包裹fortran程序在R中使用

Question

我正在和R一起工作，但需要做很多数字运算，我想在fortran做。 我是R的新手，也是fortran的新手......我已经有了一个有效的R程序，我想优化它。 我创建了一个Fortran程序来解决ODE系统，我将其保存在子程序中。 我还使用一个名为aux.f90的模块来存储参数和一个函数，该函数创建一个馈入方程的信号。 这按预期工作，数据保存在.txt文件中。

我现在要做的是创建一个R前端，向Fortran程序抛出参数，例如模拟的长度或解决方案中使用的步骤数。 然后Fortran完成繁重的工作，将结果保存在文件中，我可以使用R来显示文件中的数据。 请参阅下面的Fortran代码：

! The auxiliary module contains all parameters
module aux
implicit none

integer,parameter :: n = 2**8       ! number of steps 
real(kind=4) :: jout = 0.5          ! for normal metabolism
real(kind=4) :: alp = 4.0           ! factor for growth
real(kind=4) :: bet = 1.0           ! benefit value
real(kind=4) :: etay = 0.1          ! cost value y
real(kind=4) :: etaz = 0.10         ! cost value z
real(kind=4) :: h  = 3.0            ! Hill coefficient
real(kind=4) :: Kx = 0.07           ! saturation coefficient
real(kind=4) :: t1 = 0.0, t2 = 30.0 ! start and end point of the simulation

contains                            ! function f(t) to create a step signal

real(kind=4) function f(t)
    implicit none
    real(kind=4), intent(in)  :: t  ! taking time value
    real(kind=4)              :: tt 
    !real(kind=4), intent(out) :: s  ! giving out the signal 
    real(kind=4) :: period = 5      ! defining the period length

    tt = MODULO(t,period)

        ! Signal function
        if (tt > 0.5*period) then 
            f = 1
        else
            f = 0
        endif
end function

end module aux

! The program solving the ODE system and giving the output as a fileprogram ffl
program ffl
use aux         ! Use module aux
implicit none
integer                     :: m,j          ! iteration variable
real(kind=4), dimension(6)  :: b =(/0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0/) ! expression
real(kind=4)                :: dt                                  ! time resolution
real(kind=4), dimension(n)  :: t                                   ! time vector
real(kind=4), dimension(4)  :: x_new, x_aux, y_new, y_aux, q0      ! vectors 

! computing the time vector 
dt=(t2-t1)/real(n) ! calculating time resolution
t(1) = t1          ! setting first time value to t1 = 0

do m = 1,n         ! filling the time vector
    t(m) = t(m-1)+dt
end do
open(unit = 10,file = 'ffl.txt', status = 'unknown')
do j=1,6
    k = b(j)
    ! initial conditions
    q0(1) = 0   ! x
    q0(2) = k   ! y
    q0(3) = 0   ! z
    q0(4) = 0   ! w

    !open(unit = 10,file = 'ffl.txt', status = 'unknown')
    x_new = q0                ! set initial conditions
    write(10,*)t(1),x_new(1),x_new(2),x_new(3),x_new(4) ! saving data

    do m = 2,n
        ! Solving with a second order method 
        call derivate(t(m-1),x_new,y_new) ! call the derivate routine
        x_aux = x_new + dt*y_new

        call derivate(t(m),x_aux,y_aux)
        x_new = x_new + 0.5*dt*(y_new+y_aux)
        write(10,*)t(m),x_new(1),x_new(2),x_new(3),x_new(4) ! saving data

    end do
 end do
 close(10)
end program ffl

! The subroutine derivate gives the system of ODE's to be solved

subroutine derivate(time,y,z)
use aux              ! Use module aux
implicit none
real(kind=4), intent(in)               :: time ! input: time vector  
real(kind=4), dimension(4), intent(in) :: y    ! input: initial conditions vector
real(kind=4), dimension(4), intent(out):: z    ! output: results vector

z(1) = f(time)-y(1)                                                             !dx/dt 
z(2) = k+(1-k)*((1+Kx)*(y(1)**h))/((y(1)**h)+Kx)-y(2)                           !dy/dt
z(3) = ((1+Kx)*(y(1)**h)/((y(1)**h)+Kx)*((1+Kx)*(y(2)**h))/((y(2)**h)+Kx)-y(3)) !dz/dt
z(4) = f(time)*y(3)-etay*(k+(1-k)*((1+Kx)*(y(1)**h))/((y(1)**h)+Kx)) &          !dw/dt
       -etaz*(((1+Kx)*(y(1)**h))/((y(1)**h)+Kx)*((1+Kx)*(y(2)**h))/((y(2)**h)+Kx)) 

结束子程序派生

我读过“写R扩展”文档，但没有发现它非常有用......

现在问题：由于R需要一个Fortran子程序，我想在fortran中创建一个包装器子程序，利用我现有的文件，然后我可以从R调用。但是，我找不到创建这个的方法包装子程序首先。 甚至可以在子程序中调用实际程序吗？ 我在网上找不到任何有用的东西。

Answer 1

程序应该作为可执行文件链接，因此你不能从子程序中调用它 - 或者你调用可执行文件（在gfortran中使用SYSTEM ），但你可以直接从R中执行 。

从R调用Fortran的简单方法是.Fortran R函数，它调用Fortran subroutine （不是function ，也不是program ）。

基本步骤是：

• 编译一个Fortran DLL，导出你需要的子程序（当然它们可能是其他子程序或函数的包装器）
• 将DLL放在系统路径的目录中
• 从R，用dyn.load加载DLL
• 用.Fortran调用你的子程序。

如果你使用gfortran，你可以安装Rtools，它拥有你需要的一切。 如果要使用其他编译器，可能会遇到一些问题，尤其是名称。

从您的评论到user2188538的答案，我看到您已经知道所有这些步骤，但要非常小心符号名称。 从.Fortran帮助： 使用.Fortran谨慎编译Fortran 9x代码：如果使用的Fortran 9x编译器与配置R时使用的Fortran 77编译器不同，它可能不起作用，特别是如果子例程名称不是小写或包括一个下划线。 也可以使用.C并自己进行任何必要的符号名称翻译。

另外，我怀疑你的包装器子程序不应该驻留在一个模块中，否则你可能会遇到额外的名字问题。 但这只是包装函数的一个限制，它必须从R中可见。

您可以检查DLL中的导出名称（将objdump -x your.so发送到文件并查找导出的符号）。 在加载DLL之后，还可以使用is.loaded("your.symbol")检查R。 请注意，通常，gfortran会在名称中添加额外的下划线，而在从R调用.Fortran时则不需要。如上所述，您可以使用.C （但是请记住Fortran参数通过引用传递）。

为了检查你是否理解了整个过程，我建议你在一个简单的例子上进行测试，例如只有z=x+y的唯一子程序mysub(x,y,z) 。 当这个运行时，您可以详细说明它来调用更复杂的例程。

编辑当你将数组参数从R传递给Fortran时，不应该使用假定形状或延迟形状数组，而只是假定大小的数组，即通常在Fortran 77中传递的数组。这是因为R只知道如何传递指向原始数据的指针，而假定形状和延迟形状需要更多信息，R不知道数据结构。

例如，你可以这样做：

subroutine mysub(n, a)
    real :: a(n, n)
    ...
end subroutine

但这肯定会失败：

subroutine mysub(a)
    real :: a(:, :)
    ...
end subroutine

此外，您不能将函数参数从R传递给Fortran，因为这需要回调的特殊数据结构（在引擎盖下，R是Scheme方言，它使用S表达式）。 您可以在C中通过.C或.Call （请参阅.Call和R Internals的帮助）。

Answer 2

你确实可以使用R base包中的.Foreign函数从R调用Fortran（参见?.Foreign ）。 有关如何执行此操作的一些明确示例，请参阅以下页面，了解如何从R调用Fortran（以及C）： http ： //users.stat.umn.edu/~geyer/rc/