Fortran編程課程

實體編程教學課程內容

課程簡介

本課程為初學者設計，旨在於三小時內建立學員對 Fortran 編程語言的基礎理解與實作能力。Fortran（FORmula TRANslation）是歷史悠久且仍被廣泛應用於科學運算、工程模擬、氣象分析、人工智慧數值建模等高效計算領域的語言。

課程將介紹 Fortran 語言的核心特性與現代編譯環境（如 Fortran 90/95），帶領學員了解數值運算結構、迴圈控制、陣列運用與副程式設計。透過範例實作，學員可快速掌握 Fortran 的程式邏輯與運算表達，並能撰寫簡單的數據計算程式，為後續科研開發或工程模擬奠定基礎。

課程目標

1. 理解 Fortran 語言的特點、應用範疇及版本演進（Fortran 77/90/95）。

2. 建立基本編程概念：變數、資料型態、流程控制與輸入輸出。

3. 熟悉陣列與數值計算的操作方法。

4. 能撰寫簡單的 Fortran 程式執行運算與資料輸出。

5. 為進階工程計算、科學模擬或高效能運算課程打好基礎。

授課對象

• 對工程運算、物理建模或科研計算有興趣的初學者。

• 科學、數學、工程、氣象、統計或相關學系學生。

• 希望理解高效數值語言邏輯的研究人員或技術員。

• 欲從事科研模擬、數據分析或高效能運算（HPC）工作的初階學員。

課程大綱

第一部分：Fortran 基礎與開發環境（約 45 分鐘）

• Fortran 語言特色與歷史沿革。

• 常見版本差異（Fortran 77 / 90 / 95 / 2003）。

• 開發與編譯環境介紹（Windows / Linux / macOS）。

• Fortran 程式架構說明：PROGRAM、IMPLICIT、END PROGRAM。

• 實作練習：撰寫第一個 Fortran 程式「Hello World」。

第二部分：變數、運算與流程控制（約 60 分鐘）

• 基礎資料型態：INTEGER、REAL、DOUBLE PRECISION、CHARACTER、LOGICAL。

• 變數宣告、賦值與常數定義。

• 運算子與數學運算應用。

• 條件判斷：IF、ELSE IF、ELSE、SELECT CASE。

• 迴圈控制：DO、DO WHILE、EXIT、CYCLE。

• 實作範例：計算數列總和與條件運算程式。

第三部分：陣列與副程式應用（約 45 分鐘）

• 一維與多維陣列宣告與初始化。

• 迭代運算與內建函式（MAXVAL、SUM、MATMUL）。

• Subroutine 與 Function 的定義與呼叫方式。

• 引數傳遞（Call by value / Call by reference）。

• 實作練習：計算矩陣加總與平均的副程式設計。

第四部分：輸入輸出與檔案操作（約 30 分鐘）

• 基本輸入輸出：READ、WRITE、PRINT。

• 格式化輸出（FORMAT、I/O 控制敘述）。

• 檔案讀寫操作（OPEN、CLOSE、READ、WRITE）。

• 實作範例：從檔案讀取數據並輸出運算結果。

• 延伸討論：Fortran 在 HPC、AI 模擬與數值分析中的持續應用價值。

課程特色

• 三小時濃縮 Fortran 核心知識與實作技巧。

• 理論與範例交錯，適合無背景或轉換語言的學員。

• 強調邏輯運算思維與數學應用基礎。

• 完成後可銜接進階課程，如數值方法、Parallel Fortran（OpenMP/MPI）與高效能運算應用。