چکیده:

فرترن در سال ۱۹۵۰ توسط IBM، مخصوص محاسبات عددی گسترش یافت و به مدت نیم قرن است که در زمینه های پیش بینی هواشناسی، آنالیز المان محدود، مکانیک سیالات و .. مورد استفاده قرار می گیرد. در این فرادرس، برنامه نویسی مهندسی با استفاده از زبان فرترن (Fortran) به عنوان بهترین و سریع‌ ترین گزینه برای انجام محاسبات ریاضی، آموزش داده شده است. ابتدا مقدماتی در مورد دلیل استفاده از زبان فرترن بیان خواهد شد و ویژگی های این زبان برنامه نویسی، ذکر خواهند شد.

تاریخچه زبان فرترن:

نرم افزار Fortran، اولین زبان برنامه‌نویسی سطح بالا و جزء پر کاربردترین زبان‌های برنامه‌نویسی دنیا برای کاربردهای عددی است. نرم افزار فرترن در شرکت IBM توسط تیم کوچکی که John Backus رهبری آن را بر عهده داشت، طراحی و ایجاد شد. اولین نسخه نرم افزار فرترن در سال ۱۹۵۷ و به عنوان ابزار برنامه‌نویسی برای IBM 704 منتشر شد. آنها از نام FORTRAN استفاده کردند چرا که یکی از اهداف اصلی طراحی این زبان برنامه‌نویسی، ترجمه فرمول (FORmula TRANslation) بود. نرم افزار Fortran به سرعت در میان برنامه‌نویسان محبوب شد؛ به طوری که در سال ۱۹۶۳ دهها شرکت بر روی توسعه نسخه‌های جدید نرم افزار فرترن مشغول به فعالیت بودند.

در سال ۱۹۶۲ مؤسسه استاندارد ملی آمریکا (ANSI) ، اقدام به استانداردسازی نسخه‌های فرترن کرد که نتیجه آن انتشار اولین نسخه رسمی نرم افزار فرترن، یعنی Fortran ۶۶ (FORTRAN 66)‌ بود. تنها چند سال پس از انتشار فرترن ۶۶، ضعف‌های آن در مقایسه با سایر زبان‌های برنامه‌نویسی مانند C و پاسکال (Pascal) مشخص شد. به این ترتیب کار بر روی نسخه جدید نرم افزار فرترن در سال ۱۹۶۹ آغاز گردید. این فعالیت ۸ سال به طول انجامید؛ اما نتیجه نهایی کار که به عنوان نسخه فرترن ۷۷ (FORTRAN 77) منتشر شد، ارتقای چشمگیری را نشان می‌داد.

از جمله ویژگی‌های اضافه شده به نسخه ۷۷ می‌توان به عبارت شرطی IF نوع داده CHARACTER و عبارت PARAMETER اشاره کرد. فرترن ۷۷ با رقابت سایر زبان‌های برنامه‌نویسی مانند C مواجه شد، که به کاربر اجازه تخصیص حافظه به صورت دینامیک و همچنین تعریف ساختمان‌های داده ناهمگن می‌دادند. در نرم افزار Fortran ۷۷ هیچ یک از این قابلیت‌ها وجود نداشت. به منظور غلبه بر این مشکلات مجدداً کار بر روی ارتقای فرترن شرع شد تا در سال ۱۹۹۱، نسخه FORTRAN 90 منتشر گردید. به همین ترتیب نسخه‌های مختلف نرم افزار Fortran بر اساس نیاز‌های برنامه‌نویسان پدید آمد. بعد از نرم افزار فرترن ۹۰ شاهد انتشار نسخه‌های فرترن ۹۵، فرترن ۲۰۰۳ و فرترن ۲۰۰۸ هستیم که در آنها کتابخانه‌های جدید و کاربردی جهت انجام محاسبات اضافه شده است. لازم به ذکر است که بر خلاف نسخه‌های ابتدایی نرم افزار فرترن، ویژگی شی‌گرایی به نسخه‌های جدید اضافه گردیده است.

چرا فرترن؟

فرترن (FORTRAN) یک زبان برنامه نویسی سطح بالا می باشد که از لحاظ قدمت از قدیمی ترین زبان ها و البته از پیشگامان زبان های سطح بالا است. سهولت برنامه نویسی با این زبان به قدری زیاداست که زبان هایی مانند BASIC را به وسیله ی این زبان پرقدرت نوشتند.

از شاخص های کلیدی نرم افزار فورترن می توان به سادگی برنامه نویسی و امکان انجام برنامه نویسی شی گرا در آن اشاره نمود که باعث گسترش استفاده از نرم افزار فرترن در رشته های مهندسی شده است.

امکان تبدیل فرمول های متفاوت موجود در برنامه ها به کدهای رایانه ای در نرم افزار فرترن، مهیا گردیده است. یکی از تفاوت های نرم افزار فرترن با دیگر نرم افزارهای برنامه نویسی از جمله نرم افزار پاسکال و نرم افزار سی این موضوع است که در نرم افزار فرترن به تعریف متغیر نیازی نمی باشد. زبان برنامه نویسی فرترن را می توان به عنوان یک زبان برنامه نویسی پیشرفته با توانایی فوق العاده در حوزه ی اعداد معرفی نمود و در نسخه های نوین نرم افزار مذکور قابلیت ویژوال راه اندازی گردیده است.

در برخی موارد شاهد آن هستیم که زبان‌های C و C++ در حوزه محاسبات عددی به جای فرترن مورد استفاده قرار می‌گیرند. این امر عمدتاً به آشنا نبودن کاربران، به حوزه برنامه‌نویسی عددی بر می‌گردد. به طور کلی می‌توان گفت فرترن، به طور خاص برای محاسبات عددی طراحی شده است؛ در حالی که زبان‌های C و C++ برای کاربردهای دیگر (برنامه‌نویسی سیستم) پدید آمده‌اند و استفاده از آنها برای برنامه‌نویسی عددی، منجر به کند شدن اجرای برنامه و هدررفت منابع سیستم خواهد شد .

مزایای فرترن چیست و چه کسانی باید از فرترن استفاده کنند؟

مزایا و سهولت های زبان فرترن به گونه ای است که امروزه در بسیاری از نرم افزارها کدهای اجرایی را با این زبان می نویسند. تمامی کسانی که با روش های عددی و محاسباتی و البته کدهای کنترلی سر و کار دارند و نیاز به اجرای هر چه سریعتر برنامه ی خود دارند، بهترین گزینه برای آنها زبان فرترن است. در جوامع مهندسی، برنامه‌نویسی با نرم افزار فرترن همواره از اهمیت ویژه‌ای برخوردار بوده است.تمامی مهندسانی که با نرم افزارهایی مانند ANSYS و OPENFOAM و FLUENT و… کار می کنند، تمام افرادی که با توابع ریاضیاتی سر و کار دارند و نیاز به استفاده از توابع کتابخانه ای مفید دارند و البته تمام کسانی که نیاز به نوشتن یک کد کنترلی برای یک ربات یا امثال آن دارند، لازم است فرترن را یاد گرفته و از آن استفاده کنند.

یکی از ویژگی‌های مهم نرم افزار فرترن سرعت بسیار بالای آن در کامپایل کردن کدهای محاسباتی است. چراکه دستورات این زبان نسبت به زبان های دیگر در بهینه ترین حالت قرار دارد و با توجه به کمینه بودن تعداد کاراکتر های مورد نیاز برای ایجاد یک دستور و امکانات ترجیحی و اختیاری فراوان، کدهای نوشته شده با این زبان از حجم کمی برخوردار بوده و در کمترین زمان ممکن اجرا شده و نتیجه خواهد داد. این امر به خصوص برای محاسبات عددی سنگین از اهمیت دوچندانی برخوردار است. به عنوان مثال در حوزه مهندسی مکانیک، محاسبات مربوط به دینامیک سیالات محاسباتی CFD، بایستی با سرعت بالا انجام گیرند تا زمان انجام محاسبات به حداقل برسد. نه تنها اکثر کدهای قدیمی و ریشه‌دار با زبان فرترن نوشته شده‌اند، بلکه امروزه نیز در بسیاری از کاربردها، مهندسان مکانیک ترجیح می‌دهند که به جای استفاده از نرم‌افزارهای کاربرپسند مانند متلب (MATLAB)، از نرم افزار فرترن استفاده نمایند.

یادگیری این زبان بسیار راحت بوده و در کمترین زمان امکان پذیر خواهد بود. وجود مثال های حل شده ی فراوان، توابع نوشته شده به روش های مختلف طی سالیان دور تا به الان و البته وجود افراد بسیار خبره ای که سال های سال است که از این زبان بهره جسته اند، یکی از دلایلی است که باعث گشته افراد آگاه امروزه سراغ فرترن بروند.

چطوری یاد بگیریم؟

زبان برنامه نویسی به زبان فرترن در حالی که آموزش رایگانی به زبان فارسی ندارد ولی  در وبسایت دایا به زبان فارسی و کاملا رایگان قرار گرفته شده است که شما عزیزان میتوانید از آن استفاده کنید، برای ورود به آموزش روی لینک کلیک کنید و یادگیری را از همین الان شروع کنید.

متلب چیست و کاربرد آن کجاست؟

کانال اطلاع رسانی تیم علمی و آموزشی دایا (کلیک کنید)