Численные методы в физической химии: алгоритмы, библиотеки, программы

Wergilius · 16 Декабря, 2011 в 13:17

Данная тема посвящена применению вычислительных методов в физической химии.

Перечень вопросов:
Численные методы, алгоритмы решения физико-химических задач, используемые языки программирования, компиляторы, среды разработки, библиотеки подпрограмм, исходные коды программ, физико-химический софт. Рассматриваются вопросы обработки результатов эксперимента, визуализации и графического представления данных.

В теме собираются ссылки и информация по затронутым вопросам.

Тема является подразделом Проекта "Физическая химия"

Изменено 3 Марта, 2015 в 01:34 пользователем Wergilius

Wergilius · 16 Декабря, 2011 в 16:26

Язык программирования Fortran.

Первый стандарт языка появился в 66 году. С тех пор язык не потерял своей актуальности.

Современный Фортран занимает лидирующее положение среди языков программирования, ориентированных на решение научно-технических задач, требующих большого объема вычислений. (parallel.ru)

0. Стандарты языка Фортран

Официальная страничка международного комитета по стандартизации фортрана ISO/IEC JTC1/SC22/WG5

http://www.nag.co.uk/sc22wg5/

Стандарт языка FORTRAN 66

ISO 1539-72

ГОСТ 23056-78

Стандарт языка FORTRAN 77

ISO 1539-80

ANSI Fortran 77 (X3J3)

Стандарт языка Fortran 90

ISO/IEC 1539:1991

Стандарт языка Fortran 95

ISO/IEC 1539-1:1997 (Base Language)

ISO/IEC 1539-2:2000 (Varying length character strings)

ISO/IEC 1539-3:1998 (Conditional compilation)

==========================================================================================================

1. Руководства и учебники по фортрану:

Курс лекций по языку FORTRAN-77 Михайленко К.И. (Башгосуниверситет) (pdf):

Базовые понятия

Некоторые операторы

Арифметические выражения и стандартные функции

Управляющие операторы

Массивы

Подпрограммы

Ввод-вывод

Элементы языка Fortran-95

Introduction to Modern Fortran (Cambrige)

by University of Cambrige

Fortran 90 Tutorial

By Dr.Shene, Michigan Technological University

Обзор языка Фортран – 90

Материалы летней школы параллельного программирования

Fortran 77 Tutorial

Fortran 90 for the Fortran 77 Programmer

Фортран 90 для программирующих на FORTRAN 77

GNU Fortran Notes

Руководство по фортану в виде уроков, с большим количеством примеров.

Краткое введение в Фортран

==========================================================================================================

2. Ресурсы по Фортрану

Современный Фортран

автор - с.н.с. ИПМ РАН А.М. Горелик

Русскоязычный сайт, посвященный фортрану

http://fortran-online.info/index.html

Fortran Library

A free technical programming resourse

Fortran Resources

Раздел сайта компании Lahey

Fortran Resources

Fortran Resources and Fortran 77/90/95 Compilers for Windows and Linux

www.fortran.com

Сайт посвященный фортрану. Содержится информация о реализациях, библиотеках руководствах и учебниках

Mitchel Olagonon's Fortran 90 List

Публикации по Фортану-90 (стандарты, книги, статьи) на сайте parallel.ru

http://parallel.ksu.ru/tech/tech_dev/publ.html

Программирование на фортране 90[95]

(Лаборатория тестового обеспечения цифровых систем, кафедра Фотоники и оптоинформатики ИТМО)

Ресурс, посвященный порграммированию на фортране. Содержит практические руководства, примеры, методичские пособия.

Fortran 90/95/HPF Information File by Michael Metcalf

==========================================================================================================

3. Реализации (компиляторы) фортрана:

Бесплатные компиляторы FORTRAN 77

Open Watcom FORTRAN compiler

g77

Бесплатные компиляторы Fortran 90

G95

GNU Fortran (gfortran из коллекции gcc)

Cсылки на бесплатные реализации

http://www.freeprogr...om/fortran.html

http://www.personal....rtran.html#Free

http://www.thefreeco...s/fortran.shtml

Коммерческие реализации (компиляторы)

FTN 95

Intel Fortran compiler's

PGI Fortran

HP Fortran comilers

IBM Fortarn compilers

NAG Fortran compiler

Compaq Visual Fortran

Lahey/Fujitsu Fortran 95

Absoft Fortran compiler

Изменено 9 Марта, 2013 в 09:32 пользователем Wergilius
Уточнен перечень компиляторов

Wergilius · 3 Января, 2012 в 05:09

Технологии параллельного программирования (для языка Fortran)

Особенно актуальным является применение Фортрана при решении крупномасштабных вычислительных задач с использованием современных параллельных вычислительных систем (parallel.ru)

Средства параллельного программирования, ориентированные на Fortran

(автор - с.н.с. ИПМ РАН А.М. Горелик)

http://parallel.ru/info

Информационные материалы, посвященные высокопроизводительным и параллельным вычислениям

========================================================================================================

1. Системы с общей памятью

1.1 Hight-perfomance Fortran (HPF)

HPF Tutorial Materials

High Performance Fortran Compilation System ADAPTOR

The High Performance Fortran User Group

SHPF - A High Performance Fortran compilation system

1.2 OpenMP

http://openmp.org/wp/

Параллельное программирование и использованием технологии OpenMP (pdf)

Автор: А.С. Антонов

Parallel Programming in Fortran 95 using OpenMP

Miguel Hermanns, Universidad Polit´ecnica de Madrid

========================================================================================================

2. Программирование для графических процессоров

2.1 CUDA Fortran

Вычисления на графических процессорах видеокарт NVIDIA.

Introduction to PGI CUDA Fortran

Технологии PGI CUDA Fortran и Accelerator для программирования NVIDIA GPU (pdf)

презентация, автор: Дмитрий Микушин

CUDA Fortran Programming Guide and Reference (pdf)

Release 2011

Parallel Programming with CUDA Fortran (pdf)

CUDA Fortran Programming Guide and Reference 2009 (pdf)

2.2 PGI Fortran Accelerator

Компилятор автоматически создает код для GPU (находящийся внутри соотвествующих деректив)

PGI Fortran Accelerator Compilers

PGI Fortran Accelerator Programming Model (pdf)

========================================================================================================

3. Системы с распределенной памятью

3.1 MPI: The Message Passing Interface

http://www.mpi-forum.org/docs/

Антонов А.С. Параллельное программирование с использованием технологии MPI

Руководство по среде параллельного программирования MPI

3.2 Co-array Fortran

http://www.co-array.org/

3.3 Язык Норма

Разработка Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН.

Язык Норма позволяет исключить фазу программирования, которая необходима при переходе от расчетных формул, заданных прикладным специалистом, к программе. Транслятор генерирует параллельный код на MPI/Fortran, который затем компилируется пользователем на супер-ЭВМ.

http://www.keldysh.r...norma/annot.htm

Изменено 9 Марта, 2013 в 09:35 пользователем Wergilius

mypucm · 8 Января, 2012 в 09:44

Хотел бы добавить:

FORTRAN 77

1. B качестве теории: Clive G. Page, Professional Programmer's Guide to Fortran77. Весьма толковый и краткий справочник, отлично подходит посмотреть, если что подзабыл. Для изучения с нуля, наверно, слишком суховат.

2. В качестве предостережения: Open Watcom FORTRAN compiler категорически не рекомендуется новичкам из-за систематических отклонений от стандарта языка и просто кошмарной справки.

Бесплатные компиляторы Fortran 90

1. Photran переехал, теперь живет на www.eclipse.org/photran/ . Ну и это, конечно, IDE, а не компилятор.

2. FTN95 (записанный, и справедливо, в коммерческие компиляторы) раздается фирмой Silverfrost также задарма, в виде FTN95 Personal Edition (в комплекте с их собственным IDE Plato) и в виде FTN95 Express, где в комплект кладется Visual Studio Express - бесплатное IDE от Майкрософта. Причем желающие могут поучаствовать в бета-тестировании нового варианта Plato. Но дело-то, собственно, в том, что условия использования бесплатных версий FTN95 ничуть не более обременительные, чем линуксовской версии компилятора от Интел, который записан бесплатным. Может, FTN95 Personal Edition + FTN95 Express записать в бесплатные?

Особенности FTN95:

а) Своя собственная система создания оконного интерфейса в Windows - ClearWin+. Для вывода небольших несложных окошек достаточно удобно.

б) Может делать .NET-программы.

в) По многолетним данным тестирования производительности фортрановских компиляторов, FTN95 всегда приходит последним .

г) Много удобных фишек: конфигурационный файл, облегчающий запуск компилятора из командной строки, автоматический перевод программ из 77 в 95 Фортран, и т.п.

д) Может содержать достаточно серьезные баги. Читать на их форуме официальные сообщения об очередных багфиксах в новой версии часто сложно без нервных потрясений.

е) Программа, сделанная с помощью бесплатного компилятора, при запуске показывает окошко, повествующее об этом.

Ну там штука такая: Silverfrost купил FTN95 у Salford, бинарники они получили все, а с документацией вышел прокол. Особенно плохо дело оказалось с ClearWin+, что чувствуется по соответствующим разделам help-файла. Сейчас они от ClearWin+ стараются постепенно отказаться, взяв курс на .NET и рисование интерфейса .NET-языками. Разрабатывают компилятор там чуть ли не два человека (судя по форуму), отсюда результаты. Но пользоваться можно.

Кроме FTN95, до недавнего времени Silverfrost раздавал и FTN77, бесплатный компилятор на Фортран-77. В настоящее время он официально не раздается и никак не поддерживается, но его при желании можно абсолютно легально скачать с некоторых сайтов, специализирующихся на бесплатном и шароварном софте. Например, отсюда. И абсолютно легально использовать в некоммерческих целях, т.е. на тех условиях, на которых его когда-то раздавал Silverfrost.

Gall · 12 Февраля, 2012 в 07:44

Существует довольно большое количество программ под открытой лицензией или бесплатных для образовательных учреждений. Есть и коммерческие.

Список такого софта есть здесь:

http://www.redbrick....inux4chemistry/

Несмотря на слово "линукс" в названии, большая часть программ написаны на стандартном Фортране или Си и потому работают на любой операционной системе.

Относительно Фортрана: единственный на сегодняшний день СВОБОДНЫЙ (не просто бесплатный) компилятор Fortran с поддержкой 77, 90 и 95 И ДАЖЕ 2003 (диалект выбирается) называется "gfortran". Он входит в комплект компилятора gcc и существует под все операционные системы. Под Linux он как правило есть в комплекте дистрибутива, под Windows его можно скачать тут: http://gcc.gnu.org/wiki/GFortran

Информация о других открытых компиляторах Fortran в предыдущем посте слегка устарела. Например, g77 более не развивается как самостоятельный проект и полностью влился в gfortran. Проект g95, являющийся по сути копией gfortran, пока еще развивается отдельно и параллельно, но развитие идет гораздо медленнее, чем gfortran.

Изменено 12 Февраля, 2012 в 07:48 пользователем Gall

Wergilius · 18 Декабря, 2012 в 14:48

Фонд алгоритмов и программ СО РАН

http://fap.sbras.ru/

Фонд алгоритмов и программ СО РАН (ФАП СО РАН) создан на базе ИВМиМГ СО РАН в соответствии с постановлениями Президиума СО РАН. Деятельность Фонда осуществляется под руководством Научно-координационного совета по математическому моделированию, алгоритмическим и программным ресурсам СО РАН. Информационную и техническую поддержку деятельности Фонда и Научно-координационного совета обеспечивает сайт "Фонд алгоритмов и программ СО РАН".

Основные задачи и направления деятельности Фонда и Научно-координационного Совета:

формирование сбалансированной программной среды институтов СО РАН на основе свободно-распространяемого программного обеспечения (ПО), ПО с открытым исходным кодом и проприетарного ПО;
создание корпоративного репозитория ПО для сотрудников СО РАН;
формирование лицензионной корпоративной политики СО РАН в области использования программных средств и баз данных;
создание и ведение каталога алгоритмов, программ и баз данных, разработанных в СО РАН.

Очень важная система, особенно в связи с тем, что Всероссийский (всесоюзный) Отраслевой Фонд Алгоритмов и Программ (ОФАП) приказал долго жить.

Объединенный фонд электронных ресурсов <Наука и образование>

http://ofernio.ru/portal/modules/news/

Коллективу головного отделения ОФАП в инициативном порядке удалось технически восстановить систему. Однако юридически, ОФЭРНиО и ОФАП не связаны.

Фонд предназначен для:

аккумулирования информации об электронных ресурсах науки и образовании, имеющих вид <неопубликованные документы>;
стандартизации и унификации слабоструктурированной информации об электронных ресурсах;
оценки электронных ресурсов науки и образования на соответствие требованиям новизны и приоритетности;
каталогизации электронных ресурсов научного и образовательного назначения;
обеспечения доступного, полного и прозрачного оповещения научного и педагогического сообщества страны о последних достижениях в области науки и образования.

Изменено 9 Марта, 2013 в 09:37 пользователем Wergilius

Wergilius · 19 Декабря, 2012 в 14:19

Абраменков А. В.

KINET - Программа для численного моделирования кинетики сложных химических реакций

http://www.chem.msu....12/welcome.html

Руководство пользователя (pdf)

Программа KINET предназначена для решения прямых и обратных кинетических задач. В качестве исходных данных задают кинетическую схему (механизм) процесса в виде набора простых реакций с указанием констант скорости, причем уравнения реакций могут быть записаны в форме, близкой к обычным химическим обозначениям. Кроме того, указывают условия процесса — начальные концентрации реагентов и температуру, а также временной интервал, на котором требуется получить решение. В случае обратной кинетической задачи необходимо еще задать экспериментальные кинетические кривые.

Программа самостоятельно составляет систему дифференциальных уравнений и интегрирует ее. Результаты представляются в численном и графическом виде и могут быть экспортированы для использования в других программах.

Изменено 19 Декабря, 2012 в 14:21 пользователем Wergilius

Wergilius · 27 Декабря, 2012 в 14:24

Программы и библиотеки подпрограмм на фортране с исходным кодом:

Библиотека численного анализа НИВЦ МГУ

http://num-anal.srcc...b_na/libnal.htm

Библиотека численного анализа НИВЦ МГУ была разработана в отделе численного анализа Научно - исследовательского Вычислительного Центра Московского Государственного Университета им. М.В.Ломоносова (НИВЦ МГУ) под научным руководством В.В.Воеводина. В данной Библиотеке объединены вычислительные подпрограммы на стандарте языка Фортран (FORTRAN 77)

FORTRAN Source Codes

Numerical Methods and Software by Stephen Nash

Source Codes in Fortran90

(775 позиций)

Знаменитый пакет Minpack (Argonne National Laboratory, USA)

http://www.netlib.org/minpack/

Minpack includes software for solving nonlinear equations and nonlinear least squares problems

Programs (Fortran) by Prof. Alexander L. Godunov (Computational physics)

DISLIN - a high-level plotting library for displaying data

http://www.dislin.de/

http://ww2.odu.edu/~...CP16_dislin.pdf

dmoz open directory project