Fortran95第5章准备数据.docx

第5章 准备数据 从本章开始，我们将赋予语言实质性的语义，也就是规定上章所描述的语言的每一个细节所具有的涵义。这种涵义与其说是我们对于一种语言细节的定义，不如说是算法的要求，要求语言具有足够多的细节，用来表达在算法当中有可能出现的精细情节。 对于任何的问题，站在计算机的角度来看，总是可以把它抽象为如下图所示的结构： 输入数据 计算过程 输出数据 因此要准备通过计算来解决一个问题，首先要作到的是把该问题所涉及到的数据整理好，也就是列出所有的数据，然后根据数据的数学属性进行分类，这个分类的过程就是对数据施加足够的标记的过程，将来把这些数据输入到计算机，计算机将能够依据这些标记，辨识出数据所应该具有的数学属性，从而施加相应的合法数学运算。 所以作为向计算机描述计算问题的FORTRAN语言，它首先要作到的是约定如何给数据施加足够详细的标记。 对这个标记过程的第一个要求是保证准确性，也就是说这个语言的标记系统必须正确地反映真实世界的问题里面，数据所具有的数学属性，因此这个标记系统必然是与数据的数学分类结构保持一致的。 从数学的观点来看，世界上的所有数据，总是可以被表示为整数，实数，复数等等基本的数据种类，因此本章的内容就是讨论： ●??? FORTRAN语言如何把数据归结为一些基本数据类型； ●??? 然后为了足够详尽地描述每一个数据类型的属性，FORTRAN是如何施加相应的标记的； ●??? FORTRAN语言对于这些标记(语法形式)所约定的语义是什么。 然后我们就可以知道，要想用FORTRAN来描述一个问题的算法，并进而以问题算法的FORTRAN语言版本为媒介，通过计算机来得到计算结果，第一个步骤，就是准备好数据的FORTRAN描述。 5.1? 数据是什么 在上一章里，据称计算机能够使用语言，而且是非常类似于人类的语言，至少从形式上看很象，这难免会令某些人(特别是看过KUBRICK的影片《2001: A Space Odyssey》的观众们)感到恐惧：) 别怕！且先不讨论FORTRAN作为语言是否具有与人类语言等价的表达能力，至少从自然语言的语义学的角度来看，FORTRAN说出来的话其实是绝对空洞的，因为FORTRAN语言的全部语义基础就只是数据，而数据对机器而言，只是意味着经过编码的符号。 一台计算机其实是由以下6个部分组成： ●??? 数据------也就是基本数据元素以及数据结构； ●??? 基本操作------也就是一个对上述数据进行操作的基本操作集； ●??? 顺序控制------也就是一个控制针对数据的基本操作执行的时间顺序的机制； ●??? 数据存取------也就是一个如何给操作提供数据的机制； ●??? 存储管理------也就是一个数据存储分配机制； ●??? 操作环境------也就是一个支持程序和外部环境进行数据通讯的机制。 因此一台计算机 ●??? 在程序的使用者看来，就是给它输入数据，它再给你加工过的结果数据； ●??? 在程序的编制者看来，就是把对数据的处理过程表示为计算机有限的一系列基本操作(指令)的集合，使得计算机能够处理相应的数据； 因此，计算机的一切可以说都是围绕着数据----如何表达数据，如何处理数据。而计算机语言所要具备的两个部分的功能，首先就是完备的描述数据的性质，然后就是描述数据的处理过程。 那么，什么是数据呢？ ●??? 数据就是符号化了的信息！ 对于计算机来说，任何信息都只有表示为符号，才能被认可；反过来说，计算机只能输入符号，而不会也不能理解符号的含义，它的能力只是体现在按照既定规则来处理符号。 然后，就是给出数据的表示，即如何用符号来明确而无歧义地表达数据。 要使得符号具备数据的含义，需要经过这么几个步骤： ●??? 处理符号的第一步：给符号分类，并给出描述符号性质的方法。 这个分类是人作为设计者给符号规定语义的第一步，因为对于人来说，数据不能只是符号，而是具有来自真实世界的语义，设计者正是根据符号的这种语义，制定相应的处理符号的规则，而计算机要想能够正确地处理符号，基本的前提，就是每当引入一个数据，都得由人向机器声明这个数据是什么类型，这个数据具备什么性质，而且假设计算机已经被引入处理该种数据类型的规则。 ●??? 处理符号的第二步：区分常量与变量。 这一对范畴反映了最基本的人类抽象能力，也正是人类思维的基本模式。要想让机器模拟这种能力，最简单的做法就是：任何时候都必须首先声明，哪些符号表示常量，哪些符号表示变量，而变量相应的取值范围必须规定好，也就是说必须描述其取值为具有何种属性的常量值的集合；或至少已经被机器默认。 ●??? 处理符号的第三步：给每一类数据规定相应的合法运算。 对于一种数据可以执行什么样的运算，来自于语言设计者对数据语义的规定，只有当运算被表示为相应的机