CAE编程高手之路：从软件开源代码使用及改造说起

原作者：三只青蛙

倪光南院士在天津工业APP大会发言

屈指数一数，我从事cae程序工作十几年了，没有什么成绩，有的只是教训和眼泪。十几年间，几乎没有周末和假日，没有娱乐和休闲，也没有了爱好。回头想想，其实很多很多的路，是在仿徨和犹豫中度过的，总在犹豫，总在反复，总在时时刻刻的考虑，是不是那样写更好，是不是不应该这么写。是的，有很多很多的后悔的作为。

很荣幸，我还活着，还在做着这个工作，希望能把自己的一些看法，一些想法，一些理解，写下来，对希望充满活力的年轻人有一丝助力和借鉴。使得成长的路更短，略微更平坦一些。最近的时间比较紧，在完成目前工作后，会加速的做这些事情。

在这个系列的文章里，我只谈CAE的程序问题，不去触碰CAE的产业问题，也许那不是我关心的事情。我只想说一句在这里，我是反对以资本的方式去硬砸这个产业的。这个东西是个需要时间积累的东西，很难想象可以用资本能够击穿。

我的工作生涯里，有50%的时间在做计算，50%的内容在做前后处理。前面的写作我只会涉及计算，以后会再写一些前后处理方面的东西。即使计算方面, 针对不同的专业，也是千番不同。我想大家可以和我交流的，大多也是更为基础的程序代码方法和算法方法，更多的东西，我想我也肯定无从了解。

也就是跨学科了吧，只拿做计算的来说吧，学好本专业已经不容易了，还要学好计算机程序编写。至于计算机程序的编制, 需要学习的还有数值方法，矩阵论，甚至图论等……, 几乎所有的数学都要学差不多，不一定要会证明和很深，但是大多数都要理解，才能写出精巧的程序。这个问题，我想以后慢慢做一些框图来解释。给写不同程序的人，不同的建议，要准备什么书，储备什么知识等。

其实，看过太多的开源的很多的程序，可以看出，都是学力学的人写的，虽然写的整齐漂亮，但是还是很多不符合计算机原理的，我们不能拿着当做圣经。也有很多程序，可以看出是计算机的按照学力学的要求去写的，写的啰里啰嗦，整理规整，似乎增一分则肥，减一分则瘦，实则编排乱七八糟，这些程序不应作为学习的目标。别人的程序，看的多了，自然都会有深刻的理解，都会看的出来，但是改成自己的，却需要更深入的理解，仍然是非常痛苦的事情。

我这里指的是团队建设，一加一等于二，没有问题的，那仅仅是个理想的相加，现实中，要筑起一道墙，一块一块的砖头叠加一起，是没有意义的，需要砂浆来粘合，需要时间来凝固，需要浇水来养护。

很多时候，我们要求一个学力学的，和一个学计算机的去合作完成一个程序，大多数时候都是失败，我不知道老外这种事情的管理是如何的。我知道的，中国人在这种的合作上，大多是失败的。我想老外也差不多。

成功的少数案例，就是学力学的会写程序了，学计算机的也懂力学了，而且懂的程度很深。并没有一条很好的途径，使得两者在互相了解对方知识很少的情况下完成这件事情。但是最后的结果，仅仅是完成，还是有问题的，起码在代码上，可以轻易的看出，是学力学的模仿计算机写的，还是计算机的不懂装懂的按照学力学的说的写的。

CAE专业和计算机代码之间，是需要二级算法的。所谓的二级算法，大多衍生于数值方法那门课的内容，也有更多的需要完整的学一门新课。大多数有兴趣有动力来做CAE程序的人，基本都把自己的专业部分学的很好了，理解的很透，但是一旦上手开始写，又觉得无所适从。其实，这中间还差很多很多东西，二级算法书上不会讲，基本都是要自己悟的，基本，大多数人选择从开源的程序学习进入。以后我想专门的来讨论开源软件的读改问题。

在计算机专业和cae专业之间，人员的磨合，代码的精进，都是基于二级算法的建立和改进的。这也就是经验的集合吧。论文上的东西都差不多的其实，大部分是公开的，我们和成熟商软的距离，就差这个其实。

程序在本质上是相同的。那是编程二进制之后的事情了。所以有一种说法, 所以用哪种语言都一样。学好了，都能写出好的程序，这是对的。这里的不同，说的是，其实每一门语言，都有自己独特的地方和优势，你用那门语言去写，就要利用好那门语言的优势，才能写出好的程序。才能感到那门语言的魅力。

在结构化程序上，大多数语言是可以互相调用的，基本是相同的。很多书也如是说。

C++的行存储和fortran的列存储，就会给互相调用带来很多的困扰空间。C++的指针和fortran指针并不是一个概念。Fortran的“class”和C++的也完全不是一个东西，有了“class”的fortran程序是不能供C++使用的。你要fortran面对对象到底，还是以后要和C++混用，要一开始就想清楚。这仅仅是一个例子，每种语言学到深处，都是有它自己的精妙所在的。而一旦你用了它精妙的部分，大概率的和其他程序不会相同。这也是很多人争论用哪种原因好的原因。

真的很希望计算机就一种语言，起码不用那么纠结，我想做计算的大多数用这两种语言，已经足够纠结，现在出现了更多的，python，perl等。纠结更加纠结。我和大多数的人一样，很多时间花在了纠结上。纠结用哪一种语言。

现在呢，我还在纠结偶尔，还是没彻底解决。两种语言，我都算精通了，不是语言的事情了。但是在做某件事情的时候，往往希望基于某个东西去做，那个既有东西的功能的好坏，也包含了语言的选择，成为了一个纠结的选项。在语言的单独选项上，我更偏向于c++语言。以后的程序都是趋向于大型化，利用C++更好管理，这是学C++的人的借口。其实新的fortran也能很容易的大型代码的管理，单独做计算的，无论程序多大，我想fortan已经足够。我偏向c++，是因为同时在做前后处理。

大多数做cae计算程序的人，都是边学边干的，这一点不可避免。我是这么过来的。

每个人学语言都有这样几个阶段。每个阶段的成就感是必要的。

• 初学，很感兴趣，兴趣在结构化的循环控制和实现自己的算法, 基本一个小程序都是用来计算，都是干货。
  

• 更深入的时候，发现管理性的代码越来越多。一个大型程序，基本管理性的代码要占到60%可能，功能性代码占比却逐步减少。基本每一个搞专业的都会有一种烦躁感。很多人专业搞的非常好，但是就是客服不了这一种烦躁感，很多年都没有把自己的东西写出好的软件程序。这一步也许是成长最重要的部分。

• 编辑器的操作是另一个部分，这一步其实更多的人在一起工作更好，会一起获取更多的使用经验，编译器的熟悉程序关系到编写的效率，也是一个必须要过的关。

• 因为工作问题，会去翻更多的别人的代码，这一步要小心，我是这么过来的，在翻别人东西的时候，有时会被别的兴趣去吸引，走偏了方向，尤其是技术控，自己也有自控能力。可能完成导师和老板的任务更重要，感兴趣的以后慢慢再说。

• 学会忍受寂寞，接下来就是在迷茫和清晰之间无限的循环了。

对于不同的数值方法，都有不同领域的用途。每种方法写起来，除了算法本身的问题，也有不同的编写套路。我想所谓的这些方法“套路”，其实就是软件程序的架构和实现细节。我对有限元和离散元的套路知道个大概。即使同样的的有限元程序，因为目标的专业不同，架构和套路也是千奇百怪。以后慢慢会很多不同的代码套路讲给大家，每个作者做这些代码的时候，真的是有自己非常深入的考虑。我们有幸学习别人的东西，是一件很幸福的事情。

希望以后总结下，用某种方式发布出来。把各个软件的架构和目标，都讲给希望学习CAE程序的人。

不同的计算方法，编写都有不同的技巧问题，我熟悉有限元的，和离散元的。希望以后和更多人交流。这个暂时不展开说。繁而杂的东西。

一篇论文的编写，作者大概最后写出的方式大概不会太多。公式是一定的。不会有更多的差异，但是这篇实现到代码的时候，可能会有千百种方式。我想分成下面几种情况：

很多人更关心第二项，不能理解的也能实现。这个确实有，以后会写一些相关的经验文章，来说明技巧。但是不建议大家这么做。知其然，不知其所以然，最终还是很难进一步写下去的。