end subroutine printArray

لطفا توجه داشته باشید که برنامه از اندازه تابع برای اندازه آرایه استفاده می کند.

وقتی کد بالا کامپایل و اجرا می شود، نتیجه زیر را تولید می کند :

مثال :

بخش های آرایه

تا کنون به کل آرایه اشاره شده است، Fortran یک راه آسان برای ارجاع چندین عنصر یا یک بخش از یک آرایه را با استفاده از یک عبارت ساده فراهم می کند.
برای دسترسی به یک بخش آرایه، شما باید برای تمام ابعاد، قسمت پایین و بالای بخش و همچنین قدم (افزایش) را فراهم کنید.

این علامت گذاری subscript triplet نامیده می شود:

مثال :

array ([lower]:[upper][:stride], ...)

1	array ([lower]:[upper][:stride], ...)

وقتی که در حوزه فراخوانی تان مرزهای پایین و بالا وجود نداشته باشند،به طور پیش فرض مقدار گام برابر با ۱ است.مثال زیر این مفهوم را نشان می دهد :

مثال :

program arraySubsection

   real, dimension(10) :: a, b
   integer:: i, asize, bsize
   
   a(1:7) = 5.0 ! a(1) to a(7) assigned 5.0
   a(8:) = 0.0  ! rest are 0.0 
   b(2:10:2) = 3.9
   b(1:9:2) = 2.5
   
   !display
   asize = size(a)
   bsize = size(b)
   
   do i = 1, asize
      Print *, a(i)
   end do
   
   do i = 1, bsize
      Print *, b(i)
   end do
   
end program arraySubsection

program arraySubsection

real, dimension(10) :: a, b

integer:: i, asize, bsize

a(1:7) = 5.0 ! a(1) to a(7) assigned 5.0

a(8:) = 0.0 ! rest are 0.0

b(2:10:2) = 3.9

b(1:9:2) = 2.5

!display

asize = size(a)

bsize = size(b)

do i = 1, asize

Print *, a(i)

end do

do i = 1, bsize

Print *, b(i)

end do

end program arraySubsection

وفتی کد بالا کامپایل و اجرا شود خروجی زیر تولید می شود :

مثال :

5.00000000    
5.00000000    
5.00000000    
5.00000000    
5.00000000    
5.00000000    
5.00000000    
0.00000000E+00
0.00000000E+00
0.00000000E+00
2.50000000    
3.90000010    
2.50000000    
3.90000010    
2.50000000    
3.90000010    
2.50000000    
3.90000010    
2.50000000    
3.90000010

5.00000000

0.00000000E+00

2.50000000

3.90000010

2.50000000

3.90000010

2.50000000

3.90000010

2.50000000

3.90000010

2.50000000

3.90000010

توابع ذاتی آرایه در فرترن

Fortran 90/95 چندین تابع ذاتی را فراهم می کند. به طور کلی توابع ذاتی آرایه در فرترن را می توان به ۷ دسته تقسیم کرد.

Vector and matrix multiplication
Reduction
Inquiry
Construction
Reshape
Manipulation
Location

کلام آخر

يکی از مهمترين ساختارهای داده در برنامه نويسی مهندسی آرايه ها هستند مخصوصاً وقتی با تعداد زيادی عدد در نقاط مختلف کار میکنيم. ساختار آرايه ها مانند انواع ديگر داده ها می باشد فقط تعداد داده ها مشخص می گردد. البته در شرايطی که می خواهيم که تعداد بصورت پویا اختصاص داده شود، تعداد را مشخص نمی کنيم. آموزش انتقال آرایه به رویه در فرترن و توابع ذاتی آرایه در فرترن به پایان رسید، در جلسه به مبحث آرایه های پویا در فرترن می پردازیم. با ما همراه باشید…

به اشتراک بگذارید

دیدگاه کاربران

تعداد دیدگاه : 0

پی وی لرن – آموزش برنامه نویسی و طراحی وب سایت

دوره های آموزشی آکادمی پی وی لرن (پروژه محور و ویژه بازار کار)

جلسه ۱۲ : آرایه ها در فرترن

مقدمه

فراخوانی آرایه ها در فرترن

اختصاص مقادیر

ارسال آرايه بعنوان يک پارامتر به تابع

برخی از شرایط مرتبط با آرایه

واژه

معنی

انتقال آرایه به رویه در فرترن

بخش های آرایه

توابع ذاتی آرایه در فرترن

کلام آخر

لیست مطالب دوره

مطالب ویژه

دسته های اصلی

برگه ها

بلاگ