Linux+Fortran搭建整套科学计算和绘图环境

Linux是一个非常简洁、高效的操作系统，其命令行工作方式更是十分强大，相比Windows和Mac这种“娱乐型”操作系统，Linux非常适合科学计算。

Fortran作为历史上最先出现的高级编程语言，最初就是为科学计算量身定做的。它天生拥有高效的向量/矩阵操作，能够优化为非常高效的代码，一般而言，其运行速度为1.2倍C语言的速度。

下面记述Linux下用Fortran进行科学计算的各个方面。所选用的软件除Intel编译器外均为开源软件，闭源软件，特别是商业软件不予采用。大多数软件都支持Linux/Windows/Mac等平台。

1. 编译器

GNU Fortran

GNU项目的Fortran编译器，属于GNU编译器集合（GCC）之一。目前支持大部分Fortran2008标准，并几乎完整支持Fortran2003. 包含在各大发行版的软件仓库中。

Intel Fortran

Intel久负盛名的Fortran编译器ifort，内涵Intel数学核心库（MKL）。其编译后的代码运行效率之高为业界之最。虽为闭源软件，但用于非商业目的则可免费使用。在下面地址

http://software.intel.com/en-us/articles/non-commercial-software-download/

下载Intel Fortran Composer XE for Linux，授权文件将通过email获得。安装只需以root身份运行install文件，并在指定的步骤提供授权文件即可。

2. 编辑器

Vim / Emacs

Linux中超强大的两个文本编辑器，二者强大程度不相上下，一起被看作是高手的标志。操作起来与一般文本编辑器的直观方式不同，起初显得难以上手，但一旦熟悉就会极大地提高工作效率。包含在软件仓库中。

3. 调试器

GDB

GNU的调试器，命令行操作方式，功能强大又方便。包含在软件仓库中。

IDB

Intel的调试器，包含在其编译器中一起下载安装。提供了图形界面的调试工具。

4. 开发环境

Code::Blocks

一个很好的C++/Fortran开发环境。包含在软件仓库中。

Eclipse / Photran

Eclipse是一个基于Java的多语言集成开发环境，使用非常广泛，包含在软件仓库中。Photran是它的Fortran插件，需单独下载，并在eclipse中通过安装插件的方式安装。

5. 数据读写

CDI

一个由德国马克思-普朗克气象研究所开发的科学数据读写库，为NetCDF、GRIB、HDF、EXT等多种数据格式提供了统一的编程接口，有C和Fortran版。还提供了一个名为libs4cdo的程序包，用于提供上面几种格式底层库及其他依赖环境的安装。著名的气象数据运算子（CDO）软件就是基于它编写的。安装方式与CDO相同（见本博客）。

6. 数值计算/算法

LAPACK

久负盛名、久经考验的线性代数运算库，已经成为许多数值计算软件的基础。包含在软件仓库中。

GSL / FGSL

GSL是GNU的科学计算函数库，用C语言编写，也兼容C++。提供了非常多的数学计算函数，涵盖了科学计算的各个方面，如随机数、微分方程、矩阵分析、特殊函数、统计等等。包含在软件仓库中。FGSL是它的Fortran接口，需单独下载安装。在某些编译器上可能存在问题。

Muesli

一个用Fortran95写成的矩阵运算库和绘图库。提供了一个矩阵类，以及类似于Matlab的矩阵操作。并同时有一个类似于Matlab的绘图库。

7. 科学绘图

PLplot

非常强大的科学绘图库，提供了C/C++、Fortran、Python、Octave、Java等多种语言接口，能够在X系统、Tcl/TK、wxWidgets窗口上显示，并能输出为多种位图（如GIF、JPEG、PNG）和矢量图（如EPS、SVG、PDF）格式。包含在软件仓库中。

Muesli

如上

MathGL

非常强大的多语言科学绘图库，其绘图能力甚至超过PLplot，绘制的图形非常精美。

DISLIN

德国马克思-普朗克太阳系研究所开发的科学绘图库，提供了Perl、Java、Python、C/C++、Fortran接口。图形质量一般。

8. 图形界面

GTK-Fortran

在Fortran下进行GUI开发一直是一个大问题。因为Fortran专注于科学计算，更加看重程序的可靠性和计算效率，而不侧重于图形界面。只有Windows中的Compaq Visual Fortran在微软基础类库（MFC）的基础上提供了初级的图形界面能力。Fortran2003标准发布以来，由于Fortran与C之间的绑定交互成为可能，Fortran也就具有了利用C/C++的图形界面类库进行GUI编程的潜力。GTK-Fortran就是利用了C语言的GTK+图形界面类库。目前该项目已经基本完成并经过大量测试可用。

9. 论文写作

LaTeX

计算机排版的事实标准。采用类似宏编程的方式进行文档写作和排版，虽不如LibreOffice、Microsoft Word等所见即所得的Office工具来的直观，却具有这类软件无法比拟的高水平的排版效果。