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香川大学SLPからお届け！（Vol.78掲載）

投稿日：2022.05.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：樋口史弥

アプリケーションやサービスは、ユーザーの意見や技術状況に合わせた変更をしやすいように開発するのが理想的です。そうした開発を実現するための設計手法の一つが「クリーンアーキテクチャ」です。今回は、クリーンアーキテクチャを用いて簡単な匿名掲示板を作る方法を解説します。

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図4　投稿削除機能を追加した場合のコード例

// メッセージを表す構造体
type struct Message {
（略）
}
// 全メッセージを取得する関数
func (m *Message)GetAllMessages() error {
（略）
}
// メッセージを投稿する関数
func (m *Message)Post() error {
（略）
}
// メッセージを削除する関数
func (m *Message)Delete() error {
（略）
}

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// メッセージを表す構造体

type struct Message {

（略）

}

// 全メッセージを取得する関数

func (m *Message)GetAllMessages() error {

（略）

}

// メッセージを投稿する関数

func (m *Message)Post() error {

（略）

}

// メッセージを削除する関数

func (m *Message)Delete() error {

（略）

}

図6　単一責任原則に沿ったコードの例

// メッセージを表す構造体
type struct Message {
（略）
}
// 一般ユーザーを表す構造体
type struct User {
    Message
（略）
}
// メッセージを投稿する関数
func (u *User)Post() error {
（略）
}
// 全メッセージを取得する関数
func (u *User)GetAllMessages() error {
（略）
}
// 管理者を表す構造体
func type struct Administrator {
    Message
（略）
}
// メッセージを削除する関数
func (a *Administrator)Delete() error {
（略）
}

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// メッセージを表す構造体

type struct Message {

（略）

}

// 一般ユーザーを表す構造体

type struct User {

Message

（略）

}

// メッセージを投稿する関数

func (u *User)Post() error {

（略）

}

// 全メッセージを取得する関数

func (u *User)GetAllMessages() error {

（略）

}

// 管理者を表す構造体

func type struct Administrator {

Message

（略）

}

// メッセージを削除する関数

func (a *Administrator)Delete() error {

（略）

}

図8　モジュールに依存したコードの例

func (m *Message)Post() error {
（略）
    // MySQLHandlerモジュールのExecute関数を直接実行
    err := MySQLHandler.Execute(sql)
（略）
}

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func (m *Message)Post() error {

（略）

// MySQLHandlerモジュールのExecute関数を直接実行

err := MySQLHandler.Execute(sql)

（略）

}

図10　モジュールに依存したコードの例

type struct Message {
 （略）
    i DBInterface
}
func (m *Message)Post() error {
（略）
    // MySQLHandlerモジュールのExecute関数を
    // 直接実行せず、DBInterface経由で実行
    err := m.i.Execute(sql)
（略）
}

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type struct Message {

（略）

i DBInterface

}

func (m *Message)Post() error {

（略）

// MySQLHandlerモジュールのExecute関数を

// 直接実行せず、DBInterface経由で実行

err := m.i.Execute(sql)

（略）

}

図19　messageモジュールのコード

type Message interface {
    // メッセージの文字列を返却する関数
    Message() string
}
type message struct {
    // メッセージの文字列を格納するメンバー
    detail string
}

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type Message interface {

// メッセージの文字列を返却する関数

Message() string

}

type message struct {

// メッセージの文字列を格納するメンバー

detail string

}

図20　投稿時刻やハンドルを付加する場合のmessageモジュールのコード

type Message interface {
    // メッセージの文字列を返却する関数
    Message() string
    // 投稿したユーザーのハンドルを返却する関数
    HandleName() string
}
type message struct {
    // メッセージの文字列を格納するメンバー
    detail string
    // 投稿ユーザーのハンドルを格納るメンバー
    handleName string
}

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type Message interface {

// メッセージの文字列を返却する関数

Message() string

// 投稿したユーザーのハンドルを返却する関数

HandleName() string

}

type message struct {

// メッセージの文字列を格納するメンバー

detail string

// 投稿ユーザーのハンドルを格納るメンバー

handleName string

}

図21　ログイン機能を付加するためのuserモジュールのコード

type User interface {
    // ユーザーIDを返却する関数
    ID() string
    // パスワードが適切かどうかを検査する関数
    MatchPassword(string) bool
}
type user struct {
    id string
    password string
}

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type User interface {

// ユーザーIDを返却する関数

ID() string

// パスワードが適切かどうかを検査する関数

MatchPassword(string) bool

}

type user struct {

id string

password string

}

図22　メッセージを投稿するというユースケースに対応するコード

type controller struct {
    // データベースに保存するモジュールに
    // アクセスするためのインタフェース
    database db_gateway.DB
}
func (c *controller)Post(m message.Message) error {
    // Messageの中身の検証
    if len(m.Message()) == 0 {
        return MessageNotFound
    }
    // インタフェースを用いてメッセージを保存
    err := c.database.RecordMessage(m)
（略）
}

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type controller struct {

// データベースに保存するモジュールに

// アクセスするためのインタフェース

database db_gateway.DB

}

func (c *controller)Post(m message.Message) error {

// Messageの中身の検証

if len(m.Message()) == 0 {

return MessageNotFound

}

// インタフェースを用いてメッセージを保存

err := c.database.RecordMessage(m)

（略）

}

図23　メッセージを保存するRecordMessageメソッドのコード

type mySQLHandler struct {
    // Frameworks&Drivers層のデータベースクライアントライブラリ
    // のモジュールを呼び出すインタフェース
    database mysql_gateway.MySQLHandler
}
// メッセージを保存するためのハンドラメソッド
func (m *mySQLHandler)RecordMessage(
    message message.Message,
) error {
    // SQL文を生成
    sql := `
    INSERT INTO messages
    (message)
    VALUES (?)
    `
    // インタフェースを介してSQL文を実行
    _, err := m.database.Execute(sql, message.Message())
（略）
}

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type mySQLHandler struct {

// Frameworks&Drivers層のデータベースクライアントライブラリ

// のモジュールを呼び出すインタフェース

database mysql_gateway.MySQLHandler

}

// メッセージを保存するためのハンドラメソッド

func (m *mySQLHandler)RecordMessage(

message message.Message,

) error {

// SQL文を生成

sql := `

INSERT INTO messages

(message)

VALUES (?)

`

// インタフェースを介してSQL文を実行

_, err := m.database.Execute(sql, message.Message())

（略）

}

図24　mySQLHandler 構造体のdatabaseメンバーに所属するインタフェースの定義コード

type MySQLHandler interface {
    Query(string, ...interface{}) (Row, error)
    Execute(statement string, args ...interface{}) (Result, error)
}

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type MySQLHandler interface {

Query(string, ...interface{}) (Row, error)

Execute(statement string, args ...interface{}) (Result, error)

}

図25　MySQLHandler インタフェースで定義されるExecute メソッドのコード

import (
（略）
    // データベースクライアントライブラリをインポート
    "database/sql"
)
type mysql struct {
    // データベースに問い合わせるためのコネクション
    Conn *sql.DB
}
func (handler *mysql) Execute(
    statement string,
    args ...interface{},
) (worker.Result, error) {
    res := new(SQLResult)
    // コネクションを用いてSQL文を実行
    result, err := handler.Conn.Exec(statement, args...)
（略）
    res.Result = result
    return res, nil
}

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import (

（略）

// データベースクライアントライブラリをインポート

"database/sql"

)

type mysql struct {

// データベースに問い合わせるためのコネクション

Conn *sql.DB

}

func (handler *mysql) Execute(

statement string,

args ...interface{},

) (worker.Result, error) {

res := new(SQLResult)

// コネクションを用いてSQL文を実行

result, err := handler.Conn.Exec(statement, args...)

（略）

res.Result = result

return res, nil

}

図26　匿名掲示板のMainコンポーネントのコード

func main() {
    // External Interfaceのdatabaseモジュールを初期化
    mysqlDB, f, err := database.NewMySQL(db_user, db_password, 
                                         db_ip, db_port, db_name)
（略）
    // Interface Adaptersのdb_handlerモジュールを初期化
    DBHandler := db_handler.NewMySQL(mysqlDB)
    // Application Business Rulesのcontrollerモジュールを初期化
    controller := interactor.NewController(DBHandler)
    // External Interfaceのserverモジュールを初期化
    server := server.New(port, controller)
    // Application Business Rulesのinteractorモジュールを初期化
    interactor := interactor.NewInteractor(server)
    // Application Business Rulesに制御を渡す
    e := interactor.Run()
（略）
}

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func main() {

// External Interfaceのdatabaseモジュールを初期化

mysqlDB, f, err := database.NewMySQL(db_user, db_password,

db_ip, db_port, db_name)

（略）

// Interface Adaptersのdb_handlerモジュールを初期化

DBHandler := db_handler.NewMySQL(mysqlDB)

// Application Business Rulesのcontrollerモジュールを初期化

controller := interactor.NewController(DBHandler)

// External Interfaceのserverモジュールを初期化

server := server.New(port, controller)

// Application Business Rulesのinteractorモジュールを初期化

interactor := interactor.NewInteractor(server)

// Application Business Rulesに制御を渡す

e := interactor.Run()

（略）

}

図27　データの保存先を変更する際のMainコンポーネント書き換え箇所

func main() {
    // External Interfaceのdatabaseモジュールを初期化
    textDB, err := database.NewText(TextPath)
（略）
    // Interface Adaptersのdb_handlerモジュールを初期化
    DBHandler := db_handler.New(textDB)
    // Application Business Rulesのcontrollerモジュールを初期化
    controller := interactor.NewController(DBHandler)
    // External Interfaceのserverモジュールを初期化
    server := server.New(port, controller)
    // Application Business Rulesのinteractorモジュールを初期化
    interactor := interactor.NewInteractor(server)
    // Application Business Rulesに制御を渡す
    e := interactor.Run()
（略）
}

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func main() {

// External Interfaceのdatabaseモジュールを初期化

textDB, err := database.NewText(TextPath)

（略）

// Interface Adaptersのdb_handlerモジュールを初期化

DBHandler := db_handler.New(textDB)

// Application Business Rulesのcontrollerモジュールを初期化

controller := interactor.NewController(DBHandler)

// External Interfaceのserverモジュールを初期化

server := server.New(port, controller)

// Application Business Rulesのinteractorモジュールを初期化

interactor := interactor.NewInteractor(server)

// Application Business Rulesに制御を渡す

e := interactor.Run()

（略）

}

筆者は2001年、PHP言語とOSS（オープンソースソフトウエア）データベース管理システムのPostgreSQLに出会った。それ以降、データベースが絡んだWebシステムを構築する際は、PHPとPostgreSQLを組み合わせて使っていた。しかし2021年に社内Web業務システムなどをレンタルサーバーに移行させた際には、PHPとOSSデータベース管理システムのMySQLを初めて組み合わせて使った。今回は、その移行作業について紹介する。

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図1　自作のメール送信用関数の定義コード

function Send_Mail($addr,$content)
{
  $fp = fsockopen(" メールサーバーのアドレス ",25, &$errno , &$errstr);
  if(!$fp)
  {
    print "$errstr ($errno)<br>n" ;
  }
  else
  {
    $subject = "Subject: 発送依頼書" ;
    $subject = mb_convert_encoding($subject,"UTF-8");
    $content = mb_convert_encoding($content,"JIS");
    fwrite($fp,"HELO server.example.co.jp\n");
    fwrite($fp,"MAIL FROM:chohyo@example.co.jp\n");
    fwrite($fp,"RCPT TO:$addr\n");
    fwrite($fp,"DATA\n");
    fwrite($fp,"From: chohyo@example.co.jp\n");
    fwrite($fp,"$subject\n");
    fwrite($fp,"Content-Type: text/plain; charset=ISO-2022-JP\n");
    fwrite($fp,"$content\n");
    fwrite($fp,".\n");
    fwrite($fp,"QUIT\n");
  }
  fclose($fp);
}

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function Send_Mail($addr,$content)

{

$fp = fsockopen(" メールサーバーのアドレス ",25, &$errno , &$errstr);

if(!$fp)

{

print "$errstr ($errno)<br>n" ;

}

else

{

$subject = "Subject: 発送依頼書" ;

$subject = mb_convert_encoding($subject,"UTF-8");

$content = mb_convert_encoding($content,"JIS");

fwrite($fp,"HELO server.example.co.jp\n");

fwrite($fp,"MAIL FROM:chohyo@example.co.jp\n");

fwrite($fp,"RCPT TO:$addr\n");

fwrite($fp,"DATA\n");

fwrite($fp,"From: chohyo@example.co.jp\n");

fwrite($fp,"$subject\n");

fwrite($fp,"Content-Type: text/plain; charset=ISO-2022-JP\n");

fwrite($fp,"$content\n");

fwrite($fp,".\n");

fwrite($fp,"QUIT\n");

}

fclose($fp);

}

Pythonあれこれ（Vol.78掲載）

投稿日：2022.05.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：飯尾淳

本連載では「Pythonを昔から使っているものの、それほど使いこなしてはいない」という筆者が、いろいろな日常業務をPythonで処理することで、立派な「蛇使い」に育つことを目指します。その過程を温
かく見守ってください。皆さんと共に勉強していきましょう。第8回は、Webアプリケーションフレームワーク「Flask」を使って基本的なWebアプリを作成する方法を紹介します。データベースにアクセスする方法やテンプレートの利用方法も解説します。

シェルスクリプトマガジン Vol.78は以下のリンク先でご購入できます。

図1　「Hello World」に相当するシンプルなWebアプリのコード（app.py）

from flask import Flask

app = Flask(__name__)
@app.route('/')
def hello():
  return '<h1>Hello World!</h1>'

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from flask import Flask

app = Flask(__name__)

@app.route('/')

def hello():

return '<h1>Hello World!</h1>'

図4　ルーティングの記述を追加したWebアプリのコード

from flask import Flask
app = Flask(__name__)

@app.route('/hello')
def hello():
  return '<h1>Hello World!</h1>'

@app.route('/goodbye')
def goodbye():
  return '<h1>Good-bye World!</h1>'

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from flask import Flask

app = Flask(__name__)

@app.route('/hello')

def hello():

return '<h1>Hello World!</h1>'

@app.route('/goodbye')

def goodbye():

return '<h1>Good-bye World!</h1>'

図5　パスパラメータを使うWebアプリのコードの例

from flask import Flask
app = Flask(__name__)

@app.route('/hello/<name>')
def hello(name):
  return f'<h1>Hello {name}!</h1>'

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from flask import Flask

app = Flask(__name__)

@app.route('/hello/<name>')

def hello(name):

return f'<h1>Hello {name}!</h1>'

図7　クエリーパラメータを使うWebアプリのコードの例

from flask import Flask, request
app = Flask(__name__)

@app.route('/hello')
def hello():
  name = request.args['name']
  return f'<h1>Hello {name}!</h1>'

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from flask import Flask, request

app = Flask(__name__)

@app.route('/hello')

def hello():

name = request.args['name']

return f'<h1>Hello {name}!</h1>'

図9　メモ帳Webアプリのひな型コード

from flask import Flask, request
app = Flask(__name__)

@app.route('/addMemo')
def addMemo():
  name = request.args['name']
  description = request.args['description']
  return f'ADD: name = {name}, desc = {description}'

@app.route('/getMemo')
def getMemo():
  return f'[TBD]'

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from flask import Flask, request

app = Flask(__name__)

@app.route('/addMemo')

def addMemo():

name = request.args['name']

description = request.args['description']

return f'ADD: name = {name}, desc = {description}'

@app.route('/getMemo')

def getMemo():

return f'[TBD]'

図10　データベースを使うメモ帳Webアプリのコード（その1）

from flask import Flask, request
from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy
from sqlalchemy import Integer, String, Text

app = Flask(__name__)
app.config['SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS'] = True
app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'sqlite:///memo.sqlite'

db = SQLAlchemy(app)

class Memo(db.Model):
  __tablename__ = 'memo'
  ID          = db.Column(Integer, primary_key=True)
  NAME        = db.Column(String(500))
  DESCRIPTION = db.Column(Text)

db.create_all()

@app.route('/addMemo')
def addMemo():
  name = request.args['name']
  description = request.args['description']
  return f'ADD: name = {name}, desc = {description}'

@app.route('/getMemo')
def getMemo():
  return f'[TBD]'

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from flask import Flask, request

from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy

from sqlalchemy import Integer, String, Text

app = Flask(__name__)

app.config['SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS'] = True

app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'sqlite:///memo.sqlite'

db = SQLAlchemy(app)

class Memo(db.Model):

__tablename__ = 'memo'

ID = db.Column(Integer, primary_key=True)

NAME = db.Column(String(500))

DESCRIPTION = db.Column(Text)

db.create_all()

@app.route('/addMemo')

def addMemo():

name = request.args['name']

description = request.args['description']

return f'ADD: name = {name}, desc = {description}'

@app.route('/getMemo')

def getMemo():

return f'[TBD]'

図12　データベースを使うメモ帳Webアプリのコード（その2）

from flask import Flask, request
from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy
from sqlalchemy import Integer, String, Text

app = Flask(__name__)
app.config['SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS'] = True
app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'sqlite:///memo.sqlite'

db = SQLAlchemy(app)

class Memo(db.Model):
  __tablename__ = 'memo'
  ID          = db.Column(Integer, primary_key=True)
  NAME        = db.Column(String(500))
  DESCRIPTION = db.Column(Text)

db.create_all()

@app.route('/addMemo')
def addMemo():
  name = request.args['name']
  description = request.args['description']
  db.session.add(Memo(NAME=name, DESCRIPTION=description))
  db.session.commit()
  db.session.close()
  return f'ADD: name = {name}, desc = {description}'

@app.route('/getMemo')
def getMemo():
  memos = db.session.query(
    Memo.ID, Memo.NAME, Memo.DESCRIPTION).all()
  return str(memos)

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from flask import Flask, request

from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy

from sqlalchemy import Integer, String, Text

app = Flask(__name__)

app.config['SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS'] = True

app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'sqlite:///memo.sqlite'

db = SQLAlchemy(app)

class Memo(db.Model):

__tablename__ = 'memo'

ID = db.Column(Integer, primary_key=True)

NAME = db.Column(String(500))

DESCRIPTION = db.Column(Text)

db.create_all()

@app.route('/addMemo')

def addMemo():

name = request.args['name']

description = request.args['description']

db.session.add(Memo(NAME=name, DESCRIPTION=description))

db.session.commit()

db.session.close()

return f'ADD: name = {name}, desc = {description}'

@app.route('/getMemo')

def getMemo():

memos = db.session.query(

Memo.ID, Memo.NAME, Memo.DESCRIPTION).all()

return str(memos)

図14　テンプレートファイル「index.html」の内容

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <title>Flask Test</title>
  </head>
  <body>
    <h1>The Memo List</h1>
    <table>
      <tr><th>ID</th><th>Name</th><th>Description</th></tr>
      {% for memo in memos: %}
      <tr><td>{{ memo.0 }}</td>
          <td>{{ memo.1 }}</td>
          <td>{{ memo.2 }}</td></tr>
      {% endfor %}
    </table>
  </body>
</html>

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<!DOCTYPE html>

<html>

<head>

<title>Flask Test</title>

</head>

<body>

<table>

<tr><th>ID</th><th>Name</th><th>Description</th></tr>

{% for memo in memos: %}

{% endfor %}

</table>

</body>

</html>

図15　テンプレートを使うメモ帳Webアプリのコード（その1）

from flask import Flask, request, render_template
from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy
from sqlalchemy import Integer, String, Text

app = Flask(__name__)
app.config['SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS'] = True
app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'sqlite:///memo.sqlite'

db = SQLAlchemy(app)

class Memo(db.Model):
  __tablename__ = 'memo'
  ID          = db.Column(Integer, primary_key=True)
  NAME        = db.Column(String(500))
  DESCRIPTION = db.Column(Text)

db.create_all()

@app.route('/addMemo')
def addMemo():
  name = request.args['name']
  description = request.args['description']
  db.session.add(Memo(NAME=name, DESCRIPTION=description))
  db.session.commit()
  db.session.close()
  return f'ADD: name = {name}, desc = {description}'

@app.route('/getMemo')
def getMemo():
  memos = db.session.query(
    Memo.ID, Memo.NAME, Memo.DESCRIPTION).all()
  return render_template('index.html', memos=memos)

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from flask import Flask, request, render_template

from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy

from sqlalchemy import Integer, String, Text

app = Flask(__name__)

app.config['SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS'] = True

app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'sqlite:///memo.sqlite'

db = SQLAlchemy(app)

class Memo(db.Model):

__tablename__ = 'memo'

ID = db.Column(Integer, primary_key=True)

NAME = db.Column(String(500))

DESCRIPTION = db.Column(Text)

db.create_all()

@app.route('/addMemo')

def addMemo():

name = request.args['name']

description = request.args['description']

db.session.add(Memo(NAME=name, DESCRIPTION=description))

db.session.commit()

db.session.close()

return f'ADD: name = {name}, desc = {description}'

@app.route('/getMemo')

def getMemo():

memos = db.session.query(

Memo.ID, Memo.NAME, Memo.DESCRIPTION).all()

return render_template('index.html', memos=memos)

図17　修正したテンプレートファイル「index.html」の内容

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <title>Flask Test</title>
  </head>
  <body>
    <h1>The Memo List</h1>
    <table border="1" width="500" cellspacing="0"
           cellpadding="5" bordercolor="#333333">
      <tr><th>ID</th><th>Name</th><th>Description</th></tr>
      {% for memo in memos: %}
      <tr><td>{{ memo.0 }}</td>
          <td>{{ memo.1 }}</td>
          <td>{{ memo.2 }}</td></tr>
      {% endfor %}
    </table>
    <h2>New Memo</h2>
    <form action="/addMemo" method="post">
      <table style="text-align: left;">
        <tr style="vertical-align: top;"><th>Name:</th>
          <td><input type="text" name="name"></input></td></tr>
        <tr style="vertical-align: top;"><th>Description:</th>
          <td><textarea name="description" rows="4" cols="40">
              </textarea></td></td>
      </table>
      <input type="submit" value="Submit">
      <input type="reset" value="Reset">
    </form>
  </body>
</html>

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<!DOCTYPE html>

<html>

<head>

<title>Flask Test</title>

</head>

<body>

<table border="1" width="500" cellspacing="0"

cellpadding="5" bordercolor="#333333">

<tr><th>ID</th><th>Name</th><th>Description</th></tr>

{% for memo in memos: %}

{% endfor %}

</table>

<tr style="vertical-align: top;"><th>Description:</th>

</textarea></td></td>

</table>

</form>

</body>

</html>

図18　テンプレートを使うメモ帳Webアプリのコード（その2）

from flask import Flask, request, render_template, redirect, url_for
from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy
from sqlalchemy import Integer, String, Text

app = Flask(__name__)
app.config['SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS'] = True
app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'sqlite:///memo.sqlite'

db = SQLAlchemy(app)

class Memo(db.Model):
  __tablename__ = 'memo'
  ID          = db.Column(Integer, primary_key=True)
  NAME        = db.Column(String(500))
  DESCRIPTION = db.Column(Text)

db.create_all()

@app.route('/addMemo', methods=['POST'])
def addMemo():
  name = request.form['name']
  description = request.form['description']
  db.session.add(Memo(NAME=name, DESCRIPTION=description))
  db.session.commit()
  db.session.close()
  return redirect(url_for('getMemo'))

@app.route('/getMemo')
def getMemo():
  memos = db.session.query(
    Memo.ID, Memo.NAME, Memo.DESCRIPTION).all()
  return render_template('index.html', memos=memos)

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from flask import Flask, request, render_template, redirect, url_for

from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy

from sqlalchemy import Integer, String, Text

app = Flask(__name__)

app.config['SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS'] = True

app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'sqlite:///memo.sqlite'

db = SQLAlchemy(app)

class Memo(db.Model):

__tablename__ = 'memo'

ID = db.Column(Integer, primary_key=True)

NAME = db.Column(String(500))

DESCRIPTION = db.Column(Text)

db.create_all()

@app.route('/addMemo', methods=['POST'])

def addMemo():

name = request.form['name']

description = request.form['description']

db.session.add(Memo(NAME=name, DESCRIPTION=description))

db.session.commit()

db.session.close()

return redirect(url_for('getMemo'))

@app.route('/getMemo')

def getMemo():

memos = db.session.query(

Memo.ID, Memo.NAME, Memo.DESCRIPTION).all()

return render_template('index.html', memos=memos)

Raspberry Piを100%活用しよう（Vol.78掲載）

投稿日：2022.05.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：米田聡

小型コンピュータボード「Raspberry Pi」（ラズパイ）向けにさまざまな拡張ボードが発売されています。その拡張ボードとラズパイを組み合わせれば、ラズパイでいろいろなことが簡単に試せます。第11回は、光の反射で物体との距離を調べるセンサー搭載の拡張基板を扱います。

シェルスクリプトマガジン Vol.78は以下のリンク先でご購入できます。

図4　VCNL4010から値を読み出すPythonプログラム（sample.py）

import time
import Adafruit_VCNL40xx

vcnl = Adafruit_VCNL40xx.VCNL4010()

try:
  while True:
    prox = vcnl.read_proximity()
    ambient = vcnl.read_ambient()
    print('Proximity = ' + str(prox))
    print('Ambient = ' + str(ambient) + ' Lux')
    time.sleep(0.5)
except KeyboardInterrupt:
    pass

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import time

import Adafruit_VCNL40xx

vcnl = Adafruit_VCNL40xx.VCNL4010()

try:

while True:

prox = vcnl.read_proximity()

ambient = vcnl.read_ambient()

print('Proximity = ' + str(prox))

print('Ambient = ' + str(ambient) + ' Lux')

time.sleep(0.5)

except KeyboardInterrupt:

pass

特集1 ESP32とラズパイで作る本格IoT（Vol.78記載）

投稿日：2022.05.25　｜　カテゴリー：　コード

筆者：魔法少女

マイコン「ESP32」と小型コンピュータボード「Raspberry Pi」を使って本格的なIoT（Internet of Things、モノのインターネット）環境を構築してみましょう。本企画では、3軸の加速度センサーを用いて簡易地震計を作成し、リアルタイムに揺れをグラフで表示します。

シェルスクリプトマガジン Vol.78は以下のリンク先でご購入できます。

図4　Eclipse Mosquittoの設定スクリプト（mosquitto_setting.sh）

#!/bin/sh

sudo tee /etc/mosquitto/conf.d/confer.conf << EOF >dev/null
listener 1883
allow_anonymous true
listener 8081
protocol websockets
sudo systemctl reload mosquitto

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#!/bin/sh

sudo tee /etc/mosquitto/conf.d/confer.conf << EOF >dev/null

listener 1883

allow_anonymous true

listener 8081

protocol websockets

sudo systemctl reload mosquitto

図18　ESP32搭載ボートの起動時に無線LANに接続するプログラム（boot.py）

import network

SSID = 'SSID'
PASSWORD = 'パスワード'

wlan_if = network.WLAN(network.STA_IF)
wlan_if.active(True)
wlan_if.connect(SSID, PASSWORD)

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import network

SSID = 'SSID'

PASSWORD = 'パスワード'

wlan_if = network.WLAN(network.STA_IF)

wlan_if.active(True)

wlan_if.connect(SSID, PASSWORD)

図19　パブリッシャのプログラム（main.py）

import time
from machine import Pin, SoftI2C
import mpu6050
from umqtt.simple import MQTTClient
import json

mqtt_topic = "home/seismometer1"
publisher_id = "place_esp32"
broker_address = "192.168.1.100"
interval_time = "1"

i2c = SoftI2C(scl=Pin(22), sda=Pin(21))
accelerometer = mpu6050.accel(i2c)

time.sleep(5)

while True:
  iot_value = accelerometer.get_values()
  iot_value_json = json.dumps(iot_value)
  print(iot_value_json)
  publisher = MQTTClient(publisher_id,broker_address)
  publisher.connect()
  publisher.publish(mqtt_topic, msg=str(iot_value_json))
  publisher.disconnect()
  time.sleep(int(interval_time))

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import time

from machine import Pin, SoftI2C

import mpu6050

from umqtt.simple import MQTTClient

import json

mqtt_topic = "home/seismometer1"

publisher_id = "place_esp32"

broker_address = "192.168.1.100"

interval_time = "1"

i2c = SoftI2C(scl=Pin(22), sda=Pin(21))

accelerometer = mpu6050.accel(i2c)

time.sleep(5)

while True:

iot_value = accelerometer.get_values()

iot_value_json = json.dumps(iot_value)

print(iot_value_json)

publisher = MQTTClient(publisher_id,broker_address)

publisher.connect()

publisher.publish(mqtt_topic, msg=str(iot_value_json))

publisher.disconnect()

time.sleep(int(interval_time))

図24　ブスクライバとなるJavaScriptプログラムを含んだHTMLファイル（seismometer.html）

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="utf-8">
  <title>簡易地震計</title>
  <script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/Chart.js/2.9.3/Chart.bundle.min.js"></script>
  <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/chartjs-plugin-streaming@1.9.0"></script>
  <script src="https://unpkg.com/mqtt/dist/mqtt.min.js"></script>
</head>
<body>
  <canvas id="myChart"></canvas>
  <script>
    const client = mqtt.connect('ws://raspibroker.local:8081');
    const ctx = document.getElementById('myChart').getContext('2d');
    var chart = new Chart(ctx, {
      type: 'line',
      data: {
        datasets: [{
          data: [],
          label: 'X軸',
          borderColor: 'rgb(255, 0, 255)',
          backgroundColor: 'rgba(255, 255, 255, 0)',
          lineTension: 0,
        }, {
          data: [],
          label: 'Y軸',
          borderColor: 'rgb(0, 255, 0)',
          backgroundColor: 'rgba(255, 255, 255, 0)',
          lineTension: 0,
        }, {
          data: [],
          label: 'Z軸',
          borderColor: 'rgb(0, 0, 255)',
          backgroundColor: 'rgba(255, 255, 255, 0)',
          lineTension: 0,
        }]
      },
      options: {
        scales: {
          xAxes: [{
            type: 'realtime',
            realtime: {
              delay: 2000,
            },
          }],
          yAxes: [{
            ticks: {
              min: -32767,
              max: 32767
            }
          }]
        }
      }
    });
    client.on('connect', () => {
      console.log('connected');
      client.subscribe('home/seismometer1');
    });
    client.on('message', (topic, message) => {
      console.log(message.toString());
      acc_json = JSON.parse(message.toString());
      chart.data.datasets[0].data.push({
        x: Date.now(),
        y: acc_json.AcX
      });
      chart.data.datasets[1].data.push({
        x: Date.now(),
        y: acc_json.AcY
      });
      chart.data.datasets[2].data.push({
        x: Date.now(),
        y: acc_json.AcZ - 16384
      });
      chart.update();
    });
  </script>
</body>
</html>

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<!DOCTYPE html>

<head>

<title>簡易地震計</title>

</head>

<body>

const client = mqtt.connect('ws://raspibroker.local:8081');

const ctx = document.getElementById('myChart').getContext('2d');

var chart = new Chart(ctx, {

type: 'line',

data: {

datasets: [{

data: [],

label: 'X軸',

borderColor: 'rgb(255, 0, 255)',

backgroundColor: 'rgba(255, 255, 255, 0)',

lineTension: 0,

}, {

data: [],

label: 'Y軸',

borderColor: 'rgb(0, 255, 0)',

backgroundColor: 'rgba(255, 255, 255, 0)',

lineTension: 0,

}, {

data: [],

label: 'Z軸',

borderColor: 'rgb(0, 0, 255)',

backgroundColor: 'rgba(255, 255, 255, 0)',

lineTension: 0,

}]

},

options: {

scales: {

xAxes: [{

type: 'realtime',

realtime: {

delay: 2000,

},

}],

yAxes: [{

ticks: {

min: -32767,

max: 32767

}

}]

}

});

client.on('connect', () => {

console.log('connected');

client.subscribe('home/seismometer1');

});

client.on('message', (topic, message) => {

console.log(message.toString());

acc_json = JSON.parse(message.toString());

chart.data.datasets[0].data.push({

x: Date.now(),

y: acc_json.AcX

});

chart.data.datasets[1].data.push({

x: Date.now(),

y: acc_json.AcY

});

chart.data.datasets[2].data.push({

x: Date.now(),

y: acc_json.AcZ - 16384

});

chart.update();

});

</script>

</body>

</html>

特集1 アプリケーション開発基盤 .NET（Vol.78記載）

投稿日：2022.05.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：松井恵一、木下舜、上原将司

デスクトップパソコンやモバイル、Web、クラウドなど、さまざまな環境で動作するアプリケーションを開発できる基盤が「.NET」です。昨年11月に初の長期サポート版となる.NET 6がリリースされました。本特集では、最新の.NET 6を含め、.NETについて分かりやすく解説します。

シェルスクリプトマガジン Vol.78は以下のリンク先でご購入できます。

図13　Program.csファイルの中身

// See https://aka.ms/new-console-template for more information
Console.WriteLine("Hello, World!");

1 2	// See https://aka.ms/new-console-template for more information Console.WriteLine("Hello, World!");

図14　C#で記述した、「Hello World」を表示するプログラムの例

using System;

namespace ConsoleApplication
{
    public class Program
    {
        public static void Main()
        {
            Console.WriteLine("Hello World!");
        }
    }
}

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using System;

namespace ConsoleApplication

{

public class Program

{

public static void Main()

{

Console.WriteLine("Hello World!");

}

図15　MyFirstDotnetApp.csprojファイルの中身

<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">

  <PropertyGroup>
    <OutputType>Exe</OutputType>
    <TargetFramework>net6.0</TargetFramework>
    <ImplicitUsings>enable</ImplicitUsings>
    <Nullable>enable</Nullable>
  </PropertyGroup>

</Project>

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<ImplicitUsings>enable</ImplicitUsings>

<Nullable>enable</Nullable>

</PropertyGroup>

</Project>

シェルスクリプトマガジンvol.78 Web掲載記事まとめ

投稿日：2022.05.25　｜　カテゴリー：　コード

004　レポート　OpenSSH 9.0/9.0p1リリース
005　レポート　ゲームエンジンのUnreal Engine 5
006　製品レビュー　マグカップ型電気鍋「Cook Mug」
007　NEWS FLASH
008　特集1　アプリケーション開発基盤 .NET/松井恵一、木下舜、上原将司　コード掲載
023　Hello Nogyo!
024　特集2　UMLを使い始めてみよう/森三貴
040　特別企画　ESP32とラズパイで作る本格IoT 簡易地震計/魔法少女　コード掲載
058　Raspberry Piを100%活用しよう/米田聡　コード掲載
060　Pythonあれこれ/飯尾淳　コード掲載
066　法林浩之のFIGHTING TALKS/法林浩之
068　中小企業手作りIT化奮戦記/菅雄一　コード掲載
072　ダークウェブ/桑原滝弥、イケヤシロウ
074　香川大学SLPからお届け！/樋口史弥　コード掲載
084　タイ語から分かる現地生活/つじみき
092　Bash入門/大津真
098　Techパズル/gori.sh
099　コラム「計画は全体を、問題は点を追求する」/シェル魔人

Vol.78

投稿日：2022.05.25　｜　カテゴリー：　バックナンバー

　世の中では、Windows/Linuxパソコン、Mac、スマートフォン、タブレット、Raspberry Piなどのさまざまなコンピュータが利用されています。通常、アプリケーションを開発する場合、CPUやOS、表示するディスプレイなどの動作環境の違いを意識したプログラミングをしなくてはいけません。
　そのような実行環境をあまり意識することなく、一つのソースコードからさまざまなコンピュータで動作するアプリケーションを開発できるのが、マイクロソフトが提供するアプリケーション開発基盤「.NET」です。以前は、実行環境に合わせて「.NET Framework」「.NET Core」「Xamarin」に分かれていましたが、.NET 5で.NETとして統合。昨年11月には、.NET初の長期サポート版となる「.NET 6」が提供されました。
　特集1では、この.NET 6を中心として、.NETの歴史や.NETを構成する主要な要素、.NET Frameworkと.NETの比較を解説し、サンプルを交えた.NETアプリケーション開発を解説します。
　システム開発の全工程をカバーする表現力を持ち、ISO（国際標準化機構）やJIS（日本産業規格）で規格化されている表記法に「UML」（統一モデリング言語）があります。UMLでは、さまざまな図を使ってシステムの仕様や設計情報などを表現します。特集2では、UMLの概要や活用する効果、よく使われる図について分かりやすく紹介します。
　特別企画では、マイコン「ESP32」と小型コンピュータボード「Raspberry Pi」を使って、簡易地震計を製作しました。Webブラウザ上に揺れをリアルタイムにグラフ表示します。
　このほか、今回から「製品レビュー」を開始しました。エンジニア向けに、便利で面白いグッズやサービスを多数紹介していきます。
　今回も読み応え十分のシェルスクリプトマガジン Vol.78。お見逃しなく!

※記事掲載のコードはこちら。記事の補足情報はこちら

※読者アンケートはこちら

Vol.78 補足情報

投稿日：2022.05.25　｜　カテゴリー：　コード

Raspberry Piを100%活用しよう

　「明るさセンサ拡張基板」（ADRSZLX）に搭載されている光学式センサーは、「VCNL4010」ではなく、「VCNL4020」でした。お詫びして訂正します。なお、記事内で利用している「Adafruit_VCNL40xx」ライブラリおよび、サンプルプログラムは、VCNL4020でも問題なく動作します。

情報は随時更新致します。

香川大学SLPからお届け！（Vol.77掲載）

投稿日：2022.03.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：石上椋一

毎年年末に開催されている競馬の「有馬記念」というレースをご存知でしょうか。今回は、その有馬記念の順位を予測するAIを開発した話を紹介します。2021年12月には、開発したAIを使って第66回有馬記念の順位を予測してみました。結果がどうだったのかについては、記事の最後に書いています。

シェルスクリプトマガジン Vol.77は以下のリンク先でご購入できます。

図2　RankNetを実装するPythonコード

from tensorflow.keras import layers, Model, Input
from tensorflow.nn import leaky_relu

class RankNet(Model):
  def __init__(self):
    super().__init__()
    self.dense = [layers.Dense(16, activation=leaky_relu),
                  layers.Dense(8, activation=leaky_relu)]
    self.o = layers.Dense(1, activation='linear')
    self.oi_minus_oj = layers.Subtract()
  def call(self, inputs):
    xi, xj = inputs
    densei = self.dense[0](xi)
    densej = self.dense[0](xj)
    for dense in self.dense[1:]:
      densei = dense(densei)
      densej = dense(densej)
    oi = self.o(densei)
    oj = self.o(densej)
    oij = self.oi_minus_oj([oi, oj])
    output = layers.Activation('sigmoid')(oij)
    return output

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from tensorflow.keras import layers, Model, Input

from tensorflow.nn import leaky_relu

class RankNet(Model):

def __init__(self):

super().__init__()

self.dense = [layers.Dense(16, activation=leaky_relu),

layers.Dense(8, activation=leaky_relu)]

self.o = layers.Dense(1, activation='linear')

self.oi_minus_oj = layers.Subtract()

def call(self, inputs):

xi, xj = inputs

densei = self.dense[0](xi)

densej = self.dense[0](xj)

for dense in self.dense[1:]:

densei = dense(densei)

densej = dense(densej)

oi = self.o(densei)

oj = self.o(densej)

oij = self.oi_minus_oj([oi, oj])

output = layers.Activation('sigmoid')(oij)

return output

図3　データの整理とラベル付けをするPythonコード

import pandas as pd
import numpy as np
from itertools import combinations

years = [2020,2019,2018,2017,2016,2015,2014,2013,2012,2011]
# ここで任意のCSVファイルを指定する
# 今回はCSVにデータを残しているため、CSVから読み込んでいる
df = pd.read_csv(CSVFile)
df["タイム指数2-3"] = df["タイム指数2"] - df["タイム指数3"]
index_num = 0
xi = xj = pij = pair_ids = pair_query_id = []
for year in years:
  one_year_Data = df[df['年数'] == year]
  index_list = [i for i in range(len(one_year_Data))]
  random.shuffle(index_list)
  for pair_id in combinations(index_list, 2):
    pair_query_id.append(year)
    pair_ids.append(pair_id)
    i = pair_id[0]
    j = pair_id[1]
    xi.append([one_year_Data.at[i+index_num,"タイム指数2"],
               one_year_Data.at[i+index_num,"タイム指数2-3"],
               one_year_Data.at[i+index_num,"上り"]])
    xj.append([one_year_Data.at[j+index_num,"タイム指数2"],
               one_year_Data.at[j+index_num,"タイム指数2-3"],
               one_year_Data.at[j+index_num,"上り"]])
    if one_year_Data.at[i+index_num,"順位"] == one_year_Data.at[j+index_num,"順位"] :
      pij_com = 0.5
    elif one_year_Data.at[i+index_num,"順位"] > one_year_Data.at[j+index_num,"順位"] :
      pij_com = 0
    else:
      pij_com = 1
    pij.append(pij_com)
  index_num += len(one_year_Data)
  index_list.clear()
xi = np.array(xi)
xj = np.array(xj)
pij = np.array(pij)
pair_query_id = np.array(pair_query_id)

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import pandas as pd

import numpy as np

from itertools import combinations

years = [2020,2019,2018,2017,2016,2015,2014,2013,2012,2011]

# ここで任意のCSVファイルを指定する

# 今回はCSVにデータを残しているため、CSVから読み込んでいる

df = pd.read_csv(CSVFile)

df["タイム指数2-3"] = df["タイム指数2"] - df["タイム指数3"]

index_num = 0

xi = xj = pij = pair_ids = pair_query_id = []

for year in years:

one_year_Data = df[df['年数'] == year]

index_list = [i for i in range(len(one_year_Data))]

random.shuffle(index_list)

for pair_id in combinations(index_list, 2):

pair_query_id.append(year)

pair_ids.append(pair_id)

i = pair_id[0]

j = pair_id[1]

xi.append([one_year_Data.at[i+index_num,"タイム指数2"],

one_year_Data.at[i+index_num,"タイム指数2-3"],

one_year_Data.at[i+index_num,"上り"]])

xj.append([one_year_Data.at[j+index_num,"タイム指数2"],

one_year_Data.at[j+index_num,"タイム指数2-3"],

one_year_Data.at[j+index_num,"上り"]])

if one_year_Data.at[i+index_num,"順位"] == one_year_Data.at[j+index_num,"順位"] :

pij_com = 0.5

elif one_year_Data.at[i+index_num,"順位"] > one_year_Data.at[j+index_num,"順位"] :

pij_com = 0

else:

pij_com = 1

pij.append(pij_com)

index_num += len(one_year_Data)

index_list.clear()

xi = np.array(xi)

xj = np.array(xj)

pij = np.array(pij)

pair_query_id = np.array(pair_query_id)

図4　学習用データと評価用データを仕分けるPythonコード

from sklearn.model_selection import train_test_split

xi_train, xi_test, xj_train, xj_test, pij_train, pij_test, \
pair_id_train, pair_id_test = train_test_split(
  xi, xj, pij, pair_ids, test_size=0.2, stratify=pair_query_id)

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from sklearn.model_selection import train_test_split

xi_train, xi_test, xj_train, xj_test, pij_train, pij_test, \

pair_id_train, pair_id_test = train_test_split(

xi, xj, pij, pair_ids, test_size=0.2, stratify=pair_query_id)

図5　コンパイルと学習を実施するPythonコード

ranknet = RankNet()
# コンパイル
ranknet.compile(optimizer='sgd', loss='binary_crossentropy',metrics=['accuracy'])
# 学習
ranknet.fit([xi_train, xj_train], pij_train,
            epochs=85, batch_size=4,
            validation_data=([xi_test, xj_test], pij_test))

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ranknet = RankNet()

# コンパイル

ranknet.compile(optimizer='sgd', loss='binary_crossentropy',metrics=['accuracy'])

# 学習

ranknet.fit([xi_train, xj_train], pij_train,

epochs=85, batch_size=4,

validation_data=([xi_test, xj_test], pij_test))

図8　ResNet50を使った学習モデルを実装するPythonコード

from tensorflow.keras.applications.resnet50 import ResNet50
from keras.layers import Dense, Dropout, Input, Flatten

# ResNetの準備
input_tensor = Input(shape=(64, 64, 3))
resnet50 = ResNet50(include_top=False, weights='imagenet',
                    input_tensor=input_tensor)
# FC層の準備
fc_model = Sequential()
fc_model.add(Flatten(input_shape=resnet50.output_shape[1:]))
fc_model.add(Dense(512, activation='relu'))
fc_model.add(Dropout(0.3))
fc_model.add(Dense(2, activation='sigmoid'))
# モデルの準備
resnet50_model = Model(resnet50.input, fc_model(resnet50.output))
# ResNet50の一部の重みを固定
for layer in resnet50_model.layers[:100]:
  layer.trainable = False

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from tensorflow.keras.applications.resnet50 import ResNet50

from keras.layers import Dense, Dropout, Input, Flatten

# ResNetの準備

input_tensor = Input(shape=(64, 64, 3))

resnet50 = ResNet50(include_top=False, weights='imagenet',

input_tensor=input_tensor)

# FC層の準備

fc_model = Sequential()

fc_model.add(Flatten(input_shape=resnet50.output_shape[1:]))

fc_model.add(Dense(512, activation='relu'))

fc_model.add(Dropout(0.3))

fc_model.add(Dense(2, activation='sigmoid'))

# モデルの準備

resnet50_model = Model(resnet50.input, fc_model(resnet50.output))

# ResNet50の一部の重みを固定

for layer in resnet50_model.layers[:100]:

layer.trainable = False

図9　コンパイルと学習を実施するPythonコード

# コンパイル
resnet50_model.compile(optimizer='sgd',
                       loss='categorical_crossentropy',
                       metrics=['accuracy'])
# 学習
history = resnet50_model.fit(train_generator, 
                             batch_size=4, 
                             epochs=50, verbose=1,
                             validation_data=val_generator)

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# コンパイル

resnet50_model.compile(optimizer='sgd',

loss='categorical_crossentropy',

metrics=['accuracy'])

# 学習

history = resnet50_model.fit(train_generator,

batch_size=4,

epochs=50, verbose=1,

validation_data=val_generator)

Pythonあれこれ（Vol.77掲載）

投稿日：2022.03.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：飯尾淳

本連載では「Pythonを昔から使っているものの、それほど使いこなしてはいない」という筆者が、いろいろな日常業務をPythonで処理することで、立派な「蛇使い」に育つことを目指します。その過程を温
かく見守ってください。皆さんと共に勉強していきましょう。第7回は、Pythonで実装されたWebアプリケーションフレームワーク「Flask」の使い方と、Pythonのユニークな文法である「デコレータ」について紹介します。

シェルスクリプトマガジン Vol.77は以下のリンク先でご購入できます。

図5　ルーティングのサンプルWebアプリケーションのコード

from flask import Flask
app = Flask(__name__)
@app.route('/hello')
def hello_flask():
  return '<h1>Hello, Flask!</h1>'
@app.route('/goodbye')
def goodbye_flask():
  return '<h1>Good bye, Flask!</h1>'

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from flask import Flask

app = Flask(__name__)

@app.route('/hello')

def hello_flask():

return '<h1>Hello, Flask!</h1>'

@app.route('/goodbye')

def goodbye_flask():

return '<h1>Good bye, Flask!</h1>'

図7　簡単なメッセージを表示するプログラム

#!/usr/bin/env python

def hello():
  print('Hello, World')
def goodbye():
  print('Goodbye, World')
def main():
  hello()
  goodbye()
if __name__ == '__main__':
  main()

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#!/usr/bin/env python

def hello():

print('Hello, World')

def goodbye():

print('Goodbye, World')

def main():

hello()

goodbye()

if __name__ == '__main__':

main()

図9　デコレータを追加したプログラム

#!/usr/bin/env python

def deco(func):
  def decorator():
    print('-- start --')
    func()
    print('-- end --')
  return decorator
@deco
def hello():
  print('Hello, World')
@deco
def goodbye():
  print('Goodbye, World')
def main():
  hello()
  goodbye()
if __name__ == '__main__':
  main()

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#!/usr/bin/env python

def deco(func):

def decorator():

print('-- start --')

func()

print('-- end --')

return decorator

@deco

def hello():

print('Hello, World')

@deco

def goodbye():

print('Goodbye, World')

def main():

hello()

goodbye()

if __name__ == '__main__':

main()

図11　Flaskのルーティング設定処理を模したプログラム

#!/usr/bin/env python
　
class Flask():
  def __init__(self):
    self.url_map = {}
    print(f'url_map on init: {self.url_map}')
  def add_url_rule(self, rule, func):
    self.url_map[rule] = func
  def route(self, rule):
    def decorator(f):
      self.add_url_rule(rule, f)
      return f
    return decorator
  def dispatch_request(self, rule):
    return self.url_map[rule]()

app = Flask()
print(f'url_map after create: {app.url_map}')
@app.route('/index')
def index():
  print("hello world")
print(f'url_map after function def: {app.url_map}')
app.dispatch_request('/index')

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#!/usr/bin/env python

class Flask():

def __init__(self):

self.url_map = {}

print(f'url_map on init: {self.url_map}')

def add_url_rule(self, rule, func):

self.url_map[rule] = func

def route(self, rule):

def decorator(f):

self.add_url_rule(rule, f)

return f

return decorator

def dispatch_request(self, rule):

return self.url_map[rule]()

app = Flask()

print(f'url_map after create: {app.url_map}')

@app.route('/index')

def index():

print("hello world")

print(f'url_map after function def: {app.url_map}')

app.dispatch_request('/index')

図13　図9のプログラムを修正した「greeting_deco2.py」

#!/usr/bin/env python
　
def deco(rule):
  def decorator(func):
    print(f'rule = \'{rule}\', func = {func}')
    return func
  return decorator
@deco('/hello')
def hello():
  print('Hello, World')
@deco('/goodbye')
def goodbye():
  print('Goodbye, World')

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#!/usr/bin/env python

def deco(rule):

def decorator(func):

print(f'rule = \'{rule}\', func = {func}')

return func

return decorator

@deco('/hello')

def hello():

print('Hello, World')

@deco('/goodbye')

def goodbye():

print('Goodbye, World')

図15　デコレータを使わないように修正した「greeting_deco3.py」

#!/usr/bin/env python

def deco(rule):
  def decorator(func):
    print(f'rule = \'{rule}\', func = {func}')
    return func
  return decorator
def hello():
  print('Hello, World')
hello = deco('/hello')(hello)
def goodbye():
  print('Goodbye, World')
goodbye = deco('/goodbye')(goodbye)

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#!/usr/bin/env python

def deco(rule):

def decorator(func):

print(f'rule = \'{rule}\', func = {func}')

return func

return decorator

def hello():

print('Hello, World')

hello = deco('/hello')(hello)

def goodbye():

print('Goodbye, World')

goodbye = deco('/goodbye')(goodbye)

図16　関数の挙動を変えるデコレータの使用例

#!/usr/bin/env python

def plus_n(n):
  def decorator(func):
    def func_modified(*args, **kwargs):
      return (func(*args, **kwargs) + n)
    return func_modified
  return decorator
@plus_n(3)
def square(x):
  return x*x
def main():
  print(square(2))
if __name__ == '__main__':
  main()

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#!/usr/bin/env python

def plus_n(n):

def decorator(func):

def func_modified(*args, **kwargs):

return (func(*args, **kwargs) + n)

return func_modified

return decorator

@plus_n(3)

def square(x):

return x*x

def main():

print(square(2))

if __name__ == '__main__':

main()

図17　関数に複数のデコレータを適用したプログラム「greeting_deco4.py」

#!/usr/bin/env python

def DECO(func):
  def decorator():
    print('-- START --')
    func()
    print('-- END --')
  return decorator
def deco(func):
  def decorator():
    print('-- start --')
    func()
    print('-- end --')
  return decorator
@DECO
@deco
def hello():
  print('Hello, World')
def main():
  hello()
if __name__ == '__main__':
  main()

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#!/usr/bin/env python

def DECO(func):

def decorator():

print('-- START --')

func()

print('-- END --')

return decorator

def deco(func):

def decorator():

print('-- start --')

func()

print('-- end --')

return decorator

@DECO

@deco

def hello():

print('Hello, World')

def main():

hello()

if __name__ == '__main__':

main()

機械学習ことはじめ（Vol.77掲載）

投稿日：2022.03.25　｜　カテゴリー：　コード

筆者：川嶋宏彰

本連載では、機械学習の基礎となるさまざまな手法の仕組みや、それらの手法のPythonでの利用方法を解説していきます。最終回となる今回は、ニューラルネットの仕組みと、基本的なモデルについて解説します。

シェルスクリプトマガジン Vol.77は以下のリンク先でご購入できます。

図3　単純パーセプトロンを学習するための関数を定義するPythonコード

import numpy as np

def h_step(x):
  """ ステップ関数: 0より大きければ1、それ以外は0 """
  return int(x > 0)
def train_perceptron(X, y, lr=0.5, max_it=20, random_state=None):
  """ パーセプトロンの学習アルゴリズム
      lr: 学習率 (learning rate)
      max_it: 最大反復回数 (maximum number of iterations)
  """
  N, d = X.shape  # データ数x次元
  X1 = np.c_[np.ones(N), X]  # 1だけの列を1列目に追加
  d1 = d + 1  # バイアス項込みの次元数
  np.random.seed(random_state)
  w = np.random.rand(d1)  # (w0, w1, w2)
  print('initial w', w)
  w_log = [w.copy()]  # 初期の重み係数
  info_log = [[-1] * 5]  # [it, i, y, o, y-o]
  for it in range(max_it):  # ① 反復 (iteration)
    print('--- iteration:', it)
    err = 0
    for i in range(N):  # ② 各データを入力
      x = X1[i, :]
      y_pred = h_step(np.dot(w, x))
      err += (y[i] - y_pred) ** 2
      print('yhat:', y_pred, 'y:', y[i])
      if y_pred != y[i]:
        w += lr * (y[i] - y_pred) * x  # ③ wを更新
      w_log.append(w.copy())
      info_log.append([it, i, y[i], y_pred, y[i] - y_pred])
    print('err:', err)
    if err == 0:
      print('## converged @ it=', it)
      break
  return w_log, info_log
def get_fourpoints(xor_flag=False):
  """4点のデータを準備
     xor_flag: 各データのラベルをどう設定するか
         True: 入力が異なる符号なら1, False: 入力が共に正なら1
  """
  X = np.array([[-1, -1], [-1, 1], [1, -1], [1, 1]])
  y = np.array([0, 1, 1, 0]) if xor_flag else np.array([0, 0, 0, 1])
  return X, y

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import numpy as np

def h_step(x):

""" ステップ関数: 0より大きければ1、それ以外は0 """

return int(x > 0)

def train_perceptron(X, y, lr=0.5, max_it=20, random_state=None):

""" パーセプトロンの学習アルゴリズム

lr: 学習率 (learning rate)

max_it: 最大反復回数 (maximum number of iterations)

"""

N, d = X.shape # データ数x次元

X1 = np.c_[np.ones(N), X] # 1だけの列を1列目に追加

d1 = d + 1 # バイアス項込みの次元数

np.random.seed(random_state)

w = np.random.rand(d1) # (w0, w1, w2)

print('initial w', w)

w_log = [w.copy()] # 初期の重み係数

info_log = [[-1] * 5] # [it, i, y, o, y-o]

for it in range(max_it): # ① 反復 (iteration)

print('--- iteration:', it)

err = 0

for i in range(N): # ② 各データを入力

x = X1[i, :]

y_pred = h_step(np.dot(w, x))

err += (y[i] - y_pred) ** 2

print('yhat:', y_pred, 'y:', y[i])

if y_pred != y[i]:

w += lr * (y[i] - y_pred) * x # ③ wを更新

w_log.append(w.copy())

info_log.append([it, i, y[i], y_pred, y[i] - y_pred])

print('err:', err)

if err == 0:

print('## converged @ it=', it)

break

return w_log, info_log

def get_fourpoints(xor_flag=False):

"""4点のデータを準備

xor_flag: 各データのラベルをどう設定するか

True: 入力が異なる符号なら1, False: 入力が共に正なら1

"""

X = np.array([[-1, -1], [-1, 1], [1, -1], [1, 1]])

y = np.array([0, 1, 1, 0]) if xor_flag else np.array([0, 0, 0, 1])

return X, y

図4　単純パーセプトロンの学習過程を可視化する関数を定義するPythonコード

import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns

plt.rcParams['font.size'] = 14
def plot_2dline_with_data(X, y, w, title='', i=-1):
  """ データと w0 + w1 x1 + w2 x2 = 0 をプロット """
  fig = plt.figure(figsize=(5, 5))
  sns.scatterplot(x=X[:, 0], y=X[:, 1], hue=y, s=150)
  xlim = [-1.5, 1.5]
  ylim = [-1.5, 1.5]
  plt.xlim(xlim)
  plt.ylim(ylim)
  plt.xticks([-1, 1])
  plt.yticks([-1, 1])
  # w0 + w1*x1 + w2*x2 = 0 のプロット
  if w[2] == 0:  # w2 == 0 のとき: x1 = -w0/w1
    x2 = np.linspace(*ylim, 2)
    plt.plot([-w[0]/w[1]] * x2.size, x2, '-', linewidth=3, color='r')
  else:  # w2 != 0 のとき: x2 = -(w0 + w1*x1)/w2
    x1 = np.linspace(*xlim, 2)
    plt.plot(x1, -(w[0] + w[1]*x1)/w[2], '-', linewidth=3, color='r')
  if i >= 0: plt.scatter(X[i, 0], X[i, 1], s=300, facecolor='none', 
                         edgecolor='r', linewidth=2)
  plt.title(title)
  return fig

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import matplotlib.pyplot as plt

import seaborn as sns

plt.rcParams['font.size'] = 14

def plot_2dline_with_data(X, y, w, title='', i=-1):

""" データと w0 + w1 x1 + w2 x2 = 0 をプロット """

fig = plt.figure(figsize=(5, 5))

sns.scatterplot(x=X[:, 0], y=X[:, 1], hue=y, s=150)

xlim = [-1.5, 1.5]

ylim = [-1.5, 1.5]

plt.xlim(xlim)

plt.ylim(ylim)

plt.xticks([-1, 1])

plt.yticks([-1, 1])

# w0 + w1*x1 + w2*x2 = 0 のプロット

if w[2] == 0: # w2 == 0 のとき: x1 = -w0/w1

x2 = np.linspace(*ylim, 2)

plt.plot([-w[0]/w[1]] * x2.size, x2, '-', linewidth=3, color='r')

else: # w2 != 0 のとき: x2 = -(w0 + w1*x1)/w2

x1 = np.linspace(*xlim, 2)

plt.plot(x1, -(w[0] + w[1]*x1)/w[2], '-', linewidth=3, color='r')

if i >= 0: plt.scatter(X[i, 0], X[i, 1], s=300, facecolor='none',

edgecolor='r', linewidth=2)

plt.title(title)

return fig

図5　単純パーセプトロンの学習と結果表示をするPythonコード

# データの読み込みと学習
xor_flag = False  # (★) True: XOR,  False: AND
X, y = get_fourpoints(xor_flag)  # 学習データを取得
print(f' X:\n{X},\n y: {y}')
w_log, info_log = train_perceptron(X, y, random_state=0)
# 学習過程の表示
for step in range(len(w_log)):
  title = 'it: {}, i: {}, y: {}, y_pred: {}, y - y_pred:{}'\
          .format(*info_log[step])
  print(title)
  w = w_log[step]
  it = info_log[step][0]
  i = info_log[step][1]
  print('w:', w)
  plot_flag = False if (it >= 3) and (it % 5 != 0) else True
  if plot_flag:
    plot_2dline_with_data(X, y, w, title, i)
    plt.show()

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# データの読み込みと学習

xor_flag = False # (★) True: XOR, False: AND

X, y = get_fourpoints(xor_flag) # 学習データを取得

print(f' X:\n{X},\n y: {y}')

w_log, info_log = train_perceptron(X, y, random_state=0)

# 学習過程の表示

for step in range(len(w_log)):

title = 'it: {}, i: {}, y: {}, y_pred: {}, y - y_pred:{}'\

.format(*info_log[step])

print(title)

w = w_log[step]

it = info_log[step][0]

i = info_log[step][1]

print('w:', w)

plot_flag = False if (it >= 3) and (it % 5 != 0) else True

if plot_flag:

plot_2dline_with_data(X, y, w, title, i)

plt.show()

図12　決定境界を可視化するための関数を定義するPythonコード

import seaborn as sns
import matplotlib as mpl

def plot_decision_boundary(X, y, clf, xylabels=None, palette=None, fig=None, ngrid=50):
  """ 分類器 clf の決定境界を描画 """
  if fig is None: fig = plt.figure(figsize=(5, 5))
  else: plt.figure(fig.number)
  # 2次元空間にグリッド点を準備
  xmin = X.min(axis=0)  # 各列の最小値
  xmax = X.max(axis=0)  # 各列の最大値
  xstep = [(xmax[j]-xmin[j]) / ngrid for j in range(2)]  # グリッドのステップ幅
  xmin = [xmin[j] - 8*xstep[j] for j in range(2)]  # 少し広めに
  xmax = [xmax[j] + 8*xstep[j] for j in range(2)]
  aranges = [np.arange(xmin[j], xmax[j] + xstep[j], xstep[j]) for j in range(2)]
  x0grid, x1grid = np.meshgrid(*aranges)
  # 各グリッド点でクラスを判定
  y_pred = clf.predict(np.c_[x0grid.ravel(), x1grid.ravel()])
  y_pred = y_pred.reshape(x0grid.shape)  # 2次元へ
  y_pred = np.searchsorted(np.unique(y_pred), y_pred)  # 値をindexへ
  clist = palette.values() if type(palette) is dict else palette
  cmap = mpl.colors.ListedColormap(clist) if palette is not None else None
  plt.contourf(x0grid, x1grid, y_pred, alpha=0.3, cmap=cmap)
  sns.scatterplot(x=X[:, 0], y=X[:, 1], hue=y, palette=palette)
  plt.legend()
  plt.xlim([xmin[0], xmax[0]])
  plt.ylim([xmin[1], xmax[1]])
  if xylabels is not None:
    plt.xlabel(xylabels[0])
    plt.ylabel(xylabels[1])
  return fig

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import seaborn as sns

import matplotlib as mpl

def plot_decision_boundary(X, y, clf, xylabels=None, palette=None, fig=None, ngrid=50):

""" 分類器 clf の決定境界を描画 """

if fig is None: fig = plt.figure(figsize=(5, 5))

else: plt.figure(fig.number)

# 2次元空間にグリッド点を準備

xmin = X.min(axis=0) # 各列の最小値

xmax = X.max(axis=0) # 各列の最大値

xstep = [(xmax[j]-xmin[j]) / ngrid for j in range(2)] # グリッドのステップ幅

xmin = [xmin[j] - 8*xstep[j] for j in range(2)] # 少し広めに

xmax = [xmax[j] + 8*xstep[j] for j in range(2)]

aranges = [np.arange(xmin[j], xmax[j] + xstep[j], xstep[j]) for j in range(2)]

x0grid, x1grid = np.meshgrid(*aranges)

# 各グリッド点でクラスを判定

y_pred = clf.predict(np.c_[x0grid.ravel(), x1grid.ravel()])

y_pred = y_pred.reshape(x0grid.shape) # 2次元へ

y_pred = np.searchsorted(np.unique(y_pred), y_pred) # 値をindexへ

clist = palette.values() if type(palette) is dict else palette

cmap = mpl.colors.ListedColormap(clist) if palette is not None else None

plt.contourf(x0grid, x1grid, y_pred, alpha=0.3, cmap=cmap)

sns.scatterplot(x=X[:, 0], y=X[:, 1], hue=y, palette=palette)

plt.legend()

plt.xlim([xmin[0], xmax[0]])

plt.ylim([xmin[1], xmax[1]])

if xylabels is not None:

plt.xlabel(xylabels[0])

plt.ylabel(xylabels[1])

return fig

図13　多層パーセプトロンによる学習をするPythonコード

from sklearn.neural_network import MLPClassifier

clf = MLPClassifier(hidden_layer_sizes=3, learning_rate_init=0.05, random_state=0)
# XORデータの準備
xor_flag = True  # True: XOR,  False: AND
X, y = get_fourpoints(xor_flag)  # 学習データを取得
print(f' X:\n{X},\n y: {y}')
clf.fit(X, y)  # 学習（誤差逆伝播法）の実行
plot_decision_boundary(X, y, clf)  # 決定境界
plt.show()

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from sklearn.neural_network import MLPClassifier

clf = MLPClassifier(hidden_layer_sizes=3, learning_rate_init=0.05, random_state=0)

# XORデータの準備

xor_flag = True # True: XOR, False: AND

X, y = get_fourpoints(xor_flag) # 学習データを取得

print(f' X:\n{X},\n y: {y}')

clf.fit(X, y) # 学習（誤差逆伝播法）の実行

plot_decision_boundary(X, y, clf) # 決定境界

plt.show()

図15　学習曲線や結合荷重などを表示するPythonコード

# 学習曲線の表示
plt.plot(range(1, clf.n_iter_ + 1), clf.loss_curve_)
plt.xlabel('Epoch')
plt.ylabel('Loss')
plt.ylim(0,)
plt.show()
# 構造を確認
print('n_outputs:', clf.n_outputs_)  # 出力層の素子数
print('n_layers (with input layer):', clf.n_layers_)  # 入力層を含めた層の数
# 結合荷重
print('coefs:\n', clf.coefs_)  # バイアス項以外の結合荷重（行列のリスト）
print('intercepts:\n', clf.intercepts_)  # バイアス項（ベクトルのリスト）

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# 学習曲線の表示

plt.plot(range(1, clf.n_iter_ + 1), clf.loss_curve_)

plt.xlabel('Epoch')

plt.ylabel('Loss')

plt.ylim(0,)

plt.show()

# 構造を確認

print('n_outputs:', clf.n_outputs_) # 出力層の素子数

print('n_layers (with input layer):', clf.n_layers_) # 入力層を含めた層の数

# 結合荷重

print('coefs:\n', clf.coefs_) # バイアス項以外の結合荷重（行列のリスト）

print('intercepts:\n', clf.intercepts_) # バイアス項（ベクトルのリスト）

図17　Breast Cancerデータセットの準備をするPythonコード

from sklearn.datasets import load_breast_cancer
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.metrics import roc_curve, roc_auc_score
from sklearn.preprocessing import StandardScaler

data = load_breast_cancer()  # データセット読み込み
X_orig = data['data']
y = 1 - data['target']  # 悪性を1、良性を0とする正解ラベル
X = X_orig[:, :10]  # 一部の特徴量を利用する
# 訓練データとテストデータに2分割する（検証データは今回は切り分けない）
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2,
                                                    random_state=1)
# ROCカーブの表示用に関数を準備
def plot_roc(fpr, tpr, marker=None):
    plt.figure(figsize=(5, 5))
    plt.plot(fpr, tpr, marker=marker)
    plt.xlabel('False Positive Rate')
    plt.ylabel('True Positive Rate')
    plt.grid()

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from sklearn.datasets import load_breast_cancer

from sklearn.model_selection import train_test_split

from sklearn.metrics import roc_curve, roc_auc_score

from sklearn.preprocessing import StandardScaler

data = load_breast_cancer() # データセット読み込み

X_orig = data['data']

y = 1 - data['target'] # 悪性を1、良性を0とする正解ラベル

X = X_orig[:, :10] # 一部の特徴量を利用する

# 訓練データとテストデータに2分割する（検証データは今回は切り分けない）

X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2,

random_state=1)

# ROCカーブの表示用に関数を準備

def plot_roc(fpr, tpr, marker=None):

plt.figure(figsize=(5, 5))

plt.plot(fpr, tpr, marker=marker)

plt.xlabel('False Positive Rate')

plt.ylabel('True Positive Rate')

plt.grid()

図18　Breast Cancerデータセットによる学習と評価をするPythonコード

clf = MLPClassifier(hidden_layer_sizes=(5, 3), learning_rate_init=0.005, random_state=1)
with_scaling = False  # （★）標準化するか否か
if with_scaling:  # 標準化によるスケーリングあり
  scaler = StandardScaler().fit(X_train)  # 訓練データで平均と標準偏差を求める
  Xscaled_train = scaler.transform(X_train)  # X_train -> Xscaled_train
  Xscaled_test = scaler.transform(X_test)  # X_test -> Xscaled_test
  clf.fit(Xscaled_train, y_train)  # 学習
  y_proba_train = clf.predict_proba(Xscaled_train)  # 訓練データで事後確率予測
  y_proba_test = clf.predict_proba(Xscaled_test)  # テストデータ事後確率予測
else:  # 標準化なし（そのまま）
  clf.fit(X_train, y_train)  # 学習
  y_proba_train = clf.predict_proba(X_train)  # 訓練データで事後確率予測
  y_proba_test = clf.predict_proba(X_test)  # テストデータ事後確率予測
# テストデータに対するROCカーブ
fpr, tpr, threshold = roc_curve(y_test, y_proba_test[:, 1])
plot_roc(fpr, tpr)
plt.show()
# 訓練・テストデータのAUC（Area Under the Curve）スコア
print('AUC (train):', roc_auc_score(y_train, y_proba_train[:, 1]))
print('AUC (test):', roc_auc_score(y_test, y_proba_test[:, 1]))

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clf = MLPClassifier(hidden_layer_sizes=(5, 3), learning_rate_init=0.005, random_state=1)

with_scaling = False # （★）標準化するか否か

if with_scaling: # 標準化によるスケーリングあり

scaler = StandardScaler().fit(X_train) # 訓練データで平均と標準偏差を求める

Xscaled_train = scaler.transform(X_train) # X_train -> Xscaled_train

Xscaled_test = scaler.transform(X_test) # X_test -> Xscaled_test

clf.fit(Xscaled_train, y_train) # 学習

y_proba_train = clf.predict_proba(Xscaled_train) # 訓練データで事後確率予測

y_proba_test = clf.predict_proba(Xscaled_test) # テストデータ事後確率予測

else: # 標準化なし（そのまま）

clf.fit(X_train, y_train) # 学習

y_proba_train = clf.predict_proba(X_train) # 訓練データで事後確率予測

y_proba_test = clf.predict_proba(X_test) # テストデータ事後確率予測

# テストデータに対するROCカーブ

fpr, tpr, threshold = roc_curve(y_test, y_proba_test[:, 1])

plot_roc(fpr, tpr)

plt.show()

# 訓練・テストデータのAUC（Area Under the Curve）スコア

print('AUC (train):', roc_auc_score(y_train, y_proba_train[:, 1]))

print('AUC (test):', roc_auc_score(y_test, y_proba_test[:, 1]))

図21　PyTorchによる画像認識の準備をするPythonコード

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
import torchvision
from torchvision import datasets
from torchvision import transforms as transforms
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# GPUが使えるか否かでデータの転送先を指定
device = 'cuda:0' if torch.cuda.is_available() else 'cpu'
img_mean, img_std = (0.1307, 0.3081)  # 画素値の標準化用
# 標準化などの前処理を設定
trans = transforms.Compose([
  transforms.ToTensor(),
  transforms.Normalize((img_mean,), (img_std,))
])
# データセットのダウンロード
rootdir = './data'  # ダウンロード先
train_dataset = datasets.MNIST(root=rootdir, train=True,
  transform=trans, download=True)
test_dataset = datasets.MNIST(root=rootdir, train=False,
  transform=trans, download=True)
# データを読み込む専用のクラスDataLoaderを準備
batch_size = 32
train_loader = torch.utils.data.DataLoader(
  dataset=train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True)
test_loader = torch.utils.data.DataLoader(
  dataset=test_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=False)
# クラス情報
num_classes = len(train_dataset.classes)
cls_names = [f'{i}' for i in range (num_classes)]
# 画像表示用の関数を定義しておく
def tensor_imshow(img, title=None):
  """ Tensorを画像として表示 """
  img = img.numpy().transpose((1, 2, 0))  # (C,H,W)->(H,W,C)
  img = img_std * img + img_mean
  plt.imshow(np.clip(img, 0, 1))
  if title is not None:
    plt.title(title)
  plt.show()
def test_with_examples(model, loader):
  """ loaderのミニバッチの画像を予測結果と共にグリッド表示
    model: 予測に用いるニューラルネット
    loader: DataLoader
  """
  model.eval()  # 推論モード
  with torch.no_grad():  # 推論のみ（勾配計算なし）
    imgs, labels = next(iter(loader))  # ミニバッチ取得
    imgs_in = imgs.view(-1, imgs.shape[2]*imgs.shape[3])
    outputs = model(imgs_in.to(device))  # 順伝播による推論
  _, pred = torch.max(outputs, 1)  # 予測ラベル
  grid = torchvision.utils.make_grid(imgs)  # グリッド画像生成
  title_str1 = '\n'.join(
    [', '.join([cls_names[y] for y in x]) 
      for x in pred.view(-1, 8).tolist()])
  title_str2 = '\n'.join(
    [', '.join([cls_names[y] for y in x]) 
      for x in labels.view(-1, 8).tolist()])
  tensor_imshow(grid, title='Predicted classes:\n'
    + f'{title_str1}\n\nTrue classes:\n{title_str2}\n')
# 訓練データ例の表示
print('\n--- Training data (example) ---\n')
imgs, labels = next(iter(train_loader))
grid = torchvision.utils.make_grid(imgs)
title_str = '\n'.join([', '.join([cls_names[y] for y in x])
  for x in labels.view(-1, 8).tolist()])
tensor_imshow(grid, title=f'True classes:\n{title_str}\n')
# ニューラルネットの構造を定義
class Net(nn.Module):
  def __init__(self):
    super(Net, self).__init__()
    self.fc1 = nn.Linear(28*28, 512)
    self.fc2 = nn.Linear(512, 256)
    self.fc3 = nn.Linear(256, num_classes)
  def forward(self, x):
    x = F.relu(self.fc1(x))
    x = F.relu(self.fc2(x))
    x = self.fc3(x)  # 活性化関数なし（損失関数側でsoftmax）
    return x
net = Net()  # インスタンス生成
net = net.to(device)  # モデルをGPUへ転送（もしGPUがあれば）
# 学習前にテストデータを入力してみる
print('\n--- Result BEFORE training ---\n')
test_with_examples(net, test_loader)

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import torch

import torch.nn as nn

import torch.nn.functional as F

import torchvision

from torchvision import datasets

from torchvision import transforms as transforms

import matplotlib.pyplot as plt

import numpy as np

# GPUが使えるか否かでデータの転送先を指定

device = 'cuda:0' if torch.cuda.is_available() else 'cpu'

img_mean, img_std = (0.1307, 0.3081) # 画素値の標準化用

# 標準化などの前処理を設定

trans = transforms.Compose([

transforms.ToTensor(),

transforms.Normalize((img_mean,), (img_std,))

])

# データセットのダウンロード

rootdir = './data' # ダウンロード先

train_dataset = datasets.MNIST(root=rootdir, train=True,

transform=trans, download=True)

test_dataset = datasets.MNIST(root=rootdir, train=False,

transform=trans, download=True)

# データを読み込む専用のクラスDataLoaderを準備

batch_size = 32

train_loader = torch.utils.data.DataLoader(

dataset=train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True)

test_loader = torch.utils.data.DataLoader(

dataset=test_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=False)

# クラス情報

num_classes = len(train_dataset.classes)

cls_names = [f'{i}' for i in range (num_classes)]

# 画像表示用の関数を定義しておく

def tensor_imshow(img, title=None):

""" Tensorを画像として表示 """

img = img.numpy().transpose((1, 2, 0)) # (C,H,W)->(H,W,C)

img = img_std * img + img_mean

plt.imshow(np.clip(img, 0, 1))

if title is not None:

plt.title(title)

plt.show()

def test_with_examples(model, loader):

""" loaderのミニバッチの画像を予測結果と共にグリッド表示

model: 予測に用いるニューラルネット

loader: DataLoader

"""

model.eval() # 推論モード

with torch.no_grad(): # 推論のみ（勾配計算なし）

imgs, labels = next(iter(loader)) # ミニバッチ取得

imgs_in = imgs.view(-1, imgs.shape[2]*imgs.shape[3])

outputs = model(imgs_in.to(device)) # 順伝播による推論

_, pred = torch.max(outputs, 1) # 予測ラベル

grid = torchvision.utils.make_grid(imgs) # グリッド画像生成

title_str1 = '\n'.join(

[', '.join([cls_names[y] for y in x])

for x in pred.view(-1, 8).tolist()])

title_str2 = '\n'.join(

[', '.join([cls_names[y] for y in x])

for x in labels.view(-1, 8).tolist()])

tensor_imshow(grid, title='Predicted classes:\n'

+ f'{title_str1}\n\nTrue classes:\n{title_str2}\n')

# 訓練データ例の表示

print('\n--- Training data (example) ---\n')

imgs, labels = next(iter(train_loader))

grid = torchvision.utils.make_grid(imgs)

title_str = '\n'.join([', '.join([cls_names[y] for y in x])

for x in labels.view(-1, 8).tolist()])

tensor_imshow(grid, title=f'True classes:\n{title_str}\n')

# ニューラルネットの構造を定義

class Net(nn.Module):

def __init__(self):

super(Net, self).__init__()

self.fc1 = nn.Linear(28*28, 512)

self.fc2 = nn.Linear(512, 256)

self.fc3 = nn.Linear(256, num_classes)

def forward(self, x):

x = F.relu(self.fc1(x))

x = F.relu(self.fc2(x))

x = self.fc3(x) # 活性化関数なし（損失関数側でsoftmax）

return x

net = Net() # インスタンス生成

net = net.to(device) # モデルをGPUへ転送（もしGPUがあれば）

# 学習前にテストデータを入力してみる

print('\n--- Result BEFORE training ---\n')

test_with_examples(net, test_loader)

図22　PyTorchによるニューラルネットの学習と結果表示をするPythonコード

# 損失関数（softmax + cross entropy）
criterion = nn.CrossEntropyLoss()
# 最適化手法の選択
optimizer = torch.optim.SGD(net.parameters(), lr=0.01)
# 学習のループ
num_epochs = 5
train_loss_log = []
train_acc_log = []
for epoch in range(num_epochs):
  print(f'Epoch {epoch + 1}/{num_epochs}\n', '-' * 10)
  # 訓練フェーズ
  sum_loss, sum_ok = [0.0, 0]
  for inputs, labels in train_loader:  # ミニバッチ入力
    inputs = inputs.view(-1, 28*28).to(device)
    labels = labels.to(device)  # deviceに転送
    outputs = net(inputs)  # 順伝播
    loss = criterion(outputs, labels)  # 損失計算
    optimizer.zero_grad()  # 勾配をクリア
    loss.backward()  # 誤差逆伝播
    optimizer.step()  # パラメータ更新
    # ミニバッチの評価値（1バッチ分）を計算
    _, preds = torch.max(outputs, 1)  # 予測ラベル
    sum_loss += loss.item() * inputs.size(0)  # 損失
    sum_ok += torch.sum(preds == labels.data)  # 正解数
  # 1エポック分の評価値を計算
  e_loss = sum_loss / len(train_dataset)  # 平均損失
  e_acc = sum_ok.cpu().double() / len(train_dataset)  # 正解率
  print(f'Loss: {e_loss:.4f} Acc: {e_acc:.4f}')
  train_loss_log.append(e_loss)
  train_acc_log.append(e_acc)
# 学習曲線をプロット
fig = plt.figure(figsize=(12, 6))
fig.add_subplot(121)  # 損失
plt.plot(range(1, num_epochs + 1), train_loss_log, '.-')
plt.title('Training data')
plt.xlabel('Epoch')
plt.ylabel('Loss')
plt.ylim(0)
fig.add_subplot(122)  # 正解率
plt.plot(range(1, num_epochs + 1), train_acc_log, '.-')
plt.title('Training data')
plt.xlabel('Epoch')
plt.ylabel('Accuracy')
plt.show()
# テストデータを入力してみる
print('\n--- Result AFTER training ---\n')
test_with_examples(net, test_loader)

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# 損失関数（softmax + cross entropy）

criterion = nn.CrossEntropyLoss()

# 最適化手法の選択

optimizer = torch.optim.SGD(net.parameters(), lr=0.01)

# 学習のループ

num_epochs = 5

train_loss_log = []

train_acc_log = []

for epoch in range(num_epochs):

print(f'Epoch {epoch + 1}/{num_epochs}\n', '-' * 10)

# 訓練フェーズ

sum_loss, sum_ok = [0.0, 0]

for inputs, labels in train_loader: # ミニバッチ入力

inputs = inputs.view(-1, 28*28).to(device)

labels = labels.to(device) # deviceに転送

outputs = net(inputs) # 順伝播

loss = criterion(outputs, labels) # 損失計算

optimizer.zero_grad() # 勾配をクリア

loss.backward() # 誤差逆伝播

optimizer.step() # パラメータ更新

# ミニバッチの評価値（1バッチ分）を計算

_, preds = torch.max(outputs, 1) # 予測ラベル

sum_loss += loss.item() * inputs.size(0) # 損失

sum_ok += torch.sum(preds == labels.data) # 正解数

# 1エポック分の評価値を計算

e_loss = sum_loss / len(train_dataset) # 平均損失

e_acc = sum_ok.cpu().double() / len(train_dataset) # 正解率

print(f'Loss: {e_loss:.4f} Acc: {e_acc:.4f}')

train_loss_log.append(e_loss)

train_acc_log.append(e_acc)

# 学習曲線をプロット

fig = plt.figure(figsize=(12, 6))

fig.add_subplot(121) # 損失

plt.plot(range(1, num_epochs + 1), train_loss_log, '.-')

plt.title('Training data')

plt.xlabel('Epoch')

plt.ylabel('Loss')

plt.ylim(0)

fig.add_subplot(122) # 正解率

plt.plot(range(1, num_epochs + 1), train_acc_log, '.-')

plt.title('Training data')

plt.xlabel('Epoch')

plt.ylabel('Accuracy')

plt.show()

# テストデータを入力してみる

print('\n--- Result AFTER training ---\n')

test_with_examples(net, test_loader)

Raspberry Piを100%活用しよう（Vol.77掲載）

投稿日：2022.03.25　｜　カテゴリー：　コード

筆者：米田聡

小型コンピュータボード「Raspberry Pi」（ラズパイ）向けにさまざまな拡張ボードが発売されています。その拡張ボードとラズパイを組み合わせれば、ラズパイでいろいろなことが簡単に試せます。第10回は、サーボモーターを制御できる拡張基板を扱います。

シェルスクリプトマガジン Vol.77は以下のリンク先でご購入できます。

図6　チャンネル1に接続したSG90を動かすサンプルプログラム（sv.py）

import smbus, SVO
import time

servo = SVO.SVO()

#init

servo.Servo_Switch('b', '0')         # 両チャンネルオフ
servo.Set_servo_cycle('20000')       # PWMピリオド20ミリ秒
servo.Set_servo_duty_min('b','500')  # 最小デューティサイクル0.5ミリ秒
servo.Set_servo_duty_max('b','2400') # 最大デューティサイクル2.4ミリ秒
servo.Set_servo_duty('b', '500')     # -90度に初期化
servo.Set_servo_Write()              # 初期値を書き込み

# 作動
servo.Servo_Switch('b', '1')         # 両チャンネルオン
time.sleep(3)

for r in range(10, 190, 10):         # 10度から180度まで
    print("r=" + str(r))
    sval = str(int( r*1900/180 + 500 ))
    servo.Set_servo_duty('1', sval)
    servo.Set_servo_Write()
    time.sleep(3)

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import smbus, SVO

import time

servo = SVO.SVO()

#init

servo.Servo_Switch('b', '0') # 両チャンネルオフ

servo.Set_servo_cycle('20000') # PWMピリオド20ミリ秒

servo.Set_servo_duty_min('b','500') # 最小デューティサイクル0.5ミリ秒

servo.Set_servo_duty_max('b','2400') # 最大デューティサイクル2.4ミリ秒

servo.Set_servo_duty('b', '500') # -90度に初期化

servo.Set_servo_Write() # 初期値を書き込み

# 作動

servo.Servo_Switch('b', '1') # 両チャンネルオン

time.sleep(3)

for r in range(10, 190, 10): # 10度から180度まで

print("r=" + str(r))

sval = str(int( r*1900/180 + 500 ))

servo.Set_servo_duty('1', sval)

servo.Set_servo_Write()

time.sleep(3)

特別企画 ESP32とラズパイで作る本格IoT（Vol.77記載）

投稿日：2022.03.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：魔法少女

マイコン「ESP32」と小型コンピュータ「Raspberry Pi」を使って本格的なIoT（モノのインターネット）環境を構築してみましょう。本企画では、五つの会議室の温度、湿度、利用状況を監視・分析し、会議室内の電源を制御するシステムを構築します。

シェルスクリプトマガジン Vol.77は以下のリンク先でご購入できます。

図4　ユーザー名とパスワードの生成スクリプト（user_create.sh）

#!/bin/sh

tee ~/confer_pw.txt << EOF > /dev/null
pub1:passwd1
pub2:passwd2
pub3:passwd3
pub4:passwd4
pub5:passwd5
sub1:passwd6
EOF
for i in $(seq 6)
do
sed -i -e "s|passwd${i}|$(pwgen 8 1)|" ~/confer_pw.txt
done

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#!/bin/sh

tee ~/confer_pw.txt << EOF > /dev/null

pub1:passwd1

pub2:passwd2

pub3:passwd3

pub4:passwd4

pub5:passwd5

sub1:passwd6

EOF

for i in $(seq 6)

do

sed -i -e "s|passwd${i}|$(pwgen 8 1)|" ~/confer_pw.txt

done

図5　Eclipse Mosquittoの認証設定スクリプト（mosquitto_setting.sh）

#!/bin/sh

sudo cp ~/confer_pw.txt /etc/mosquitto/confer_pwfile
sudo mosquitto_passwd -U /etc/mosquitto/confer_pwfile
sudo tee /etc/mosquitto/conf.d/confer.conf << EOF > /dev/null
listener 1883
allow_anonymous false
password_file /etc/mosquitto/confer_pwfile
EOF
sudo systemctl reload mosquitto

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#!/bin/sh

sudo cp ~/confer_pw.txt /etc/mosquitto/confer_pwfile

sudo mosquitto_passwd -U /etc/mosquitto/confer_pwfile

sudo tee /etc/mosquitto/conf.d/confer.conf << EOF > /dev/null

listener 1883

allow_anonymous false

password_file /etc/mosquitto/confer_pwfile

EOF

sudo systemctl reload mosquitto

図7　サブスクライバのプログラム（subscriber.py)

#!/bin/env python3

import paho.mqtt.client as mqtt
import time

##
mqtt_topic = "confer/#"
csv_file = "./room1.csv"
subscriber_username = "sub1"
subscriber_password = "IBehie1h"
broker_hostname = "localhost"

##
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    print("Connected with result code "+str(rc))
    client.subscribe(mqtt_topic)

def on_message(client, userdata, msg):
    now_unixtime = time.time()
    iot_device = msg.topic + "," + str(msg.payload, encoding='utf-8', errors='replace') + "," + str(now_unixtime)
    print(iot_device)
    with open(csv_file, mode='a') as f:
        f.write(iot_device + "\n")

##
client = mqtt.Client()
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message
client.username_pw_set(username=subscriber_username, password=subscriber_password)
client.connect(broker_hostname)
client.loop_forever()

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#!/bin/env python3

import paho.mqtt.client as mqtt

import time

##

mqtt_topic = "confer/#"

csv_file = "./room1.csv"

subscriber_username = "sub1"

subscriber_password = "IBehie1h"

broker_hostname = "localhost"

##

def on_connect(client, userdata, flags, rc):

print("Connected with result code "+str(rc))

client.subscribe(mqtt_topic)

def on_message(client, userdata, msg):

now_unixtime = time.time()

iot_device = msg.topic + "," + str(msg.payload, encoding='utf-8', errors='replace') + "," + str(now_unixtime)

print(iot_device)

with open(csv_file, mode='a') as f:

f.write(iot_device + "\n")

##

client = mqtt.Client()

client.on_connect = on_connect

client.on_message = on_message

client.username_pw_set(username=subscriber_username, password=subscriber_password)

client.connect(broker_hostname)

client.loop_forever()

図24　ESP32搭載ボートの起動時に無線LANに接続するプログラム（boot.py）

import network

SSID = 'USP_OFFICE_B'
PASSWORD = 'uspuspusp1234'

wlan_if = network.WLAN(network.STA_IF)
wlan_if.active(True)
wlan_if.connect(SSID, PASSWORD)

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import network

SSID = 'USP_OFFICE_B'

PASSWORD = 'uspuspusp1234'

wlan_if = network.WLAN(network.STA_IF)

wlan_if.active(True)

wlan_if.connect(SSID, PASSWORD)

図25　パブリッシャのプログラム（main.py）

import time
import dht
from machine import Pin
from umqtt.simple import MQTTClient

mqtt_topic = "confer/room1"
publisher_username = "pub1"
publisher_password = "パスワード"
publisher_id = "room1_esp32"
broker_address = "192.168.1.100"
interval_time = "1"

hf_sensor = Pin(5, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
th_sensor = dht.DHT11(Pin(22))

time.sleep(5)

while True:
  value1 = hf_sensor.value()
  th_sensor.measure()
  value2 = th_sensor.temperature()
  value3 = th_sensor.humidity()
  iot_value = str(value1)+","+str(value2)+","+str(value3)
  print(iot_value)
  publisher = MQTTClient(publisher_id,broker_address,user=publisher_username,password=publisher_password)
  publisher.connect()
  publisher.publish(mqtt_topic, msg=iot_value)
  publisher.disconnect()
  time.sleep(int(interval_time))

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import time

import dht

from machine import Pin

from umqtt.simple import MQTTClient

mqtt_topic = "confer/room1"

publisher_username = "pub1"

publisher_password = "パスワード"

publisher_id = "room1_esp32"

broker_address = "192.168.1.100"

interval_time = "1"

hf_sensor = Pin(5, Pin.IN, Pin.PULL_UP)

th_sensor = dht.DHT11(Pin(22))

time.sleep(5)

while True:

value1 = hf_sensor.value()

th_sensor.measure()

value2 = th_sensor.temperature()

value3 = th_sensor.humidity()

iot_value = str(value1)+","+str(value2)+","+str(value3)

print(iot_value)

publisher = MQTTClient(publisher_id,broker_address,user=publisher_username,password=publisher_password)

publisher.connect()

publisher.publish(mqtt_topic, msg=iot_value)

publisher.disconnect()

time.sleep(int(interval_time))

特集1 AWKプログラミング入門（Vol.77記載）

投稿日：2022.03.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：斉藤博文

シェルスクリプトで複雑なテキストデータ処理を実行する場合、「AWK」（オーク）というプログラミング言語が利用されます。AWKの処理系（実行環境）はとても小さく、シェルスクリプトと組み合わせて使うのに適しています。本特集では、このAWKのプログラミングを分かりやすく解説します。

シェルスクリプトマガジン Vol.77は以下のリンク先でご購入できます。

図8　ユーザー定義関数「factorial」の実装例

{
    print factorial($0);
}

function factorial(n,    i, ret) {
    ret = 1;

    for (i = 1; i <= n; i++) {
        ret *= i
    }

    return ret;
}

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{

print factorial($0);

}

function factorial(n, i, ret) {

ret = 1;

for (i = 1; i <= n; i++) {

ret *= i

}

return ret;

}

図9　改変した階乗処理のAWKプログラム（factorial.awk）

BEGIN {
    n = n ? n : 5;

    print factorial(n);
}

function factorial(n) {
    ret = 1;

    for (i = 1; i <= n; i++) {
        ret *= i
    }

    return ret;
}

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BEGIN {

n = n ? n : 5;

print factorial(n);

}

function factorial(n) {

ret = 1;

for (i = 1; i <= n; i++) {

ret *= i

}

return ret;

}

シェルスクリプトマガジンvol.77 Web掲載記事まとめ

投稿日：2022.03.25　｜　カテゴリー：　コード

004　レポート　古いPC向けOS「Chrome OS Flex」
005　レポート　WebブラウザでDebianが動作
006　NEWS FLASH
008　特集1　AWKプログラミング入門/斉藤博文　コード掲載
017　Hello Nogyo!
018　特集2　MIRACLE LINUXという選択肢/弦本春樹
022　特集3　デスクトップ版Power Automateを活用しよう/三沢友治
032　特別企画　ESP32とラズパイで作る本格IoT/魔法少女　コード掲載
050　先端技術　量子コンピュータ
052　Raspberry Piを100%活用しよう/米田聡　コード掲載
056　機械学習ことはじめ/川嶋宏彰　コード掲載
068　Pythonあれこれ/飯尾淳　コード掲載
074　JSON/桑原滝弥、イケヤシロウ
076　中小企業手作りIT化奮戦記/菅雄一
080　法林浩之のFIGHTING TALKS/法林浩之
082　タイ語から分かる現地生活/つじみき
088　香川大学SLPからお届け！/石上椋一　コード掲載
094　Bash入門/大津真
104　Techパズル/gori.sh
105　コラム「ユニケージ流の業務システム開発」/シェル魔人

Vol.77

投稿日：2022.03.25　｜　カテゴリー：　バックナンバー

　シェルスクリプトで複雑なテキストデータ処理を行う場合によく使われるのが「AWK」（オーク）というプログラミング言語です。AWKは、1977年という古い時代からあり、シェルスクリプトとの親和性が良い点から現在も利用されています。特集1では、このAWKのプログラミングを初めての人でも分かりやすいように解説しています。
　2021年末にRed Hat Enterprise Linux（RHEL） 8互換の無料OSである「CentOS Linux（CentOS） 8」の開発およびサポートが終了しました。今後、業務システムなどでCentOSを使い続けることが難しい状況になっています。特集2では、CentOSの代替となる「MIRACLE LINUX」を紹介しました。国内開発のMIRACLE LINUXで、CentOSからの安心でスムーズな移行を実現しましょう。
　人間が行っていた業務処理などを自動化する技術である「RPA」（Robotic Process Automation）は、まだまだ注目されています。このRPAですが、昨年3月にマイクロソフトが無料提供を開始した「Power Automate for Desktop」により身近なものになりました。特集3では、Power Automate for Desktopの機能や使い方を分かりやすく解説しています。RPAはどのようなもので、どのように構築すればよいのかを、Power Automate for Desktopから学びましょう。
　このほか、特別企画では、マイコン「ESP32」と小型コンピュータボード「Raspberry Pi」を使って、五つの会議室の状態を監視するIoT環境の構築方法を紹介しています。IoTによく利用される「MQTT」（Message Queueing Telemetry Transport）のプロトコルを用いています。さまざまなIoT環境に応用してください。
　今回も読み応え十分のシェルスクリプトマガジン Vol.77。お見逃しなく!

※記事掲載のコードはこちら。記事の補足情報はこちら

※読者アンケートはこちら

Vol.77 補足情報

投稿日：2022.03.25　｜　カテゴリー：　コード

特別企画　ESP32とラズパイで作る本格IoT

　p.41の左側中央にある「>>> upip,install(‘umqtt.simple’)」の「,」（カンマ）は「.」（ピリオド）の誤りです。お詫びして訂正します。

>>> upip.install('umqtt.simple')

1	>>> upip.install('umqtt.simple')

　p.47の右側中央やや上にある「最後の「COM5」がCOM番号です。「5」の数字は、使っているパソコンの環境によって変わりますので、」の「COM5」は「COM9」、「5」は「9」の誤りです。お詫びして訂正します。

情報は随時更新致します。

特別レポート（Vol.76掲載）

投稿日：2022.01.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：松浦智之

2021年6月2～4日に技術カンファレンス「ソフトウェア・シンポジウム 2021 in 大分」がオンラインで開催されました。筆者が所属するユニバーサル・シェル・プログラミング研究所は、そのカンファレンスに二つの論文を投稿しました。その中で最優秀発表賞に選ばれた「UNIX機におけるIoT機器制御のためのタイミング管理」を紹介します。

シェルスクリプトマガジン Vol.76は以下のリンク先でご購入できます。

図2　シェルスクリプト（Accurate_interval.sh）

#!/bin/bash

i=1
yes | valve -l 5s | while read dummy; do
  wget WebサイトのURL/${i}.txt
  [ $i -ge 100 ] && break
  i=$((i+1))
done

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#!/bin/bash

i=1

yes | valve -l 5s | while read dummy; do

wget WebサイトのURL/${i}.txt

[ $i -ge 100 ] && break

i=$((i+1))

done

Pythonあれこれ（Vol.76掲載）

投稿日：2022.01.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：飯尾淳

本連載では「Pythonを昔から使っているものの、それほど使いこなしてはいない」という筆者が、いろいろな日常業務をPythonで処理することで、立派な「蛇使い」に育つことを目指します。その過程を温かく見守ってください。皆さんと共に勉強していきましょう。第6回は、やや趣向を変えてアルゴリズムを解説します。前半では関数の再帰的定義とその効率化、後半ではソーティングアルゴリズムについて紹介します。

シェルスクリプトマガジン Vol.76は以下のリンク先でご購入できます。

図1　再帰を使わずに階乗を求める関数を定義した例

def factorial(n):
  retvar = 1
  for i in range(n):
    retvar = retvar * i
  return retvar

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def factorial(n):

retvar = 1

for i in range(n):

retvar = retvar * i

return retvar

図4　メモ化アルゴリズムを使って効率化したfib() 関数の定義例

memo = [0] * 100
memo[0] = memo[1] = 1
def fib(n):
  if memo[n-1] == 0: memo[n-1] = fib(n-1)
  if memo[n-2] == 0: memo[n-2] = fib(n-2)
  if memo[n] == 0: memo[n] = memo[n-1] + memo[n-2]
  return memo[n]

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memo = [0] * 100

memo[0] = memo[1] = 1

def fib(n):

if memo[n-1] == 0: memo[n-1] = fib(n-1)

if memo[n-2] == 0: memo[n-2] = fib(n-2)

if memo[n] == 0: memo[n] = memo[n-1] + memo[n-2]

return memo[n]

図7　バブルソートを実施する関数の実装例

def bubble_sort(x):
  y = x[:]
  for i in range(len(y)-1):
    for j in range(len(y)-1,i,-1):
      if y[j-1] > y[j]:
        tmp = y[j-1]; y[j-1] = y[j]; y[j] = tmp
    print(y)
  return y

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def bubble_sort(x):

y = x[:]

for i in range(len(y)-1):

for j in range(len(y)-1,i,-1):

if y[j-1] > y[j]:

tmp = y[j-1]; y[j-1] = y[j]; y[j] = tmp

print(y)

return y

図9　マージソートを実施する関数の実装例

def merge_sort(x):
  retary = []
  if len(x) <= 1:
    retary.extend(x)
  else:
    m = len(x) // 2
    first = merge_sort(x[:m])
    second = merge_sort(x[m:])
    while len(first) > 0 and len(second) > 0:
      retary.append(first.pop(0) \
        if first[0] < second[0] else second.pop(0))
    retary.extend(first if len(first) > 0 else second)
  return retary

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def merge_sort(x):

retary = []

if len(x) <= 1:

retary.extend(x)

else:

m = len(x) // 2

first = merge_sort(x[:m])

second = merge_sort(x[m:])

while len(first) > 0 and len(second) > 0:

retary.append(first.pop(0) \

if first[0] < second[0] else second.pop(0))

retary.extend(first if len(first) > 0 else second)

return retary

図11　ヒープソートを実施する関数の実装例

from heapq import heappush, heappop
　
def heap_sort(x):
  retary = []
  heap = []
  for i in x: heappush(heap, i)
  while len(heap) > 0: retary.append(heappop(heap))
  return retary

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from heapq import heappush, heappop

def heap_sort(x):

retary = []

heap = []

for i in x: heappush(heap, i)

while len(heap) > 0: retary.append(heappop(heap))

return retary

機械学習ことはじめ（Vol.76掲載）

投稿日：2022.01.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：川嶋宏彰

本連載では、機械学習の基礎となるさまざまな手法の仕組みや、それらの手法のPythonでの利用方法を解説していきます。今回は、複数のモデルを束ねて用いるアンサンブル学習について解説します。

シェルスクリプトマガジン Vol.76は以下のリンク先でご購入できます。

図2　データセットの読み込みから、散布図のプロットまでを実施するPythonコード

import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams['font.size'] = 14
penguins = sns.load_dataset('penguins')
# 取り出す特徴量
features = ['bill_depth_mm', 'body_mass_g']  # （★）
# features = ['bill_depth_mm', 'bill_length_mm']  # 取り出す特徴量を変える
# 対象とするペンギン種
target_species = ['Adelie', 'Gentoo']  # （★）
# target_species = ['Adelie', 'Chinstrap', 'Gentoo']  # 3種のペンギンにする
# 今回用いる特徴量をクラスラベルと共に取り出す
df = penguins[['species'] + features].copy()
df.dropna(inplace=True)  # NaN が含まれる行は削除
# 今回用いるペンギン種のみとする
df2 = df[df['species'].isin(target_species)].copy()
print(df2.shape)  # (274, 3) と表示される
# 現在のパレットから用いる種 (target_species) に合わせたパレットを作成
palette = {c: sns.color_palette()[k] for k, c
           in enumerate(df['species'].unique()) if c in target_species}
plt.figure(figsize=(5, 5))
sns.scatterplot(data=df2, x=features[0], y=features[1],
                hue='species', palette=palette)
plt.show()
X = df2[features].values   # 各個体の2次元特徴量（行数=個体数）
y = df2['species'].values  # 各個体のクラスラベル

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import seaborn as sns

import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams['font.size'] = 14

penguins = sns.load_dataset('penguins')

# 取り出す特徴量

features = ['bill_depth_mm', 'body_mass_g'] # （★）

# features = ['bill_depth_mm', 'bill_length_mm'] # 取り出す特徴量を変える

# 対象とするペンギン種

target_species = ['Adelie', 'Gentoo'] # （★）

# target_species = ['Adelie', 'Chinstrap', 'Gentoo'] # 3種のペンギンにする

# 今回用いる特徴量をクラスラベルと共に取り出す

df = penguins[['species'] + features].copy()

df.dropna(inplace=True) # NaN が含まれる行は削除

# 今回用いるペンギン種のみとする

df2 = df[df['species'].isin(target_species)].copy()

print(df2.shape) # (274, 3) と表示される

# 現在のパレットから用いる種 (target_species) に合わせたパレットを作成

palette = {c: sns.color_palette()[k] for k, c

in enumerate(df['species'].unique()) if c in target_species}

plt.figure(figsize=(5, 5))

sns.scatterplot(data=df2, x=features[0], y=features[1],

hue='species', palette=palette)

plt.show()

X = df2[features].values # 各個体の2次元特徴量（行数=個体数）

y = df2['species'].values # 各個体のクラスラベル

図3　決定木による2クラス分類をするPythonコード

import matplotlib as mpl
import numpy as np
from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier, export_text, plot_tree

def plot_decision_boundary(X, y, clf, xylabels=None, palette=None, fig=None, ngrid=50):
  """ 分類器 clf の決定境界を描画 """
  if fig is None: fig = plt.figure(figsize=(5, 5))
  else: plt.figure(fig.number)
  # 2次元空間にグリッド点を準備
  xmin = X.min(axis=0)  # 各列の最小値
  xmax = X.max(axis=0)  # 各列の最大値
  xstep = [(xmax[j]-xmin[j]) / ngrid for j in range(2)]  # グリッドのステップ幅
  xmin = [xmin[j] - 8*xstep[j] for j in range(2)]  # 少し広めに
  xmax = [xmax[j] + 8*xstep[j] for j in range(2)]
  aranges = [np.arange(xmin[j], xmax[j] + xstep[j], xstep[j]) for j in range(2)]
  x0grid, x1grid = np.meshgrid(*aranges)
  # 各グリッド点でクラスを判定
  y_pred = clf.predict(np.c_[x0grid.ravel(), x1grid.ravel()])
  y_pred = y_pred.reshape(x0grid.shape)  # 2次元に
  y_pred = np.searchsorted(np.unique(y_pred), y_pred)  # 値をインデックスに
  clist = palette.values() if type(palette) is dict else palette
  cmap = mpl.colors.ListedColormap(clist) if palette is not None else None
  plt.contourf(x0grid, x1grid, y_pred, alpha=0.3, cmap=cmap)
  sns.scatterplot(x=X[:, 0], y=X[:, 1], hue=y, palette=palette)
  plt.legend()
  plt.xlim([xmin[0], xmax[0]])
  plt.ylim([xmin[1], xmax[1]])
  if xylabels is not None:
    plt.xlabel(xylabels[0])
    plt.ylabel(xylabels[1])
  return fig
# 決定木
max_depth = 2  #（★）木の深さ
clf_dt = DecisionTreeClassifier(max_depth=max_depth)
clf_dt.fit(X, y)  # 学習
# 決定境界を可視化
plot_decision_boundary(X, y, clf_dt, features, palette)
plt.show()
# 決定木をテキストで表示
tree_text = export_text(clf_dt)
print(tree_text)
# 木の可視化
plt.figure(figsize=(10, 8))
plot_tree(clf_dt, class_names=target_species, feature_names=features)
plt.show()

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import matplotlib as mpl

import numpy as np

from sklearn.tree import DecisionTreeClassifier, export_text, plot_tree

def plot_decision_boundary(X, y, clf, xylabels=None, palette=None, fig=None, ngrid=50):

""" 分類器 clf の決定境界を描画 """

if fig is None: fig = plt.figure(figsize=(5, 5))

else: plt.figure(fig.number)

# 2次元空間にグリッド点を準備

xmin = X.min(axis=0) # 各列の最小値

xmax = X.max(axis=0) # 各列の最大値

xstep = [(xmax[j]-xmin[j]) / ngrid for j in range(2)] # グリッドのステップ幅

xmin = [xmin[j] - 8*xstep[j] for j in range(2)] # 少し広めに

xmax = [xmax[j] + 8*xstep[j] for j in range(2)]

aranges = [np.arange(xmin[j], xmax[j] + xstep[j], xstep[j]) for j in range(2)]

x0grid, x1grid = np.meshgrid(*aranges)

# 各グリッド点でクラスを判定

y_pred = clf.predict(np.c_[x0grid.ravel(), x1grid.ravel()])

y_pred = y_pred.reshape(x0grid.shape) # 2次元に

y_pred = np.searchsorted(np.unique(y_pred), y_pred) # 値をインデックスに

clist = palette.values() if type(palette) is dict else palette

cmap = mpl.colors.ListedColormap(clist) if palette is not None else None

plt.contourf(x0grid, x1grid, y_pred, alpha=0.3, cmap=cmap)

sns.scatterplot(x=X[:, 0], y=X[:, 1], hue=y, palette=palette)

plt.legend()

plt.xlim([xmin[0], xmax[0]])

plt.ylim([xmin[1], xmax[1]])

if xylabels is not None:

plt.xlabel(xylabels[0])

plt.ylabel(xylabels[1])

return fig

# 決定木

max_depth = 2 #（★）木の深さ

clf_dt = DecisionTreeClassifier(max_depth=max_depth)

clf_dt.fit(X, y) # 学習

# 決定境界を可視化

plot_decision_boundary(X, y, clf_dt, features, palette)

plt.show()

# 決定木をテキストで表示

tree_text = export_text(clf_dt)

print(tree_text)

# 木の可視化

plt.figure(figsize=(10, 8))

plot_tree(clf_dt, class_names=target_species, feature_names=features)

plt.show()

図13　アンサンブル学習された決定木の表示用関数を定義するPythonコード

from sklearn.base import is_classifier

def plot_trees_and_boundaries(clf, X, y):
  # 決定境界を可視化
  plot_decision_boundary(X, y, clf, features, palette)
  plt.show()
  # 各ベースモデル（決定木）を表示
  for i, clf_dt in enumerate(clf.estimators_[:3]):
    print('-' * 10, i, '-' * 10)
    plt.figure(figsize=(10, 8))
    plot_tree(clf_dt, class_names=target_species, feature_names=features)
    plt.show()
    if is_classifier(clf_dt):  # 分類木ならば決定境界を可視化            
      plot_decision_boundary(X, y, clf_dt, features, palette)
      plt.show()

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from sklearn.base import is_classifier

def plot_trees_and_boundaries(clf, X, y):

# 決定境界を可視化

plot_decision_boundary(X, y, clf, features, palette)

plt.show()

# 各ベースモデル（決定木）を表示

for i, clf_dt in enumerate(clf.estimators_[:3]):

print('-' * 10, i, '-' * 10)

plt.figure(figsize=(10, 8))

plot_tree(clf_dt, class_names=target_species, feature_names=features)

plt.show()

if is_classifier(clf_dt): # 分類木ならば決定境界を可視化

plot_decision_boundary(X, y, clf_dt, features, palette)

plt.show()

図14　ランダムフォレストによる分類器の学習をするPythonコード

from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier

clf_rf = RandomForestClassifier(n_estimators=100, random_state=1)
clf_rf.fit(X, y)
plot_trees_and_boundaries(clf_rf, X, y)

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from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier

clf_rf = RandomForestClassifier(n_estimators=100, random_state=1)

clf_rf.fit(X, y)

plot_trees_and_boundaries(clf_rf, X, y)

図16　構成モデルに決定木を用いたバギングをするPythonコード

from sklearn.ensemble import BaggingClassifier

clf_bag = BaggingClassifier(DecisionTreeClassifier(),
                            n_estimators=100, random_state=1)
clf_bag.fit(X, y)

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from sklearn.ensemble import BaggingClassifier

clf_bag = BaggingClassifier(DecisionTreeClassifier(),

n_estimators=100, random_state=1)

clf_bag.fit(X, y)

図18　構成モデルに決定木を用いたアダブーストをするPythonコード

from sklearn.ensemble import AdaBoostClassifier

clf_ada = AdaBoostClassifier(DecisionTreeClassifier(max_depth=2),
                             n_estimators=100)
clf_ada.fit(X, y)
plot_trees_and_boundaries(clf_ada, X, y)

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from sklearn.ensemble import AdaBoostClassifier

clf_ada = AdaBoostClassifier(DecisionTreeClassifier(max_depth=2),

n_estimators=100)

clf_ada.fit(X, y)

plot_trees_and_boundaries(clf_ada, X, y)

図20　構成モデル（回帰木）の数を変えながら勾配ブースティングをするPythonコード

from sklearn.ensemble import GradientBoostingClassifier

for m in [2, 4, 10, 20, 50]:
  clf_gbdt = GradientBoostingClassifier(n_estimators=m)
  clf_gbdt.fit(X, y)  # 学習
  plot_decision_boundary(X, y, clf_gbdt, features, palette)
  plt.title(f'GradientBoosting m = {m}')
  plt.show()

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from sklearn.ensemble import GradientBoostingClassifier

for m in [2, 4, 10, 20, 50]:

clf_gbdt = GradientBoostingClassifier(n_estimators=m)

clf_gbdt.fit(X, y) # 学習

plot_decision_boundary(X, y, clf_gbdt, features, palette)

plt.title(f'GradientBoosting m = {m}')

plt.show()

図22　XGBoost による学習をするPythonコード

from xgboost import XGBClassifier

# クラスラベルを整数0、1、2に変換
y_int = df2['species'].map({'Adelie': 0, 'Chinstrap': 1, 'Gentoo': 2}).values
clf_xgb = XGBClassifier(use_label_encoder=False, eval_metric='mlogloss')
clf_xgb.fit(X, y_int)
plot_decision_boundary(X, y, clf_xgb, features, palette)
plt.show()

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from xgboost import XGBClassifier

# クラスラベルを整数0、1、2に変換

y_int = df2['species'].map({'Adelie': 0, 'Chinstrap': 1, 'Gentoo': 2}).values

clf_xgb = XGBClassifier(use_label_encoder=False, eval_metric='mlogloss')

clf_xgb.fit(X, y_int)

plot_decision_boundary(X, y, clf_xgb, features, palette)

plt.show()

Raspberry Piを100%活用しよう（Vol.76掲載）

投稿日：2022.01.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：米田聡

小型コンピュータボード「Raspberry Pi」（ラズパイ）向けにさまざまな拡張ボードが発売されています。その拡張ボードとラズパイを組み合わせれば、ラズパイでいろいろなことが簡単に試せます。第9回は、人感センサーを搭載する拡張基板を扱います。

シェルスクリプトマガジン Vol.76は以下のリンク先でご購入できます。

図3　焦電赤外線センサ拡張基板のサンプルプログラム（ADRSZPY.py）

import RPi.GPIO as GPIO
import time

IR_PORT=5

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(IR_PORT, GPIO.IN)

try:
    while True:
        if GPIO.input(IR_PORT) == GPIO.HIGH:
            print("There is human")
        else:
            print("Nothing")
        
        time.sleep(1)


except KeyboardInterrupt:
        pass

GPIO.cleanup()

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import RPi.GPIO as GPIO

import time

IR_PORT=5

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(IR_PORT, GPIO.IN)

try:

while True:

if GPIO.input(IR_PORT) == GPIO.HIGH:

print("There is human")

else:

print("Nothing")

time.sleep(1)

except KeyboardInterrupt:

pass

GPIO.cleanup()

特集1 Linuxカーネルの仕組み（Vol.76記載）

投稿日：2022.01.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：平田豊

LinuxというOSの中核となるのが「Linuxカーネル」というソフトウエアです。Linuxカーネルの動作を理解するには、ソースコードを追いかける必要があります。しかし、いきなりソースコードを読んでもよく分からないものです。本特集記事では、学習の「入り口」となるように、学習用の環境を構築する方法を紹介します。また、Linuxカーネルの一部の機能をピックアップして、その実装について解説します。本特集をきっかけにLinuxカーネルのソースコード読解を始めましょう。

シェルスクリプトマガジン Vol.76は以下のリンク先でご購入できます。

図1　OS レスプログラムのイメージ

for (;;) {
    // スイッチが押された
    if (isSwitchOn()) {
        // 要因クリア
        ClearSwitch();
        // LED点灯
        TurnOnLED();
    }
    // スイッチが離された
    if (isSwitchOff()) {
        // 要因クリア
        ClearSwitch();
        // LED点灯
        TurnOffLED();
    }
    // ディレー
    delay();
}

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for (;;) {

// スイッチが押された

if (isSwitchOn()) {

// 要因クリア

ClearSwitch();

// LED点灯

TurnOnLED();

}

// スイッチが離された

if (isSwitchOff()) {

// 要因クリア

ClearSwitch();

// LED点灯

TurnOffLED();

}

// ディレー

delay();

}

図7　QEMU の起動用シェルスクリプト

#!/bin/sh

BUILD_PATH="${HOME}/buildroot-2021.08.1"
IMAGE_DIR="${BUILD_PATH}/output/images"
exec qemu-system-aarch64 \
    -M virt \
    -cpu cortex-a53 \
    -nographic \
    -smp 2 \
    -m 512 \
    -kernel ${IMAGE_DIR}/Image \
    -append "rootwait root=/dev/vda console=ttyAMA0" \
    -drive file=${IMAGE_DIR}/rootfs.ext4,if=none,format=raw,id=hd0 \
    -device virtio-blk-device,drive=hd0 \
    -netdev user,id=eth0 \
    -device virtio-net-device,netdev=eth0 \
    -object rng-random,filename=/dev/urandom,id=rng0 \
    -device virtio-rng-pci,rng=rng0

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#!/bin/sh

BUILD_PATH="${HOME}/buildroot-2021.08.1"

IMAGE_DIR="${BUILD_PATH}/output/images"

exec qemu-system-aarch64 \

-M virt \

-cpu cortex-a53 \

-nographic \

-smp 2 \

-m 512 \

-kernel ${IMAGE_DIR}/Image \

-append "rootwait root=/dev/vda console=ttyAMA0" \

-drive file=${IMAGE_DIR}/rootfs.ext4,if=none,format=raw,id=hd0 \

-device virtio-blk-device,drive=hd0 \

-netdev user,id=eth0 \

-device virtio-net-device,netdev=eth0 \

-object rng-random,filename=/dev/urandom,id=rng0 \

-device virtio-rng-pci,rng=rng0

図8　Linux カーネルに追加するコード

（略）
static int run_init_process(const char *init_filename)
{
        const char *const *p;
　　　　printk("hoge 0x%016lx (%zu)\n", jiffies, sizeof(jiffies));
        argv_init[0] = init_filename;
（略）

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（略）

static int run_init_process(const char *init_filename)

{

const char *const *p;

　　　　printk("hoge 0x%016lx (%zu)\n", jiffies, sizeof(jiffies));

argv_init[0] = init_filename;

（略）

図11　init デーモンを起動する箇所のソースコード

if (!try_to_run_init_process("/sbin/init") ||
    !try_to_run_init_process("/etc/init") ||
    !try_to_run_init_process("/bin/init") ||
    !try_to_run_init_process("/bin/sh"))
    return 0;

panic("No working init found.  Try passing init= option to kernel. "
      "See Linux Documentation/admin-guide/init.rst for guidance.");

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if (!try_to_run_init_process("/sbin/init") ||

!try_to_run_init_process("/etc/init") ||

!try_to_run_init_process("/bin/init") ||

!try_to_run_init_process("/bin/sh"))

return 0;

panic("No working init found. Try passing init= option to kernel. "

"See Linux Documentation/admin-guide/init.rst for guidance.");

図12　buildroot 環境のC ライブラリにおけるsyscall 関数の実装

ENTRY (syscall)
    uxtw    x8, w0
    mov x0, x1
    mov x1, x2
    mov x2, x3
    mov x3, x4
    mov x4, x5
    mov x5, x6
    mov x6, x7
    svc 0x0
    cmn x0, #4095
    b.cs    1f
    RET

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ENTRY (syscall)

uxtw x8, w0

mov x0, x1

mov x1, x2

mov x2, x3

mov x3, x4

mov x4, x5

mov x5, x6

mov x6, x7

svc 0x0

cmn x0, #4095

b.cs 1f

RET

図13　システムコールに対応する関数を呼び出すためのマクロ定義の例

#define __SYSCALL_DEFINEx(x, name, ...)                     \
（略）
    asmlinkage long __arm64_sys##name(const struct pt_regs *regs)       \
    {                                   \
        return __se_sys##name(SC_ARM64_REGS_TO_ARGS(x,__VA_ARGS__));    \
    }                                   \
（略）
    static inline long __do_sys##name(__MAP(x,__SC_DECL,__VA_ARGS__))

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#define __SYSCALL_DEFINEx(x, name, ...) \

（略）

asmlinkage long __arm64_sys##name(const struct pt_regs *regs) \

{ \

return __se_sys##name(SC_ARM64_REGS_TO_ARGS(x,__VA_ARGS__)); \

} \

（略）

static inline long __do_sys##name(__MAP(x,__SC_DECL,__VA_ARGS__))

図14　machine_halt() 関数のコード

void machine_halt(void)
{
    local_irq_disable();
    smp_send_stop();
    while (1);
}

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void machine_halt(void)

{

local_irq_disable();

smp_send_stop();

while (1);

}

図15　machine_power_off() 関数のコード

void machine_power_off(void)
{
    local_irq_disable();
    smp_send_stop();
    if (pm_power_off)
        pm_power_off();
}

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void machine_power_off(void)

{

local_irq_disable();

smp_send_stop();

if (pm_power_off)

pm_power_off();

}

図17　schedule() 関数のコード

asmlinkage __visible void __sched schedule(void)
{
    struct task_struct *tsk = current;

    sched_submit_work(tsk);
    do {
        preempt_disable();
        __schedule(false);
        sched_preempt_enable_no_resched();
    } while (need_resched());
    sched_update_worker(tsk);
}
EXPORT_SYMBOL(schedule);

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asmlinkage __visible void __sched schedule(void)

{

struct task_struct *tsk = current;

sched_submit_work(tsk);

do {

preempt_disable();

__schedule(false);

sched_preempt_enable_no_resched();

} while (need_resched());

sched_update_worker(tsk);

}

EXPORT_SYMBOL(schedule);

図18　FIFO からのデータを出力するプログラムのコード

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char **argv){
  int i, fd = -1;
  ssize_t sz;
  char *filename, buf[64];
  if (argc == 1) {
    printf("Usage: %s fifo\n", argv[0]);
    exit(1);
  }
  filename = argv[1];
  fd = open(filename, O_RDWR);
  if (fd == -1) {
    perror("open");
    goto error;
  }
  sz = read(fd, buf, sizeof(buf));
  if (sz == -1) {
    perror("read");
    goto error;
  }
  for (i = 0 ; i < sz ; i++) {
    printf("%02x ", buf[i]);
  }
  printf("\n");

error:
  if (fd != -1) close(fd);
}

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#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <fcntl.h>

#include <unistd.h>

int main(int argc, char **argv){

int i, fd = -1;

ssize_t sz;

char *filename, buf[64];

if (argc == 1) {

printf("Usage: %s fifo\n", argv[0]);

exit(1);

}

filename = argv[1];

fd = open(filename, O_RDWR);

if (fd == -1) {

perror("open");

goto error;

}

sz = read(fd, buf, sizeof(buf));

if (sz == -1) {

perror("read");

goto error;

}

for (i = 0 ; i < sz ; i++) {

printf("%02x ", buf[i]);

}

printf("\n");

error:

if (fd != -1) close(fd);

}

図19　wait_event_interruptible_exclusive() 関数のマクロ定義

#define __wait_event_interruptible_exclusive(wq, condition)         \
    ___wait_event(wq, condition, TASK_INTERRUPTIBLE, 1, 0,          \
              schedule())

#define wait_event_interruptible_exclusive(wq, condition)           \
({                                      \
    int __ret = 0;                              \
    might_sleep();                              \
    if (!(condition))                           \
        __ret = __wait_event_interruptible_exclusive(wq, condition);    \
    __ret;                                  \
})

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#define __wait_event_interruptible_exclusive(wq, condition) \

___wait_event(wq, condition, TASK_INTERRUPTIBLE, 1, 0, \

schedule())

#define wait_event_interruptible_exclusive(wq, condition) \

({ \

int __ret = 0; \

might_sleep(); \

if (!(condition)) \

__ret = __wait_event_interruptible_exclusive(wq, condition); \

__ret; \

})

図20　msleep() 関数のコード

void msleep(unsigned int msecs)
{
    unsigned long timeout = msecs_to_jiffies(msecs) + 1;

    while (timeout)
        timeout = schedule_timeout_uninterruptible(timeout);
}

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void msleep(unsigned int msecs)

{

unsigned long timeout = msecs_to_jiffies(msecs) + 1;

while (timeout)

timeout = schedule_timeout_uninterruptible(timeout);

}

図21　process_timeout() 関数とschedule_timeout() 関数のコード

static void process_timeout(struct timer_list *t)
{
    struct process_timer *timeout = from_timer(timeout, t, timer);

    wake_up_process(timeout->task);
}
（略）
signed long __sched schedule_timeout(signed long timeout)
{
（略）
    expire = timeout + jiffies;

    timer.task = current;
    timer_setup_on_stack(&timer.timer, process_timeout, 0);
    __mod_timer(&timer.timer, expire, MOD_TIMER_NOTPENDING);
    schedule();
（略）
}

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static void process_timeout(struct timer_list *t)

{

struct process_timer *timeout = from_timer(timeout, t, timer);

wake_up_process(timeout->task);

}

（略）

signed long __sched schedule_timeout(signed long timeout)

{

（略）

expire = timeout + jiffies;

timer.task = current;

timer_setup_on_stack(&timer.timer, process_timeout, 0);

__mod_timer(&timer.timer, expire, MOD_TIMER_NOTPENDING);

schedule();

（略）

}

図22　mutex_lock() 関数のコード

void __sched mutex_lock(struct mutex *lock)
{
    might_sleep();

    if (!__mutex_trylock_fast(lock))
        __mutex_lock_slowpath(lock);
}

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void __sched mutex_lock(struct mutex *lock)

{

might_sleep();

if (!__mutex_trylock_fast(lock))

__mutex_lock_slowpath(lock);

}

図23　preempt_enable() 関数のマクロ定義

#ifdef CONFIG_PREEMPTION
#define preempt_enable() \
do { \
    barrier(); \
    if (unlikely(preempt_count_dec_and_test())) \
        __preempt_schedule(); \
} while (0)
#else /* !CONFIG_PREEMPTION */
#define preempt_enable() \
do { \
    barrier(); \
    preempt_count_dec(); \
} while (0)

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#ifdef CONFIG_PREEMPTION

#define preempt_enable() \

do { \

barrier(); \

if (unlikely(preempt_count_dec_and_test())) \

__preempt_schedule(); \

} while (0)

#else /* !CONFIG_PREEMPTION */

#define preempt_enable() \

do { \

barrier(); \

preempt_count_dec(); \

} while (0)

図24　ヘッダーファイルでのjiffies 変数の宣言

extern u64 jiffies_64;
extern unsigned long volatile jiffies;

1 2	extern u64 jiffies_64; extern unsigned long volatile jiffies;

図25　jiffies_64 変数の実体の定義

u64 jiffies_64 = INITIAL_JIFFIES;

1	u64 jiffies_64 = INITIAL_JIFFIES;

図26　INITIAL_JIFFIES 定数の定義

#define INITIAL_JIFFIES ((unsigned long)(unsigned int) (-300*HZ))

1	#define INITIAL_JIFFIES ((unsigned long)(unsigned int) (-300*HZ))

シェルスクリプトマガジンvol.76 Web掲載記事まとめ

投稿日：2022.01.25　｜　カテゴリー：　コード

004　レポート　Visual Studio 2022と.NET 6
005　レポート　超高速リンカー「mold」
008　特集1　Linuxカーネルの仕組み/平田豊　コード掲載
024　特集2　micro:bit v2を使おう/斉暁
034　特集3　国産のGroupSession/大場雄一郎
048　Raspberry Piを100%活用しよう/米田聡　コード掲載
050　機械学習ことはじめ/川嶋宏彰　コード掲載
061　Hello Nogyo!
062　香川大学SLPからお届け！/三枝泰士
066　法林浩之のFIGHTING TALKS/法林浩之
068　タイ語から分かる現地生活/つじみき
072　中小企業手作りIT化奮戦記/菅雄一
076　デジタル庁/桑原滝弥、イケヤシロウ
078　Pythonあれこれ/飯尾淳　コード掲載
084　特別レポート/松浦智之　コード掲載
090　Bash入門/大津真
098　Techパズル/gori.sh
099　コラム「ユニケージ流プロジェクトの初期段階」/シェル魔人

Vol.76

投稿日：2022.01.25　｜　カテゴリー：　バックナンバー

　サーバーOSとして広く利用されているLinux OS。その中核（コア）となるソフトウエアが「Linuxカーネル」です。ちなみに狭い意味でのLinuxは、このカーネルのことを指します。特集1では、Linuxカーネルがオープンソースである点を生かし、ソースコードを見ながら、その仕組みを詳しく解説します。
　特集2では、教育向けマイコンである「BBC micro:bit」のプログラミングを紹介します。BBC micro:bitは、2000円程度で購入でき、小中学生でも扱えるビジュアルプログラミングツールが用意されています。本特集で扱うBBC micro:bit v2は、マイクやスピーカのほか、LEDディスプレイ、各種センサーなどが標準実装されています。BBC micro:bit単体でも十分にプログラミングが楽しめるハードウエアです。
　特集3では、無料でも本格的に利用できるグループウエアソフト「GroupSession」を紹介します。GroupSessionは、スケジュール管理、掲示板、施設予約、ファイル管理、回覧板、日報など、21種類の機能を提供します。日本国内で開発されているので、いずれの機能も日本の企業に適した使い勝手を提供します。
　Vol.76では、シェルスクリプト関連の記事として特別レポートを掲載しました。この特別レポートでは、ソフトウェア・シンポジウム2021 最優秀発表賞を受賞した「UNIX機におけるIoT機器制御のためのタイミング管理」の論文を紹介しています。リアルタイム処理が難しいLinux OSで、ミリ秒レベルでのタイミング制御を実現するコマンドを作成したという面白い内容となっています。
　このほかに、連載「Raspberry Piを100%活用しよう」では、人感センサーを搭載したボードを扱いました。今回も読み応え十分のシェルスクリプトマガジン Vol.76。お見逃しなく!

※記事掲載のコードはこちら。記事の補足情報はこちら

※読者アンケートはこちら

Vol.76 補足情報

投稿日：2022.01.25　｜　カテゴリー：　コード

訂正・補足情報はありません。
情報は随時更新致します。

Pythonあれこれ（Vol.75掲載）

投稿日：2021.11.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：飯尾淳

本連載では「Pythonを昔から使っているものの、それほど使いこなしてはいない」という筆者が、いろいろな日常業務をPythonで処理することで、立派な「蛇使い」に育つことを目指します。その過程を温かく見守ってください。皆さんと共に勉強していきましょう。第5回は、「Google Colaboratory」というクラウドサービスで、対話的にPythonコードを実行する方法を紹介します。

シェルスクリプトマガジン Vol.75は以下のリンク先でご購入できます。

図13　タートルグラフィックスで幾何学模様を描くPythonコード

from ColabTurtle.Turtle import *
initializeTurtle(initial_speed=10)
color('red')
bgcolor('white')
width(1)
x0 = pos()[0]
y0 = pos()[1]
while True:
  forward(200)
  left(170)
  if abs((pos()[0]-x0)**2 + (pos()[1]-y0)**2) < 1: break

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from ColabTurtle.Turtle import *

initializeTurtle(initial_speed=10)

color('red')

bgcolor('white')

width(1)

x0 = pos()[0]

y0 = pos()[1]

while True:

forward(200)

left(170)

if abs((pos()[0]-x0)**2 + (pos()[1]-y0)**2) < 1: break

図19　指定ファイルの各行をリストとして読み込み、その内容を表示するPythonコード

with open('/content/drive/MyDrive/TSdata.csv') as f:
  while True:
  line = f.readline().rstrip()
  if line == '': break
  print(line.split(','))

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with open('/content/drive/MyDrive/TSdata.csv') as f:

while True:

line = f.readline().rstrip()

if line == '': break

print(line.split(','))

香川大学SLPからお届け！（Vol.75掲載）

投稿日：2021.11.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：平西宏彰

　プログラミング言語で記述されたプログラムを解釈して、実行可能な形式に変換するのがコンパイラの役割です。コンパイラは、簡単なものであれば200行程度のコードで作成できます。今回は、整数の四則演算用の数式を処理できるコンパイラを作成します。

シェルスクリプトマガジン Vol.75は以下のリンク先でご購入できます。

図4　「main.go.y」ファイルに最初に記述するコード

%{
package main
import (
  "fmt"
  "log"
  "strconv"
  "github.com/llir/llvm/ir"
  "github.com/llir/llvm/ir/constant"
  "github.com/llir/llvm/ir/types"
  "github.com/llir/llvm/ir/value"
)
%}
%%
%%
type Node struct { // 構文木
  ID string        // 構文の種類
  Value string     // 構文が持つ値
  Left *Node
  Right *Node
}
type Lexer struct { // 字句解析器
  src string  // ソースコード
  index int   // 調査中のインデックス
  node *Node  // 構文木
}
func (l *Lexer) Error(err string) { // エラー処理
  log.Fatal(err)
}
func main() {
  var code string
  fmt.Scan(&code) // コード入力
  lexer := &Lexer{src: code, index: 0} // 字句解析
  yyParse(lexer) // 構文解析
  generator(lexer.node) // コード生成
}

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%{

package main

import (

"fmt"

"log"

"strconv"

"github.com/llir/llvm/ir"

"github.com/llir/llvm/ir/constant"

"github.com/llir/llvm/ir/types"

"github.com/llir/llvm/ir/value"

)

%}

%%

type Node struct { // 構文木

ID string // 構文の種類

Value string // 構文が持つ値

Left *Node

Right *Node

}

type Lexer struct { // 字句解析器

src string // ソースコード

index int // 調査中のインデックス

node *Node // 構文木

}

func (l *Lexer) Error(err string) { // エラー処理

log.Fatal(err)

}

func main() {

var code string

fmt.Scan(&code) // コード入力

lexer := &Lexer{src: code, index: 0} // 字句解析

yyParse(lexer) // 構文解析

generator(lexer.node) // コード生成

}

図5　「main.go.y」ファイルの宣言部に追加するコード

%union {
  num int
  ope string
  node *Node
}
%type<node> program expr
%token<num> NUMBER
%token<ope> ADD SUB MUL DIV
%left ADD, SUB
%left MUL, DIV

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%union {

num int

ope string

node *Node

}

%type<node> program expr

%token<num> NUMBER

%token<ope> ADD SUB MUL DIV

%left ADD, SUB

%left MUL, DIV

図6　「main.go.y」ファイルのプログラム部に追加するコード

func (l *Lexer) Lex(lval *yySymType) int {
  if len(l.src) <= l.index { return -1 }
  c := l.src[l.index]
  l.index++
  if c == '+' { return ADD }
  if c == '-' { return SUB }
  if c == '*' { return MUL }
  if c == '/' { return DIV }
  if '0' <= c && c <= '9' {
    la := l.index
    for la < len(l.src) && '0' <= l.src[la] && l.src[la] <= '9' {
      la++
    }
    num, _ := strconv.Atoi(l.src[l.index-1:la])
    lval.num = num
    l.index = la
    return NUMBER
  }
  return -1
}

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func (l *Lexer) Lex(lval *yySymType) int {

if len(l.src) <= l.index { return -1 }

c := l.src[l.index]

l.index++

if c == '+' { return ADD }

if c == '-' { return SUB }

if c == '*' { return MUL }

if c == '/' { return DIV }

if '0' <= c && c <= '9' {

la := l.index

for la < len(l.src) && '0' <= l.src[la] && l.src[la] <= '9' {

la++

}

num, _ := strconv.Atoi(l.src[l.index-1:la])

lval.num = num

l.index = la

return NUMBER

}

return -1

}

図7　「main.go.y」ファイルの規則部に記述するコード

program // 構文解析を開始するための構文
  : expr {
    $$ = $1
    yylex.(*Lexer).node = &Node{} // nodeの初期化
    // 式の構文解析で生成された構文木をprogram構文に
    yylex.(*Lexer).node = $$ }
expr // 式の構文
  : NUMBER { // 生成規則が数値のときの動作を記述
    $$ = &Node{
      ID: "NUMBER",
      Value: strconv.Itoa($1),
    }
  }
  | expr ADD expr {
    $$ = &Node{
      ID: "expr",
      Value: "+",
      Left: $1, // 左の式
      Right: $3, // 右の式
    }
  }
  | expr SUB expr { 
    $$ = &Node{
      ID: "expr",
      Value: "-",
      Left: $1,
      Right: $3,
    }
  }
  | expr MUL expr { 
    $$ = &Node{
      ID: "expr",
      Value: "*",
      Left: $1,
      Right: $3,
    }
  }
  | expr DIV expr { 
    $$ = &Node{
      ID: "expr",
      Value: "/",
      Left: $1,
      Right: $3,
    }
  }

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program // 構文解析を開始するための構文

: expr {

$$ = $1

yylex.(*Lexer).node = &Node{} // nodeの初期化

// 式の構文解析で生成された構文木をprogram構文に

yylex.(*Lexer).node = $$ }

expr // 式の構文

: NUMBER { // 生成規則が数値のときの動作を記述

$$ = &Node{

ID: "NUMBER",

Value: strconv.Itoa($1),

}

| expr ADD expr {

$$ = &Node{

ID: "expr",

Value: "+",

Left: $1, // 左の式

Right: $3, // 右の式

}

| expr SUB expr {

$$ = &Node{

ID: "expr",

Value: "-",

Left: $1,

Right: $3,

}

| expr MUL expr {

$$ = &Node{

ID: "expr",

Value: "*",

Left: $1,

Right: $3,

}

| expr DIV expr {

$$ = &Node{

ID: "expr",

Value: "/",

Left: $1,

Right: $3,

}

図8　「main.go.y」ファイルのプログラム部に追加するコード

func generator(node *Node) {
  m := ir.NewModule()
  main := m.NewFunc("main", types.I32)
  block := main.NewBlock("")
  block.NewRet(calc(block, node))
  fmt.Println(m.String())
}
func calc(block *ir.Block, node *Node) value.Value {
  if node.ID == "expr" { return expr(block, node) }
  if node.ID == "NUMBER" { return number(node) }
  log.Fatal("error: generator")
  return nil
}
func number(node *Node) value.Value {
  val, ok := strconv.Atoi(node.Value)
  if ok != nil {
    log.Fatal("error: generator")
    return nil
  }
  return constant.NewInt(types.I32, int64(val))
}
func expr(block *ir.Block, node *Node) value.Value {
  if node.Left == nil || node.Right == nil {
    log.Fatal("error: generator")
    return nil
  }
  left := calc(block, node.Left)
  right := calc(block, node.Right)
  if node.Value == "+" { return block.NewAdd(left, right) }
  if node.Value == "-" { return block.NewSub(left, right) }
  if node.Value == "*" { return block.NewMul(left, right) }
  if node.Value == "/" { return block.NewUDiv(left, right) }
  log.Fatal("error: generator")
  return nil
}

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func generator(node *Node) {

m := ir.NewModule()

main := m.NewFunc("main", types.I32)

block := main.NewBlock("")

block.NewRet(calc(block, node))

fmt.Println(m.String())

}

func calc(block *ir.Block, node *Node) value.Value {

if node.ID == "expr" { return expr(block, node) }

if node.ID == "NUMBER" { return number(node) }

log.Fatal("error: generator")

return nil

}

func number(node *Node) value.Value {

val, ok := strconv.Atoi(node.Value)

if ok != nil {

log.Fatal("error: generator")

return nil

}

return constant.NewInt(types.I32, int64(val))

}

func expr(block *ir.Block, node *Node) value.Value {

if node.Left == nil || node.Right == nil {

log.Fatal("error: generator")

return nil

}

left := calc(block, node.Left)

right := calc(block, node.Right)

if node.Value == "+" { return block.NewAdd(left, right) }

if node.Value == "-" { return block.NewSub(left, right) }

if node.Value == "*" { return block.NewMul(left, right) }

if node.Value == "/" { return block.NewUDiv(left, right) }

log.Fatal("error: generator")

return nil

}

機械学習ことはじめ（Vol.75掲載）

投稿日：2021.11.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：川嶋宏彰

本連載では、機械学習の基礎となるさまざまな手法の仕組みや、それらの手法のPythonでの利用方法を解説していきます。今回は、入力データがどのようなクラス（カテゴリ）であるかを予測する分類の問題を扱います。

シェルスクリプトマガジン Vol.75は以下のリンク先でご購入できます。

図2　データセットの読み込みから、散布図のプロットまでを実施するPythonコード

import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams['font.size'] = 14
penguins = sns.load_dataset('penguins')
# 取り出す特徴量
features = ['bill_depth_mm', 'body_mass_g']  # （★）
# features = ['bill_depth_mm', 'bill_length_mm']  # 取り出す特徴量を変える
# 対象とするペンギン種
target_species = ['Adelie', 'Gentoo']  # （★）
# target_species = ['Adelie', 'Chinstrap', 'Gentoo']  # 3種のペンギンにする
# 今回用いる特徴量をクラスラベルと共に取り出す
df = penguins[['species'] + features].copy()
df.dropna(inplace=True)  # NaN が含まれる行は削除
# 今回用いるペンギン種のみとする
df2 = df[df['species'].isin(target_species)].copy()
print(df2.shape)  # (274, 3) と表示される
# 現在のパレットから用いる種 (target_species) に合わせたパレットを作成
palette = {c: sns.color_palette()[k] for k, c
           in enumerate(df['species'].unique()) if c in target_species}
fig = plt.figure(figsize=(5, 5))
sns.scatterplot(data=df2, x=features[0], y=features[1],
                hue='species', palette=palette)
plt.show()

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import seaborn as sns

import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams['font.size'] = 14

penguins = sns.load_dataset('penguins')

# 取り出す特徴量

features = ['bill_depth_mm', 'body_mass_g'] # （★）

# features = ['bill_depth_mm', 'bill_length_mm'] # 取り出す特徴量を変える

# 対象とするペンギン種

target_species = ['Adelie', 'Gentoo'] # （★）

# target_species = ['Adelie', 'Chinstrap', 'Gentoo'] # 3種のペンギンにする

# 今回用いる特徴量をクラスラベルと共に取り出す

df = penguins[['species'] + features].copy()

df.dropna(inplace=True) # NaN が含まれる行は削除

# 今回用いるペンギン種のみとする

df2 = df[df['species'].isin(target_species)].copy()

print(df2.shape) # (274, 3) と表示される

# 現在のパレットから用いる種 (target_species) に合わせたパレットを作成

palette = {c: sns.color_palette()[k] for k, c

in enumerate(df['species'].unique()) if c in target_species}

fig = plt.figure(figsize=(5, 5))

sns.scatterplot(data=df2, x=features[0], y=features[1],

hue='species', palette=palette)

plt.show()

図3　ロジスティック回帰の準備をするPythonコード

from sklearn.linear_model import LogisticRegression
import numpy as np

X = df2[features].values   # 各個体の2次元特徴量（行数 = 個体数）
y = df2['species'].values  # 各個体のクラスラベル
clf_lr = LogisticRegression(penalty='none')  # 分類モデルの準備

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from sklearn.linear_model import LogisticRegression

import numpy as np

X = df2[features].values # 各個体の2次元特徴量（行数 = 個体数）

y = df2['species'].values # 各個体のクラスラベル

clf_lr = LogisticRegression(penalty='none') # 分類モデルの準備

図4　特徴量一つ（体重）のみでロジスティック回帰をするPythonコード

f_idx = 1  # 用いる特徴量のインデックス
# 指定した列（特徴量）だけ取り出して学習
clf_lr.fit(X[:, [f_idx]], y)
# 学習されたパラメータを表示
w0 = clf_lr.intercept_[0]
w1 = clf_lr.coef_[0][0]
print(f'w_0 = {w0:.2f}, w_1 = {w1:.4f}, b = -w0/w1 = {-w0/w1:.2f}')
# 予測値および分類結果の可視化用グリッド
xmin = np.min(X[:, f_idx])
xmax = np.max(X[:, f_idx])
xs = np.linspace(xmin - (xmax - xmin) / 10,
                 xmax + (xmax - xmin) / 10, 100)  # 等間隔に100点用意
fig = plt.figure(figsize=(10, 5))
# 元データのプロット
sns.scatterplot(x=X[:, f_idx], y=(y=='Gentoo'), hue=y, palette=palette)
# 予測値（事後確率）の曲線をプロット
y_pred = clf_lr.predict_proba(xs.reshape(-1, 1))[:, 1]
plt.plot(xs, y_pred, c=palette['Gentoo'])
plt.ylim(-0.1, 1.1)
plt.xlabel(f'x ({features[f_idx]})')
plt.ylabel('y')
plt.grid()
plt.show()

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f_idx = 1 # 用いる特徴量のインデックス

# 指定した列（特徴量）だけ取り出して学習

clf_lr.fit(X[:, [f_idx]], y)

# 学習されたパラメータを表示

w0 = clf_lr.intercept_[0]

w1 = clf_lr.coef_[0][0]

print(f'w_0 = {w0:.2f}, w_1 = {w1:.4f}, b = -w0/w1 = {-w0/w1:.2f}')

# 予測値および分類結果の可視化用グリッド

xmin = np.min(X[:, f_idx])

xmax = np.max(X[:, f_idx])

xs = np.linspace(xmin - (xmax - xmin) / 10,

xmax + (xmax - xmin) / 10, 100) # 等間隔に100点用意

fig = plt.figure(figsize=(10, 5))

# 元データのプロット

sns.scatterplot(x=X[:, f_idx], y=(y=='Gentoo'), hue=y, palette=palette)

# 予測値（事後確率）の曲線をプロット

y_pred = clf_lr.predict_proba(xs.reshape(-1, 1))[:, 1]

plt.plot(xs, y_pred, c=palette['Gentoo'])

plt.ylim(-0.1, 1.1)

plt.xlabel(f'x ({features[f_idx]})')

plt.ylabel('y')

plt.grid()

plt.show()

図6　特徴量二つ（くちばしの高さと体重）でロジスティック回帰をするPythonコード

import matplotlib as mpl
from sklearn.preprocessing import StandardScaler

def plot_decision_boundary(X, y, clf, xylabels=None, palette=None, fig=None, ngrid=50):
  """ 分類器 clf の決定境界を描画 """
  if fig is None: fig = plt.figure(figsize=(5, 5))
  else: plt.figure(fig.number)
  # 2次元空間にグリッド点を準備
  xmin = X.min(axis=0)  # 各列の最小値
  xmax = X.max(axis=0)  # 各列の最大値
  xstep = [(xmax[j]-xmin[j]) / ngrid for j in range(2)]  # グリッドのステップ幅
  xmin = [xmin[j] - 8*xstep[j] for j in range(2)]  # 少し広めに
  xmax = [xmax[j] + 8*xstep[j] for j in range(2)]
  aranges = [np.arange(xmin[j], xmax[j] + xstep[j], xstep[j]) for j in range(2)]
  x0grid, x1grid = np.meshgrid(*aranges)
  # 各グリッド点でクラスを判定
  y_pred = clf.predict(np.c_[x0grid.ravel(), x1grid.ravel()])
  y_pred = y_pred.reshape(x0grid.shape)  # 2次元に
  y_pred = np.searchsorted(np.unique(y_pred), y_pred)  # 値をインデックスに
  clist = palette.values() if type(palette) is dict else palette
  cmap = mpl.colors.ListedColormap(clist) if palette is not None else None
  plt.contourf(x0grid, x1grid, y_pred, alpha=0.3, cmap=cmap)
  sns.scatterplot(x=X[:, 0], y=X[:, 1], hue=y, palette=palette)
  plt.legend()
  plt.xlim([xmin[0], xmax[0]])
  plt.ylim([xmin[1], xmax[1]])
  if xylabels is not None:
    plt.xlabel(xylabels[0])
    plt.ylabel(xylabels[1])
  return fig

Xs = StandardScaler().fit_transform(X)  # 標準化によるスケーリング
clf_lr.fit(Xs, y)  # 二つの特徴量を両方用いて学習
print('w0:', clf_lr.intercept_)
print('w1, w2:', clf_lr.coef_)
xylabels = [s + ' (standardized)' for s in features]  # 軸ラベル変更
plot_decision_boundary(Xs, y, clf_lr, xylabels, palette, ngrid=100)  # 決定境界
plt.show()

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import matplotlib as mpl

from sklearn.preprocessing import StandardScaler

def plot_decision_boundary(X, y, clf, xylabels=None, palette=None, fig=None, ngrid=50):

""" 分類器 clf の決定境界を描画 """

if fig is None: fig = plt.figure(figsize=(5, 5))

else: plt.figure(fig.number)

# 2次元空間にグリッド点を準備

xmin = X.min(axis=0) # 各列の最小値

xmax = X.max(axis=0) # 各列の最大値

xstep = [(xmax[j]-xmin[j]) / ngrid for j in range(2)] # グリッドのステップ幅

xmin = [xmin[j] - 8*xstep[j] for j in range(2)] # 少し広めに

xmax = [xmax[j] + 8*xstep[j] for j in range(2)]

aranges = [np.arange(xmin[j], xmax[j] + xstep[j], xstep[j]) for j in range(2)]

x0grid, x1grid = np.meshgrid(*aranges)

# 各グリッド点でクラスを判定

y_pred = clf.predict(np.c_[x0grid.ravel(), x1grid.ravel()])

y_pred = y_pred.reshape(x0grid.shape) # 2次元に

y_pred = np.searchsorted(np.unique(y_pred), y_pred) # 値をインデックスに

clist = palette.values() if type(palette) is dict else palette

cmap = mpl.colors.ListedColormap(clist) if palette is not None else None

plt.contourf(x0grid, x1grid, y_pred, alpha=0.3, cmap=cmap)

sns.scatterplot(x=X[:, 0], y=X[:, 1], hue=y, palette=palette)

plt.legend()

plt.xlim([xmin[0], xmax[0]])

plt.ylim([xmin[1], xmax[1]])

if xylabels is not None:

plt.xlabel(xylabels[0])

plt.ylabel(xylabels[1])

return fig

Xs = StandardScaler().fit_transform(X) # 標準化によるスケーリング

clf_lr.fit(Xs, y) # 二つの特徴量を両方用いて学習

print('w0:', clf_lr.intercept_)

print('w1, w2:', clf_lr.coef_)

xylabels = [s + ' (standardized)' for s in features] # 軸ラベル変更

plot_decision_boundary(Xs, y, clf_lr, xylabels, palette, ngrid=100) # 決定境界

plt.show()

図9　ロジスティック回帰による各点での予測値をプロットするPythonコード

from matplotlib import cm
from mpl_toolkits.mplot3d import axes3d

# メッシュで
def gen_2dgrid(X):
  """ 2次元メッシュグリッドの生成 """
  d = X.shape[1]
  xmin = X.min(axis=0)  # 各列の最小値
  xmax = X.max(axis=0)  # 各列の最大値
  xstep = [(xmax[j]-xmin[j]) / 100 for j in range(d)]  # グリッドのステップ幅
  xmin = [xmin[j] - 10*xstep[j] for j in range(d)]  # 少し広めに
  xmax = [xmax[j] + 10*xstep[j] for j in range(d)]
  aranges = [np.arange(xmin[j], xmax[j] + xstep[j], xstep[j]) for j in range(2)]
  return np.meshgrid(*aranges)  # d=2のときは (x0grid, x1grid) が返る
# 2次元の場合の予測値 (proba)
def proba_2dgrid(clf, x0grid, x1grid):
  """ 2次元メッシュの各点での予測値を計算 """    
  return clf.predict_proba(np.c_[x0grid.ravel(), x1grid.ravel()])[:, 1]
                          .reshape(x0grid.shape)
xgrid_2d = gen_2dgrid(Xs)  # xgrid_2d: (x0grid, x1grid) のような二つ組
proba_2d = proba_2dgrid(clf_lr, *xgrid_2d)  # 予測値
# 3次元プロット
fig = plt.figure(figsize=(14, 8))
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
cmap = cm.winter  # カラーマップを設定
ax.plot_surface(*xgrid_2d, proba_2d, cmap=cmap)
# ax.set_box_aspect((3, 3, 1))  # matplotlib のバージョンが3.3以上で利用可能
ax.set_zlim(-0.1, 1.1)
ax.set_xlabel(xylabels[0])
ax.set_ylabel(xylabels[1])
ax.set_zlabel('y')
ax.set_zticks([0, 0.5, 1.0])
ax.view_init(elev=60, azim=-120)  # 3次元プロットの表示角度の設定
plt.show()

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from matplotlib import cm

from mpl_toolkits.mplot3d import axes3d

# メッシュで

def gen_2dgrid(X):

""" 2次元メッシュグリッドの生成 """

d = X.shape[1]

xmin = X.min(axis=0) # 各列の最小値

xmax = X.max(axis=0) # 各列の最大値

xstep = [(xmax[j]-xmin[j]) / 100 for j in range(d)] # グリッドのステップ幅

xmin = [xmin[j] - 10*xstep[j] for j in range(d)] # 少し広めに

xmax = [xmax[j] + 10*xstep[j] for j in range(d)]

aranges = [np.arange(xmin[j], xmax[j] + xstep[j], xstep[j]) for j in range(2)]

return np.meshgrid(*aranges) # d=2のときは (x0grid, x1grid) が返る

# 2次元の場合の予測値 (proba)

def proba_2dgrid(clf, x0grid, x1grid):

""" 2次元メッシュの各点での予測値を計算 """

return clf.predict_proba(np.c_[x0grid.ravel(), x1grid.ravel()])[:, 1]

.reshape(x0grid.shape)

xgrid_2d = gen_2dgrid(Xs) # xgrid_2d: (x0grid, x1grid) のような二つ組

proba_2d = proba_2dgrid(clf_lr, *xgrid_2d) # 予測値

# 3次元プロット

fig = plt.figure(figsize=(14, 8))

ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

cmap = cm.winter # カラーマップを設定

ax.plot_surface(*xgrid_2d, proba_2d, cmap=cmap)

# ax.set_box_aspect((3, 3, 1)) # matplotlib のバージョンが3.3以上で利用可能

ax.set_zlim(-0.1, 1.1)

ax.set_xlabel(xylabels[0])

ax.set_ylabel(xylabels[1])

ax.set_zlabel('y')

ax.set_zticks([0, 0.5, 1.0])

ax.view_init(elev=60, azim=-120) # 3次元プロットの表示角度の設定

plt.show()

図12　線形SVM による学習と決定境界の表示をするPythonコード

from sklearn.svm import SVC

C = 10  # 大きいほどハードマージンに近い
clf_lin = SVC(kernel='linear', C=C)
clf_lin.fit(Xs, y)
# 決定境界とサポートベクターを可視化
plot_decision_boundary(Xs, y, clf_lin, xylabels, palette, ngrid=100)
plt.scatter(clf_lin.support_vectors_[:, 0], clf_lin.support_vectors_[:, 1],
            s=50, facecolors='none', edgecolors='r')
plt.title(f'SVM(linear) C = {C}')
plt.show()

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from sklearn.svm import SVC

C = 10 # 大きいほどハードマージンに近い

clf_lin = SVC(kernel='linear', C=C)

clf_lin.fit(Xs, y)

# 決定境界とサポートベクターを可視化

plot_decision_boundary(Xs, y, clf_lin, xylabels, palette, ngrid=100)

plt.scatter(clf_lin.support_vectors_[:, 0], clf_lin.support_vectors_[:, 1],

s=50, facecolors='none', edgecolors='r')

plt.title(f'SVM(linear) C = {C}')

plt.show()

図17　非線形SVMとパラメータCの関係を示すPythonコード

from sklearn.datasets import make_moons

X_moon, y_moon = make_moons(n_samples=100, noise=0.2, random_state=6)
palette_o = {k: sns.color_palette()[k] for k in range(2)}
# moonデータの散布図をプロット
plt.figure(figsize=(5, 5))
sns.scatterplot(x=X_moon[:, 0], y=X_moon[:, 1],
                hue=y_moon, palette=palette_o)
plt.show()
# 異なるCでSVM（RBFカーネル）の学習と決定境界の表示
for C in [0.1, 10, 10000]:
  clf_rbf = SVC(C=C, kernel='rbf')  # kernel='rbf'は省略可能
  clf_rbf.fit(X_moon, y_moon)
  # 決定境界をプロット
  plot_decision_boundary(X_moon, y_moon,
                         clf_rbf, None, palette_o, ngrid=100)
  plt.title(f'SVM(rbf) C = {C}')
  plt.show()

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from sklearn.datasets import make_moons

X_moon, y_moon = make_moons(n_samples=100, noise=0.2, random_state=6)

palette_o = {k: sns.color_palette()[k] for k in range(2)}

# moonデータの散布図をプロット

plt.figure(figsize=(5, 5))

sns.scatterplot(x=X_moon[:, 0], y=X_moon[:, 1],

hue=y_moon, palette=palette_o)

plt.show()

# 異なるCでSVM（RBFカーネル）の学習と決定境界の表示

for C in [0.1, 10, 10000]:

clf_rbf = SVC(C=C, kernel='rbf') # kernel='rbf'は省略可能

clf_rbf.fit(X_moon, y_moon)

# 決定境界をプロット

plot_decision_boundary(X_moon, y_moon,

clf_rbf, None, palette_o, ngrid=100)

plt.title(f'SVM(rbf) C = {C}')

plt.show()

図20　グリッドサーチをするPythonコード

from sklearn.model_selection import cross_val_score

best_score = -1
for gamma in [0.1, 0.5, 1, 2, 10]:  # 5通り
  for C in [0.1, 1, 10, 100, 1000, 10000]:  # 6通り
    print(f'gamma: {gamma},\tC: {C}', end='')
    svm = SVC(gamma=gamma, C=C)
    cv_scores = cross_val_score(svm, X_moon, y_moon, cv=5)
    score = np.mean(cv_scores)
    print(f'\t | average: {score:.2} <- {cv_scores}')
    if score > best_score:
      best_score = score
      best_params = {'C': C, 'gamma': gamma}
print('best_score:', best_score)
print('best_params:', best_params)
clf_rbf = SVC(**best_params)
clf_rbf.fit(X_moon, y_moon)
plot_decision_boundary(X_moon, y_moon,
                       clf_rbf, None, palette_o, ngrid=100)
title = f"C = {best_params['C']}, gamma = {best_params['gamma']}"
plt.title(title)
plt.show()

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from sklearn.model_selection import cross_val_score

best_score = -1

for gamma in [0.1, 0.5, 1, 2, 10]: # 5通り

for C in [0.1, 1, 10, 100, 1000, 10000]: # 6通り

print(f'gamma: {gamma},\tC: {C}', end='')

svm = SVC(gamma=gamma, C=C)

cv_scores = cross_val_score(svm, X_moon, y_moon, cv=5)

score = np.mean(cv_scores)

print(f'\t | average: {score:.2} <- {cv_scores}')

if score > best_score:

best_score = score

best_params = {'C': C, 'gamma': gamma}

print('best_score:', best_score)

print('best_params:', best_params)

clf_rbf = SVC(**best_params)

clf_rbf.fit(X_moon, y_moon)

plot_decision_boundary(X_moon, y_moon,

clf_rbf, None, palette_o, ngrid=100)

title = f"C = {best_params['C']}, gamma = {best_params['gamma']}"

plt.title(title)

plt.show()

Raspberry Piを100%活用しよう（Vol.75掲載）

投稿日：2021.11.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：米田聡

小型コンピュータボード「Raspberry Pi」（ラズパイ）向けにさまざまな拡張ボードが発売されています。その拡張ボードとラズパイを組み合わせれば、ラズパイでいろいろなことが簡単に試せます。第8回は、色を認識できるカラーセンサーを搭載する拡張基盤を扱います。

シェルスクリプトマガジン Vol.75は以下のリンク先でご購入できます。

図4adrszCS_CSmode_sample.pyの変更箇所

（略）
import json
import RPi.GPIO as GPIO
LED = 18

i2c = smbus.SMBus(1)
（略）
        #while True:
                GPIO.setmode(GPIO.BCM)
                GPIO.setup(LED, GPIO.OUT)
                GPIO.output(LED, GPIO.HIGH)
                time.sleep(1)   # LED点灯
（略）
                print(out_msg)
                GPIO.cleanup(LED)
（略）

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（略）

import json

import RPi.GPIO as GPIO

LED = 18

i2c = smbus.SMBus(1)

（略）

#while True:

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(LED, GPIO.OUT)

GPIO.output(LED, GPIO.HIGH)

time.sleep(1) # LED点灯

（略）

print(out_msg)

GPIO.cleanup(LED)

（略）

特別企画ラズパイで作る簡単VPN環境（Vol.75記載）

投稿日：2021.11.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：魔法少女

職場と自宅のネットワークをインターネット経由で安全につなぐ方法として「VPN」（Virtual Private Network）があります。本企画では、小型コンピュータボード「Raspberry Pi」を利用して誰でも簡単にできるVPN環境構築方法を紹介します。

シェルスクリプトマガジン Vol.75は以下のリンク先でご購入できます。

図43　NAPTの追記

[Interface]
PrivateKey = XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX=
Address = 10.6.0.1/24
MTU = 1420
ListenPort = 51820
PostUp = iptables -A FORWARD -i %i -j ACCEPT; iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE
PostDown = iptables -D FORWARD -i %i -j ACCEPT; iptables -t nat -D POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE

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[Interface]

PrivateKey = XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX=

Address = 10.6.0.1/24

MTU = 1420

ListenPort = 51820

PostUp = iptables -A FORWARD -i %i -j ACCEPT; iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE

PostDown = iptables -D FORWARD -i %i -j ACCEPT; iptables -t nat -D POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE

特集2 Javaの最新動向（Vol.75記載）

投稿日：2021.11.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：伊藤智博

エンタープライズシステムの分野で活用されている、プログラミング言語および開発・実行環境の「Java」。開発元である米旧Sun Microsystems社の買収、OpenJDKとしてのオープンソース化など、さまざまな変化がありました。本特集では、Javaの最新動向について分かりやすく解説します。

シェルスクリプトマガジン Vol.75は以下のリンク先でご購入できます。

図13　HelloWorld.javaのソースコード

public class HelloWorld {
  public static void main(String... args) {
    String message = "Hello World";
    System.out.println(message);
  }
}

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public class HelloWorld {

public static void main(String... args) {

String message = "Hello World";

System.out.println(message);

}

図17　GreetingResource.javaのソースコード

package org.acme;

import javax.ws.rs.GET;
import javax.ws.rs.Path;
import javax.ws.rs.Produces;
import javax.ws.rs.core.MediaType;

@Path("/hello")
public class GreetingResource {

    @GET
    @Produces(MediaType.TEXT_PLAIN)
    public String hello() {
        return "Hello RESTEasy";
    }
}

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package org.acme;

import javax.ws.rs.GET;

import javax.ws.rs.Path;

import javax.ws.rs.Produces;

import javax.ws.rs.core.MediaType;

@Path("/hello")

public class GreetingResource {

@GET

@Produces(MediaType.TEXT_PLAIN)

public String hello() {

return "Hello RESTEasy";

}

図20　変更後のソースコード

@GET
@Produces(MediaType.TEXT_PLAIN)
public String hello() {
    return "Hello World";
}

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@GET

@Produces(MediaType.TEXT_PLAIN)

public String hello() {

return "Hello World";

}

図23　NullPointerExceptionが発生するコード

public class NullPo {
    public static void main(String[] args) {
        Object o = createObject();
        o.toString();
    }
    
    private static Object createObject(){
        return null;
    }
}

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public class NullPo {

public static void main(String[] args) {

Object o = createObject();

o.toString();

}

private static Object createObject(){

return null;

}

図26　HTMLによるコード

<html>
    <body>
        <p>Hello, world</p>
    </body>
</html>

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<body>

<p>Hello, world</p>

</body>

</html>

図27　HTMLによるコードをJavaでエスケープと結合で実装

String html = "<html>\n" +
              "    <body>\n" +
              "        <p>Hello, world</p>\n" +
              "    </body>\n" +
              "</html>\n";

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String html = "<html>\n" +

" <body>\n" +

" <p>Hello, world</p>\n" +

" </body>\n" +

"</html>\n";

図28　HTMLによるコードをテキストブロックで実装

String html = """
              <html>
                  <body>
                      <p>Hello, world</p>
                  </body>
              </html>
              """;

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String html = """

<html>

<body>

<p>Hello, world</p>

</body>

</html>

""";

シェルスクリプトマガジンvol.75 Web掲載記事まとめ

投稿日：2021.11.25　｜　カテゴリー：　コード

004　レポート　Windows 11の導入メディア作成
005　レポート　YouTube配信に便利なOBS Studio
006　NEWS FLASH
008　特集1　Windows 11 徹底解説/三沢友治
022　特集2　Javaの最新動向/伊藤智博　コード掲載
036　特集3　Debian 11の新機能＆改善点/やまねひでき
044　特別企画　ラズパイで作る簡単VPN環境/魔法少女　コード掲載
058　Raspberry Piを100%活用しよう/米田聡　コード掲載
061　Hello Nogyo!
062　機械学習ことはじめ/川嶋宏彰　コード掲載
072　テレワーク/桑原滝弥、イケヤシロウ
074　Pythonあれこれ/飯尾淳　コード掲載
080　タイ語から分かる現地生活/つじみき
084　法林浩之のFIGHTING TALKS/法林浩之
086　中小企業手作りIT化奮戦記/菅雄一
090　香川大学SLPからお届け！/平西宏彰　コード掲載
096　Bash入門/大津真
104　Techパズル/gori.sh
105　コラム「システムエンジニアを育てる」/シェル魔人

Vol.75

投稿日：2021.11.25　｜　カテゴリー：　バックナンバー

　2021年10月5日、Windowsの新版である「Windows 11」がリリースされました。約6年ぶりとなるメジャーアップデートです。特集1では、このWindows 11の新機能や改善点、Windows 10からのアップデート方法について詳しく紹介します。また、Windowsが備える注目のLinux環境「Windows Subsystem for Linux 2」（WSL 2）に関してもWindows 11での更新内容に触れます。
　特集2では、Javaの最新動向について解説します。Javaが正式にリリースされてから約25年がたちました。開発元の米旧Sun Microsystems社の買収、OpenJDKやJakarta EEへのオープンソース化、オンプレミスからクラウドへの変化――など、Javaを取り巻く環境が大きく変わってきています。これらを含めて、現状のJava環境を分かりやすく紹介します。
　特集3では、2021年8月に正式リリースされたLinuxディストリビューションの新版「Debian 11」の新機能と改善点を解説します。併せて、Debian 11を使い始めたい人や、旧版のDebian 10から更新したい人向けにインストールおよび更新の手順も紹介します。
　特別企画では、小型コンピュータボード「Raspberry Pi」を使用してVPN（Virtual Private Network）環境を簡単に構築する方法を解説します。利用するVPNソフトは「WireGuard」です。WindowsやmacOS、Android、iOSを搭載した機器からVPNを利用できます。
　このほかに、連載「Raspberry Piを100%活用しよう」では、カラーセンサー搭載ボードを扱います。連載「タイ語から分かる現地生活」では、タイ王国におけるバイクや車の乗り方について紹介します。今回も読み応え十分のシェルスクリプトマガジン Vol.75。お見逃しなく!

※記事掲載のコードはこちら。記事の補足情報はこちら

※読者アンケートはこちら

Vol.75 補足情報

投稿日：2021.11.25　｜　カテゴリー：　コード

特別企画　ラズパイで作る簡単VPN環境

p.48の『ユーザー名の「pi」を入力して［Enter］キーを押します。』の後に『「Password:」が表示されたら、パスワードの「raspberry」を入力して［Enter］キーを押します。』が抜けていました。お詫びして訂正いたします。

情報は随時更新致します。

香川大学SLPからお届け！（Vol.74掲載）

投稿日：2021.10.15　｜　カテゴリー：　コード

著者：増田嶺

　前回に引き続き、SLPで開発したリズムゲームを紹介します。前回はゲームで使用する譜面作成ツールについて解説しました。今回は、ゲーム本体について解説します。ゲーム本体は「Visual Studio Code」（VSCode）で開発します。

図5　「js/game/singleNote.js」ファイルに記述するコード

class SingleNote {
  constructor(speed, reachTime) {
    this.height = note.height;
    this.width = note.width;
    this.frameColor = 'rgb(' + note.frameColor + ')'; // 枠の色
    this.bodyColor = 'rgba(' + note.bodyColor + ')';  // 中の色
    this.this.centerY = -this.height;                 // ノーツ中心のY座標
    this.speed = speed * note.speedRatio;             // px/ms
    // ゲーム開始から判定ラインに到達するまでの時間
    this.reachTime = reachTime + note.delay; 
    // canvasに入る時間
    this.appearTime = this.reachTime -
                      (JUDGE_LINE.centerY + this.height / 2) / this.speed;           
    // canvasから出る時間
    this.hideTime = this.reachTime + 
                    (CANVAS_H - JUDGE_LINE.centerY + this.height / 2) / 
                    this.speed;
    this.act = true;   // 自身がヒット処理対象かどうか
    this.show = false; // 自身がcanvasに描画されるかどうか
  }
}

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class SingleNote {

constructor(speed, reachTime) {

this.height = note.height;

this.width = note.width;

this.frameColor = 'rgb(' + note.frameColor + ')'; // 枠の色

this.bodyColor = 'rgba(' + note.bodyColor + ')'; // 中の色

this.this.centerY = -this.height; // ノーツ中心のY座標

this.speed = speed * note.speedRatio; // px/ms

// ゲーム開始から判定ラインに到達するまでの時間

this.reachTime = reachTime + note.delay;

// canvasに入る時間

this.appearTime = this.reachTime -

(JUDGE_LINE.centerY + this.height / 2) / this.speed;

// canvasから出る時間

this.hideTime = this.reachTime +

(CANVAS_H - JUDGE_LINE.centerY + this.height / 2) /

this.speed;

this.act = true; // 自身がヒット処理対象かどうか

this.show = false; // 自身がcanvasに描画されるかどうか

}

図6　「js/game/backLane.js」ファイルに追加するコード

（略）
  generateNote(data) {
    this.note = data.map((val) => new SingleNote(val[2], val[3]));
  }
（略）

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（略）

generateNote(data) {

this.note = data.map((val) => new SingleNote(val[2], val[3]));

}

（略）

図7　「js/game/singleNote.js」ファイルに追加するコード

class SingleNote {
  constructor(speed, reachTime) {
（略）
  }
  draw(x) {
    if (this.show) {
      this.centerY = JUDGE_LINE.centerY - 
                     (this.reachTime - time.elapsed) * this.speed;
      CTX.fillStyle = this.bodyColor;
      CTX.fillRect(x, this.centerY - this.height / 2, 
                   this.width, this.height);
      CTX.strokeStyle = this.frameColor;
      CTX.strokeRect(
        x + LINE_WIDTH / 2,
        this.centerY - this.height / 2 + LINE_WIDTH / 2,
        this.width - LINE_WIDTH,
        this.height - LINE_WIDTH
      );
    }
  }
}

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class SingleNote {

constructor(speed, reachTime) {

（略）

}

draw(x) {

if (this.show) {

this.centerY = JUDGE_LINE.centerY -

(this.reachTime - time.elapsed) * this.speed;

CTX.fillStyle = this.bodyColor;

CTX.fillRect(x, this.centerY - this.height / 2,

this.width, this.height);

CTX.strokeStyle = this.frameColor;

CTX.strokeRect(

x + LINE_WIDTH / 2,

this.centerY - this.height / 2 + LINE_WIDTH / 2,

this.width - LINE_WIDTH,

this.height - LINE_WIDTH

);

}

図8　「js/game/backLane.js」ファイルに追加するコード

（略）
  drawNote() {
    this.note.forEach(val => val.draw(this.x));
  }
（略）

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（略）

drawNote() {

this.note.forEach(val => val.draw(this.x));

}

（略）

図9　「js/game/singleNote.js」ファイルに追加するコード

class SingleNote {
  constructor(speed, reachTime) {
（略）
  }
  draw(x) {
（略）
  }
  update() {
    this.updateShow();
  }
  updateShow() {
    if (this.act || this.show) {
      if (this.appearTime <= time.elapsed && 
          time.elapsed <= this.hideTime) {
        this.show = true;
      } else {
        this.show = false;
      }
    }
  }
}

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class SingleNote {

constructor(speed, reachTime) {

（略）

}

draw(x) {

（略）

}

update() {

this.updateShow();

}

updateShow() {

if (this.act || this.show) {

if (this.appearTime <= time.elapsed &&

time.elapsed <= this.hideTime) {

this.show = true;

} else {

this.show = false;

}

図11　「js/game/backLane.js」ファイルに追加するコード

（略）
  update() {
    this.note.forEach(val => val.update());
  }
（略）

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（略）

update() {

this.note.forEach(val => val.update());

}

（略）

図13　「js/game/backLane.js」ファイルに追加するコード

（略）
  judge() {
    calcElapsedTime(); // 経過時間を更新
    // ヒットしているノーツを抽出
    const TARGET = this.note.filter(val => val.checkHit(note.hitRange[3])); 
    // TARGETの先頭から処理、先頭ノーツのグレードがBadだった場合のみ
    // 二つ目以降のノーツを処理し、それらのノーツがBadだった場合は中断
    const GRADE = [3]
    for (let i = 0; TARGET[i] && GRADE[0] === 3; i++) {
      GRADE[i] = TARGET[i].getGrade();
      // 二つ目以降のノーツがBadの場合はそこで中断
      if (i > 0 && GRADE[i] === 3) {  
        break;
      }
      JUDGE_LINE.setGrade(GRADE[i]); // ノーツヒットのグレードを描画
      TARGET[i].close();             // 判定済みのノーツ処理を停止
    }
  }
（略）

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（略）

judge() {

calcElapsedTime(); // 経過時間を更新

// ヒットしているノーツを抽出

const TARGET = this.note.filter(val => val.checkHit(note.hitRange[3]));

// TARGETの先頭から処理、先頭ノーツのグレードがBadだった場合のみ

// 二つ目以降のノーツを処理し、それらのノーツがBadだった場合は中断

const GRADE = [3]

for (let i = 0; TARGET[i] && GRADE[0] === 3; i++) {

GRADE[i] = TARGET[i].getGrade();

// 二つ目以降のノーツがBadの場合はそこで中断

if (i > 0 && GRADE[i] === 3) {

break;

}

JUDGE_LINE.setGrade(GRADE[i]); // ノーツヒットのグレードを描画

TARGET[i].close(); // 判定済みのノーツ処理を停止

}

（略）

図15　「js/game/singleNote.js」ファイルに追加するコード

class SingleNote {
（略）
  updateShow() {
（略）
  }
  checkHit(range) {
    if (this.act && 
        Math.abs(time.elapsed - this.reachTime) <= range) {
      return true;
    } else {
      return false;
    }
  }
  getGrade() {
    let grade = 3;
    for (let i = 2; i >= 0; i--) {
      if (this.checkHit(note.hitRange[i])) {
        grade = i;
      }
    }
    return grade;
  }
}

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class SingleNote {

（略）

updateShow() {

（略）

}

checkHit(range) {

if (this.act &&

Math.abs(time.elapsed - this.reachTime) <= range) {

return true;

} else {

return false;

}

getGrade() {

let grade = 3;

for (let i = 2; i >= 0; i--) {

if (this.checkHit(note.hitRange[i])) {

grade = i;

}

return grade;

}

図16　「js/game/singleNote.js」ファイルに追加するコード

class SingleNote {
（略）
  update() {
    this.updateShow();
    if (!this.act) {
      return;
    }
    // 判定ラインから自身の判定ゾーンが
    // 過ぎた時点で処理
    if (this.reachTime < time.elapsed &&
        !this.checkHit(note.hitRange[3])) {
      JUDGE_LINE.setGrade(3);
      this.act = false;
    }
  }
（略）
  close() {
    this.act = false;
    this.show = false;
  }
}

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class SingleNote {

（略）

update() {

this.updateShow();

if (!this.act) {

return;

}

// 判定ラインから自身の判定ゾーンが

// 過ぎた時点で処理

if (this.reachTime < time.elapsed &&

!this.checkHit(note.hitRange[3])) {

JUDGE_LINE.setGrade(3);

this.act = false;

}

（略）

close() {

this.act = false;

this.show = false;

}

図18　「js/game/gameScoreManager.js」ファイルに追加するコード

（略）
  calcScore(grade) {
    switch (grade) {
      case 0:
        this.point += 100 + this.combo;
        this.perfect++;
        this.combo++;
        break;
      case 1:
        this.point += 80 + this.combo * 0.8;
        this.great++;
        this.combo++;
        break;
      case 2:
        this.point += 50 + this.combo * 0.5;
        this.good++;
        this.combo++;
        break;
      case 3:
        this.bad++;
        this.combo = 0;
        break;
    }
    if (this.maxCombo < this.combo) {
      this.maxCombo = this.combo;
    }
  }
（略）

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（略）

calcScore(grade) {

switch (grade) {

case 0:

this.point += 100 + this.combo;

this.perfect++;

this.combo++;

break;

case 1:

this.point += 80 + this.combo * 0.8;

this.great++;

this.combo++;

break;

case 2:

this.point += 50 + this.combo * 0.5;

this.good++;

this.combo++;

break;

case 3:

this.bad++;

this.combo = 0;

break;

}

if (this.maxCombo < this.combo) {

this.maxCombo = this.combo;

}

（略）

図19　「js/game/backLane.js」ファイルに追加するコード

（略）
  judge() {
（略）
      if (GRADE[i] < 3) {
        // Bad以外の判定ならヒットSEを鳴らす
        sound.playSE(sound.seList[0]);   
      } else {
        sound.playSE(sound.seList[1]); // Bad判定ならバッドSEを鳴らす
      }
      gameScore.calcScore(GRADE[i]); // スコアを更新
      JUDGE_LINE.setGrade(GRADE[i]); // ノーツヒットのグレードを描画
      TARGET[i].close();             // 判定済みのノーツ処理を停止
    }
  }
（略）

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（略）

judge() {

（略）

if (GRADE[i] < 3) {

// Bad以外の判定ならヒットSEを鳴らす

sound.playSE(sound.seList[0]);

} else {

sound.playSE(sound.seList[1]); // Bad判定ならバッドSEを鳴らす

}

gameScore.calcScore(GRADE[i]); // スコアを更新

JUDGE_LINE.setGrade(GRADE[i]); // ノーツヒットのグレードを描画

TARGET[i].close(); // 判定済みのノーツ処理を停止

}

（略）

図20　「js/game/singleNote.js」ファイルに追加するコード

class SingleNote {
（略）
  update() {
（略）
    if (this.reachTime < time.elapsed &&
        !this.checkHit(note.hitRange[3])) {
      gameScore.calcScore(3);
      JUDGE_LINE.setGrade(3);
      this.act = false;
    }
  }
（略）
}

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class SingleNote {

（略）

update() {

（略）

if (this.reachTime < time.elapsed &&

!this.checkHit(note.hitRange[3])) {

gameScore.calcScore(3);

JUDGE_LINE.setGrade(3);

this.act = false;

}

（略）

}

図22　「js/game/backLane.js」ファイルに追加するコード

（略）
  draw() {
（略）
    if (inputKey.status[this.key]) {
      const GRAD = CTX.createLinearGradient(this.x, 
                     JUDGE_LINE.centerY, this.x, CANVAS_H / 3);
      GRAD.addColorStop(0.0, 'rgba(' + this.actColor + ', 0.6)');
      GRAD.addColorStop(1.0, 'rgba(' + this.actColor + ', 0)');
      CTX.fillStyle = GRAD;
      CTX.fillRect(this.x, 0, this.width, JUDGE_LINE.centerY);
    }
  }
（略）

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（略）

draw() {

（略）

if (inputKey.status[this.key]) {

const GRAD = CTX.createLinearGradient(this.x,

JUDGE_LINE.centerY, this.x, CANVAS_H / 3);

GRAD.addColorStop(0.0, 'rgba(' + this.actColor + ', 0.6)');

GRAD.addColorStop(1.0, 'rgba(' + this.actColor + ', 0)');

CTX.fillStyle = GRAD;

CTX.fillRect(this.x, 0, this.width, JUDGE_LINE.centerY);

}

（略）

Pythonあれこれ（Vol.74掲載）

投稿日：2021.10.15　｜　カテゴリー：　コード

著者：飯尾淳

本連載では「Pythonを昔から使っているものの、それほど使いこなしてはいない」という筆者が、いろいろな日常業務をPythonで処理することで、立派な「蛇使い」に育つことを目指します。その過程を温かく見守ってください。皆さんと共に勉強していきましょう。第4回は、フラクタル図形の一種である「ヒルベルト曲線」を描く方法を解説します。

シェルスクリプトマガジン Vol.74は以下のリンク先でご購入できます。

図1　1次のヒルベルト曲線を描くPythonコード

#!/usr/bin/env python

from turtle import *
SIZE = 300
p = [[-0.5, 0.5], [-0.5, -0.5], [0.5, -0.5], [0.5, 0.5]]
def screen_pos(x):
  return (x[0]*SIZE, x[1]*SIZE)
setup(width = 2*SIZE, height = 2*SIZE)
color('red')
width(5)
hideturtle()
for x in p:
  goto(screen_pos(x))
mainloop()

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#!/usr/bin/env python

from turtle import *

SIZE = 300

p = [[-0.5, 0.5], [-0.5, -0.5], [0.5, -0.5], [0.5, 0.5]]

def screen_pos(x):

return (x[0]*SIZE, x[1]*SIZE)

setup(width = 2*SIZE, height = 2*SIZE)

color('red')

width(5)

hideturtle()

for x in p:

goto(screen_pos(x))

mainloop()

図4　1 次のヒルベルト曲線を描くPythonコードの改良版

#!/usr/bin/env python

from turtle import *
SIZE = 300
penup_flag = True
p = [[-0.5, 0.5], [-0.5, -0.5], [0.5, -0.5], [0.5, 0.5]]
def screen_pos(x):
  return (x[0]*SIZE, x[1]*SIZE)
setup(width = 2*SIZE, height = 2*SIZE)
color('red')
width(5)
hideturtle()
penup()
for x in p:
  goto(screen_pos(x))
  if penup_flag:
    pendown()
    penup_flag = False
onkey(exit, 'q')
listen()
mainloop()

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#!/usr/bin/env python

from turtle import *

SIZE = 300

penup_flag = True

p = [[-0.5, 0.5], [-0.5, -0.5], [0.5, -0.5], [0.5, 0.5]]

def screen_pos(x):

return (x[0]*SIZE, x[1]*SIZE)

setup(width = 2*SIZE, height = 2*SIZE)

color('red')

width(5)

hideturtle()

penup()

for x in p:

goto(screen_pos(x))

if penup_flag:

pendown()

penup_flag = False

onkey(exit, 'q')

listen()

mainloop()

図7　2 次のヒルベルト曲線を描くPythonコード

#!/usr/bin/env python

from turtle import *
SIZE = 300
penup_flag = True
tm = [
  [ [0.0, -0.5, -0.5], [-0.5, 0.0,  0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ],
  [ [0.5,  0.0, -0.5], [ 0.0, 0.5, -0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ],
  [ [0.5,  0.0,  0.5], [ 0.0, 0.5, -0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ],
  [ [0.0,  0.5,  0.5], [ 0.5, 0.0,  0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ]
]
e = [ [ 1.0, 0.0, 0.0], [0.0, 1.0, 0.0], [0.0, 0.0, 1.0] ]
p = [ [-0.5, 0.5], [-0.5, -0.5], [0.5, -0.5], [0.5, 0.5] ]
def affine_transform(m, p):
  return [ m[0][0] * p[0] + m[0][1] * p[1] + m[0][2],
           m[1][0] * p[0] + m[1][1] * p[1] + m[1][2] ]
def mat_mul(m0, m1):
  return [ [m0[0][0]*m1[0][0]+m0[0][1]*m1[1][0]+m0[0][2]*m1[2][0],
            m0[0][0]*m1[0][1]+m0[0][1]*m1[1][1]+m0[0][2]*m1[2][1],
            m0[0][0]*m1[0][2]+m0[0][1]*m1[1][2]+m0[0][2]*m1[2][2]],
           [m0[1][0]*m1[0][0]+m0[1][1]*m1[1][0]+m0[1][2]*m1[2][0],
            m0[1][0]*m1[0][1]+m0[1][1]*m1[1][1]+m0[1][2]*m1[2][1],
            m0[1][0]*m1[0][2]+m0[1][1]*m1[1][2]+m0[1][2]*m1[2][2]],
           [m0[2][0]*m1[0][0]+m0[2][1]*m1[1][0]+m0[2][2]*m1[2][0],
            m0[2][0]*m1[0][1]+m0[2][1]*m1[1][1]+m0[2][2]*m1[2][1],
            m0[2][0]*m1[0][2]+m0[2][1]*m1[1][2]+m0[2][2]*m1[2][2]] ]
def screen_pos(x):
  return (x[0]*SIZE, x[1]*SIZE)
setup(width = 2*SIZE, height = 2*SIZE)
color('red')
width(5)
hideturtle()
penup()
for m in tm:
  p2 = [ affine_transform(mat_mul(e, m), x) for x in p ]
  for x in p2: 
    goto(screen_pos(x))
    if penup_flag:
      pendown()
      penup_flag = False
onkey(exit, 'q')
listen()
mainloop()

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#!/usr/bin/env python

from turtle import *

SIZE = 300

penup_flag = True

tm = [

[ [0.0, -0.5, -0.5], [-0.5, 0.0, 0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ],

[ [0.5, 0.0, -0.5], [ 0.0, 0.5, -0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ],

[ [0.5, 0.0, 0.5], [ 0.0, 0.5, -0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ],

[ [0.0, 0.5, 0.5], [ 0.5, 0.0, 0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ]

]

e = [ [ 1.0, 0.0, 0.0], [0.0, 1.0, 0.0], [0.0, 0.0, 1.0] ]

p = [ [-0.5, 0.5], [-0.5, -0.5], [0.5, -0.5], [0.5, 0.5] ]

def affine_transform(m, p):

return [ m[0][0] * p[0] + m[0][1] * p[1] + m[0][2],

m[1][0] * p[0] + m[1][1] * p[1] + m[1][2] ]

def mat_mul(m0, m1):

return [ [m0[0][0]*m1[0][0]+m0[0][1]*m1[1][0]+m0[0][2]*m1[2][0],

m0[0][0]*m1[0][1]+m0[0][1]*m1[1][1]+m0[0][2]*m1[2][1],

m0[0][0]*m1[0][2]+m0[0][1]*m1[1][2]+m0[0][2]*m1[2][2]],

[m0[1][0]*m1[0][0]+m0[1][1]*m1[1][0]+m0[1][2]*m1[2][0],

m0[1][0]*m1[0][1]+m0[1][1]*m1[1][1]+m0[1][2]*m1[2][1],

m0[1][0]*m1[0][2]+m0[1][1]*m1[1][2]+m0[1][2]*m1[2][2]],

[m0[2][0]*m1[0][0]+m0[2][1]*m1[1][0]+m0[2][2]*m1[2][0],

m0[2][0]*m1[0][1]+m0[2][1]*m1[1][1]+m0[2][2]*m1[2][1],

m0[2][0]*m1[0][2]+m0[2][1]*m1[1][2]+m0[2][2]*m1[2][2]] ]

def screen_pos(x):

return (x[0]*SIZE, x[1]*SIZE)

setup(width = 2*SIZE, height = 2*SIZE)

color('red')

width(5)

hideturtle()

penup()

for m in tm:

p2 = [ affine_transform(mat_mul(e, m), x) for x in p ]

for x in p2:

goto(screen_pos(x))

if penup_flag:

pendown()

penup_flag = False

onkey(exit, 'q')

listen()

mainloop()

図9　書き換えた2 次のヒルベルト曲線を描くPythonコード

#!/usr/bin/env python

from turtle import *
import numpy as np
SIZE = 300
penup_flag = True
tm = [ np.matrix(x) for x in [
  [ [0.0, -0.5, -0.5], [-0.5, 0.0,  0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ],
  [ [0.5,  0.0, -0.5], [ 0.0, 0.5, -0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ],
  [ [0.5,  0.0,  0.5], [ 0.0, 0.5, -0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ],
  [ [0.0,  0.5,  0.5], [ 0.5, 0.0,  0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ] ]
]
e = np.eye(3) # 3次の単位行列
p = [ np.matrix(x).T for x in [
      [-0.5,  0.5, 1.0], [-0.5, -0.5, 1.0],
      [ 0.5, -0.5, 1.0], [ 0.5,  0.5, 1.0] ] ]
def screen_pos(x):
  return (x[0,0]*SIZE, x[1,0]*SIZE)
setup(width = 2*SIZE, height = 2*SIZE)
color('red', 'yellow')
width(5)
hideturtle()
penup()
for m in tm:
  for x in [ e * m * x for x in p ]:
    goto(screen_pos(x))
    if penup_flag:
      pendown()
      penup_flag = False
onkey(exit, 'q')
listen()
mainloop()

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#!/usr/bin/env python

from turtle import *

import numpy as np

SIZE = 300

penup_flag = True

tm = [ np.matrix(x) for x in [

[ [0.0, -0.5, -0.5], [-0.5, 0.0, 0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ],

[ [0.5, 0.0, -0.5], [ 0.0, 0.5, -0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ],

[ [0.5, 0.0, 0.5], [ 0.0, 0.5, -0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ],

[ [0.0, 0.5, 0.5], [ 0.5, 0.0, 0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ] ]

]

e = np.eye(3) # 3次の単位行列

p = [ np.matrix(x).T for x in [

[-0.5, 0.5, 1.0], [-0.5, -0.5, 1.0],

[ 0.5, -0.5, 1.0], [ 0.5, 0.5, 1.0] ] ]

def screen_pos(x):

return (x[0,0]*SIZE, x[1,0]*SIZE)

setup(width = 2*SIZE, height = 2*SIZE)

color('red', 'yellow')

width(5)

hideturtle()

penup()

for m in tm:

for x in [ e * m * x for x in p ]:

goto(screen_pos(x))

if penup_flag:

pendown()

penup_flag = False

onkey(exit, 'q')

listen()

mainloop()

図10　図9 の赤枠部分を置き換えるPythonコード

def hilbert(n, m):
  if n > 1:
    for m_tm in tm: hilbert(n-1, m * m_tm)
  else:
    for x in [ m * x.T for x in p ]:
      goto(screen_pos(x))
      global penup_flag
      if penup_flag:
        pendown()
        penup_flag = False
hilbert(3, e)

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def hilbert(n, m):

if n > 1:

for m_tm in tm: hilbert(n-1, m * m_tm)

else:

for x in [ m * x.T for x in p ]:

goto(screen_pos(x))

global penup_flag

if penup_flag:

pendown()

penup_flag = False

hilbert(3, e)

図13　1 ～ 7 次のヒルベルト曲線を重ねて描画するPythonコード

#!/usr/bin/env python

from turtle import *
import numpy as np
SIZE = 300
MARGIN = 50
penup_flag = True
settings = [
  { 'color': 'forestgreen', 'width': 5 },
  { 'color': 'navy',        'width': 4 },
  { 'color': 'purple',      'width': 3 },
  { 'color': 'brown',       'width': 2 },
  { 'color': 'red',         'width': 2 },
  { 'color': 'orange',      'width': 1 },
  { 'color': 'yellowgreen', 'width': 1 }
]
tm = [ np.matrix(x) for x in [
  [ [0.0, -0.5, -0.5], [-0.5, 0.0,  0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ],
  [ [0.5,  0.0, -0.5], [ 0.0, 0.5, -0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ],
  [ [0.5,  0.0,  0.5], [ 0.0, 0.5, -0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ],
  [ [0.0,  0.5,  0.5], [ 0.5, 0.0,  0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ] ] ]
e = np.eye(3)
p = [ np.matrix(x).T for x in [
      [-0.5,  0.5, 1.0], [-0.5, -0.5, 1.0],
      [ 0.5, -0.5, 1.0], [ 0.5,  0.5, 1.0] ] ]
def draw_line_to(x):
  goto(x[0,0]*SIZE, x[1,0]*SIZE)
  global penup_flag
  if penup_flag:
    pendown()
    penup_flag = False
def reset():
  penup()
  global penup_flag
  penup_flag = True
def hilbert(n, m):
  if n > 1:
    for m_ in tm: hilbert(n-1, m * m_)
  else:
    for q in [ m * p_ for p_ in p ]: draw_line_to(q)
setup(width = 2*SIZE+MARGIN, height = 2*SIZE+MARGIN)
hideturtle()
for i in range(len(settings)):
  reset()
  color(settings[i]['color'], 'white')
  width(settings[i]['width'])
  hilbert(i+1, e)
onkey(exit, 'q')
listen()
mainloop()

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#!/usr/bin/env python

from turtle import *

import numpy as np

SIZE = 300

MARGIN = 50

penup_flag = True

settings = [

{ 'color': 'forestgreen', 'width': 5 },

{ 'color': 'navy', 'width': 4 },

{ 'color': 'purple', 'width': 3 },

{ 'color': 'brown', 'width': 2 },

{ 'color': 'red', 'width': 2 },

{ 'color': 'orange', 'width': 1 },

{ 'color': 'yellowgreen', 'width': 1 }

]

tm = [ np.matrix(x) for x in [

[ [0.0, -0.5, -0.5], [-0.5, 0.0, 0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ],

[ [0.5, 0.0, -0.5], [ 0.0, 0.5, -0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ],

[ [0.5, 0.0, 0.5], [ 0.0, 0.5, -0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ],

[ [0.0, 0.5, 0.5], [ 0.5, 0.0, 0.5], [0.0, 0.0, 1.0] ] ] ]

e = np.eye(3)

p = [ np.matrix(x).T for x in [

[-0.5, 0.5, 1.0], [-0.5, -0.5, 1.0],

[ 0.5, -0.5, 1.0], [ 0.5, 0.5, 1.0] ] ]

def draw_line_to(x):

goto(x[0,0]*SIZE, x[1,0]*SIZE)

global penup_flag

if penup_flag:

pendown()

penup_flag = False

def reset():

penup()

global penup_flag

penup_flag = True

def hilbert(n, m):

if n > 1:

for m_ in tm: hilbert(n-1, m * m_)

else:

for q in [ m * p_ for p_ in p ]: draw_line_to(q)

setup(width = 2*SIZE+MARGIN, height = 2*SIZE+MARGIN)

hideturtle()

for i in range(len(settings)):

reset()

color(settings[i]['color'], 'white')

width(settings[i]['width'])

hilbert(i+1, e)

onkey(exit, 'q')

listen()

mainloop()

機械学習ことはじめ

投稿日：2021.10.15　｜　カテゴリー：　コード

著者：川嶋宏彰

本連載では、機械学習の基礎となるさまざまな手法の仕組みや、それらの手法のPythonでの利用方法を解説していきます。今回は、入力から予測値を出力する「回帰モデル」と、その教師あり学習について紹介します。

シェルスクリプトマガジン Vol.74は以下のリンク先でご購入できます。

図5　気温に対するチョコレート菓子支出金額の散布図をプロットするPython コード

import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import japanize_matplotlib  # pip install japanize-matplotlibが必要
import re
plt.rcParams['font.size'] = 14
# 家計調査データの読み込み
beg_col = 5  # 品目の始まる列
end_col = 6  # 品目の終わる列
usecols = [3] + list(range(beg_col, end_col + 1))  # 用いる列リスト
# 年月の列をインデックスとするデータフレームに
df_estat = pd.read_csv('estat.csv', header=0, encoding='cp932',
    usecols=usecols, index_col=0, parse_dates=True, 
    date_parser=lambda x: pd.to_datetime(x, format='%Y年%m月'))
# 各品目の支出金額を各月の日数で割る（★）
for col in df_estat:
    new_col = re.sub(r'.* (.*)【円】', r'\1 (円/日)', col)
    df_estat[new_col] = df_estat[col] / df_estat.index.days_in_month
# 気象庁の気温データの読み込み
df_jma = pd.read_csv('jma.csv', skiprows=5, header=None, 
    encoding='cp932',
    usecols=[0, 1], index_col=0, parse_dates=True)
hitemp_col = '平均最高気温 (℃)'  # 気温の列名を変える
df_jma.columns = [hitemp_col]
# データフレームの結合
df = pd.merge(df_estat, df_jma, left_index=True, right_index=True)
df.index.name = 'y/m'  # インデックスの名前を変更
# 年と月の列を追加（後で利用）
df['year'] = df_estat.index.year
df['month'] = df_estat.index.month
print('df (merged):\n', df)
# 散布図をプロット
target_col = 'チョコレート菓子 (円/日)'
df.plot(kind='scatter', x=hitemp_col, y=target_col, figsize=(5, 5))
plt.show()

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import pandas as pd

import matplotlib.pyplot as plt

import japanize_matplotlib # pip install japanize-matplotlibが必要

import re

plt.rcParams['font.size'] = 14

# 家計調査データの読み込み

beg_col = 5 # 品目の始まる列

end_col = 6 # 品目の終わる列

usecols = [3] + list(range(beg_col, end_col + 1)) # 用いる列リスト

# 年月の列をインデックスとするデータフレームに

df_estat = pd.read_csv('estat.csv', header=0, encoding='cp932',

usecols=usecols, index_col=0, parse_dates=True,

date_parser=lambda x: pd.to_datetime(x, format='%Y年%m月'))

# 各品目の支出金額を各月の日数で割る（★）

for col in df_estat:

new_col = re.sub(r'.* (.*)【円】', r'\1 (円/日)', col)

df_estat[new_col] = df_estat[col] / df_estat.index.days_in_month

# 気象庁の気温データの読み込み

df_jma = pd.read_csv('jma.csv', skiprows=5, header=None,

encoding='cp932',

usecols=[0, 1], index_col=0, parse_dates=True)

hitemp_col = '平均最高気温 (℃)' # 気温の列名を変える

df_jma.columns = [hitemp_col]

# データフレームの結合

df = pd.merge(df_estat, df_jma, left_index=True, right_index=True)

df.index.name = 'y/m' # インデックスの名前を変更

# 年と月の列を追加（後で利用）

df['year'] = df_estat.index.year

df['month'] = df_estat.index.month

print('df (merged):\n', df)

# 散布図をプロット

target_col = 'チョコレート菓子 (円/日)'

df.plot(kind='scatter', x=hitemp_col, y=target_col, figsize=(5, 5))

plt.show()

図7　チョコレート菓子支出金額の単回帰の結果を示すPythonコード

from sklearn.linear_model import LinearRegression

reg = LinearRegression()  # モデルを準備
# データを準備
X = df[[hitemp_col]].values  # 平均最高気温（2次元配列）。「.values」は省略可
y = df[target_col].values  # 支出金額（1次元配列）。「.values」は省略可
reg.fit(X, y)  # 学習（データに直線を当てはめる）
print('intercept:', reg.intercept_)  # 切片
print('coef:', reg.coef_[0])  # 直線の傾き
print('R2:', reg.score(X, y))  # 決定係数
df.plot(kind='scatter', x=hitemp_col, y=target_col, figsize=(5, 5))
plt.plot(X, reg.predict(X), 'r')
plt.show()

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from sklearn.linear_model import LinearRegression

reg = LinearRegression() # モデルを準備

# データを準備

X = df[[hitemp_col]].values # 平均最高気温（2次元配列）。「.values」は省略可

y = df[target_col].values # 支出金額（1次元配列）。「.values」は省略可

reg.fit(X, y) # 学習（データに直線を当てはめる）

print('intercept:', reg.intercept_) # 切片

print('coef:', reg.coef_[0]) # 直線の傾き

print('R2:', reg.score(X, y)) # 決定係数

df.plot(kind='scatter', x=hitemp_col, y=target_col, figsize=(5, 5))

plt.plot(X, reg.predict(X), 'r')

plt.show()

図10　チョコレート菓子支出金額の単回帰における残差をプロットする
Pythonコード

fig = plt.figure(figsize=(5, 5))
plt.scatter(X, y - reg.predict(X))  # 残差をプロット
plt.axhline(y=0, c='r', linestyle='-')  # 水平線をプロット
plt.ylim([-3, 3])
plt.xlabel(hitemp_col)
plt.ylabel('残差')
plt.show()

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fig = plt.figure(figsize=(5, 5))

plt.scatter(X, y - reg.predict(X)) # 残差をプロット

plt.axhline(y=0, c='r', linestyle='-') # 水平線をプロット

plt.ylim([-3, 3])

plt.xlabel(hitemp_col)

plt.ylabel('残差')

plt.show()

図13　年を説明変数とした単回帰のためのPythonコード

from matplotlib import cm
from matplotlib.colors import ListedColormap

def ListedGradation(cmapname, num=10):
    """ LinearSegmentedColormap から ListedColormap を作成 """
    color_list = []
    cmap = cm.get_cmap(cmapname)
    for i in range(num):
        color = list(cmap(i/num))
        color_list.append(color)
    return ListedColormap(color_list)
# 年ごとに散布図の色を変える
df.plot(kind='scatter', x=hitemp_col, y=target_col, c=df['year'],
    cmap=ListedGradation('cividis', 11), sharex=False, figsize=(6, 5))
plt.show()
# 「年」を説明変数とする単回帰
reg_year = LinearRegression()
X = df[['year']].values  # 年
y = df[target_col].values  # 支出金額
reg_year.fit(X, y)  # 学習（データに直線を当てはめる）
print('intercept:', reg_year.intercept_)  # 切片
print('coef:', reg_year.coef_[0])  # 直線の傾き
print('R2:', reg_year.score(X, y))  # 決定係数
df.plot(kind='scatter', x='year', y=target_col, figsize=(5, 5))
plt.plot(X[:, 0], reg_year.predict(X), 'r')
plt.show()

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from matplotlib import cm

from matplotlib.colors import ListedColormap

def ListedGradation(cmapname, num=10):

""" LinearSegmentedColormap から ListedColormap を作成 """

color_list = []

cmap = cm.get_cmap(cmapname)

for i in range(num):

color = list(cmap(i/num))

color_list.append(color)

return ListedColormap(color_list)

# 年ごとに散布図の色を変える

df.plot(kind='scatter', x=hitemp_col, y=target_col, c=df['year'],

cmap=ListedGradation('cividis', 11), sharex=False, figsize=(6, 5))

plt.show()

# 「年」を説明変数とする単回帰

reg_year = LinearRegression()

X = df[['year']].values # 年

y = df[target_col].values # 支出金額

reg_year.fit(X, y) # 学習（データに直線を当てはめる）

print('intercept:', reg_year.intercept_) # 切片

print('coef:', reg_year.coef_[0]) # 直線の傾き

print('R2:', reg_year.score(X, y)) # 決定係数

df.plot(kind='scatter', x='year', y=target_col, figsize=(5, 5))

plt.plot(X[:, 0], reg_year.predict(X), 'r')

plt.show()

図15　平均最高気温と年の二つを説明変数とした重回帰のためのPythonコード

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import numpy as np

reg_multi = LinearRegression()
X = df[[hitemp_col, 'year']].values  # 二つの説明変数（2次元配列）
y = df[target_col].values  # 支出金額（1次元配列）
reg_multi.fit(X, y)  # 学習（データに平面を当てはめる）
print('intercept:', reg_multi.intercept_)  # 切片
print('coef:', reg_multi.coef_)  # 平面の傾き
print('R2:', reg_multi.score(X, y))  # 決定係数
# 3次元散布図のプロット
def scatter3d(X, y, xlabels, ylabel):
    fig = plt.figure(figsize=(9, 6))
    ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
    ax.scatter(X[:, 0], X[:, 1], y)
    ax.set_xlabel(xlabels[0])
    ax.set_ylabel(xlabels[1])
    ax.set_zlabel(ylabel)
    ax.view_init(elev=30, azim=-60)
    return ax
scatter3d(X, y, [hitemp_col, '年'], target_col)
plt.show()
# 平面（wireframe）を合わせてプロット
ax = scatter3d(X, y, [hitemp_col, '年'], target_col)
xlim = ax.get_xlim()
ylim = ax.get_ylim()
mesh_x = np.meshgrid(np.arange(*xlim, (xlim[1] - xlim[0]) / 20),
    np.arange(*ylim, (ylim[1] - ylim[0]) / 20))
mesh_y = reg_multi.intercept_ + reg_multi.coef_[0] * mesh_x[0] \ 
    + reg_multi.coef_[1] * mesh_x[1]  # 回帰式より予測
ax.plot_wireframe(*mesh_x, mesh_y, color='r', linewidth=0.5)
plt.show()

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from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

import numpy as np

reg_multi = LinearRegression()

X = df[[hitemp_col, 'year']].values # 二つの説明変数（2次元配列）

y = df[target_col].values # 支出金額（1次元配列）

reg_multi.fit(X, y) # 学習（データに平面を当てはめる）

print('intercept:', reg_multi.intercept_) # 切片

print('coef:', reg_multi.coef_) # 平面の傾き

print('R2:', reg_multi.score(X, y)) # 決定係数

# 3次元散布図のプロット

def scatter3d(X, y, xlabels, ylabel):

fig = plt.figure(figsize=(9, 6))

ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

ax.scatter(X[:, 0], X[:, 1], y)

ax.set_xlabel(xlabels[0])

ax.set_ylabel(xlabels[1])

ax.set_zlabel(ylabel)

ax.view_init(elev=30, azim=-60)

return ax

scatter3d(X, y, [hitemp_col, '年'], target_col)

plt.show()

# 平面（wireframe）を合わせてプロット

ax = scatter3d(X, y, [hitemp_col, '年'], target_col)

xlim = ax.get_xlim()

ylim = ax.get_ylim()

mesh_x = np.meshgrid(np.arange(*xlim, (xlim[1] - xlim[0]) / 20),

np.arange(*ylim, (ylim[1] - ylim[0]) / 20))

mesh_y = reg_multi.intercept_ + reg_multi.coef_[0] * mesh_x[0] \

+ reg_multi.coef_[1] * mesh_x[1] # 回帰式より予測

ax.plot_wireframe(*mesh_x, mesh_y, color='r', linewidth=0.5)

plt.show()

図18　平均最高気温と年の二つを説明変数とした重回帰の残差をプロットするPythonコード

fig = plt.figure(figsize=(5, 5))
plt.scatter(X[:, 0], y - reg_multi.predict(X)) # 残差をプロット
plt.axhline(y=0, c='r', linestyle='-') # 水平線をプロット
plt.ylim([-3, 3])plt.xlabel(hitemp_col)
plt.ylabel('残差')
plt.show()

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fig = plt.figure(figsize=(5, 5))

plt.scatter(X[:, 0], y - reg_multi.predict(X)) # 残差をプロット

plt.axhline(y=0, c='r', linestyle='-') # 水平線をプロット

plt.ylim([-3, 3])plt.xlabel(hitemp_col)

plt.ylabel('残差')

plt.show()

図20　平均最高気温とアイスクリーム支出金額の散布図をプロットするPythonコード

target_col = 'アイスクリーム・シャーベット (円/日)'  # 目的変数を変える
df.plot(kind='scatter', x=hitemp_col, y=target_col, figsize=(5, 5))
plt.show()

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target_col = 'アイスクリーム・シャーベット (円/日)' # 目的変数を変える

df.plot(kind='scatter', x=hitemp_col, y=target_col, figsize=(5, 5))

plt.show()

図22　多項式回帰モデルを使ったPythonコード

from sklearn.preprocessing import PolynomialFeatures
from sklearn.linear_model import Ridge

def poly_fit(df, xlabel, ylabel, degree=2, ylim=None):
    """ 多項式回帰 """
    y = df[ylabel]
    pf = PolynomialFeatures(degree=degree, include_bias=False)
    Xpf = pf.fit_transform(df[[xlabel]])
    reg_pf = LinearRegression(normalize=True)
    # reg_pf = Ridge(normalize=True, alpha=0.01)  # （★）
    reg_pf.fit(Xpf, y)
    print('intercept:', reg_pf.intercept_)  # 切片
    print('coef:', reg_pf.coef_)  # 直線の傾き
    print('R2:', reg_pf.score(Xpf, y))  # 決定係数
    fig = plt.figure(figsize=(5, 5))
    plt.plot(X, y, '.', ms=8)
    plt.ylim(ylim)
    plt.xlabel(xlabel)
    plt.ylabel(ylabel)
    # x軸に等間隔に点を配置して回帰曲線を描く
    xlim = plt.xlim()
    X_lin = np.arange(*xlim, (xlim[1] - xlim[0])/50).reshape(-1, 1)
    Xpf_lin = pf.fit_transform(X_lin)
    ypf_pred = reg_pf.predict(Xpf_lin)
    plt.plot(X_lin, ypf_pred, color='r')
X = df[[hitemp_col]].values  # 平均最高気温
y = df[target_col].values  # 支出金額
for p in [1, 2, 3, 20]:  # 多項式の次数
    poly_fit(df, hitemp_col, target_col, degree=p)
    plt.title(f'p = {p}')
    plt.show()

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from sklearn.preprocessing import PolynomialFeatures

from sklearn.linear_model import Ridge

def poly_fit(df, xlabel, ylabel, degree=2, ylim=None):

""" 多項式回帰 """

y = df[ylabel]

pf = PolynomialFeatures(degree=degree, include_bias=False)

Xpf = pf.fit_transform(df[[xlabel]])

reg_pf = LinearRegression(normalize=True)

# reg_pf = Ridge(normalize=True, alpha=0.01) # （★）

reg_pf.fit(Xpf, y)

print('intercept:', reg_pf.intercept_) # 切片

print('coef:', reg_pf.coef_) # 直線の傾き

print('R2:', reg_pf.score(Xpf, y)) # 決定係数

fig = plt.figure(figsize=(5, 5))

plt.plot(X, y, '.', ms=8)

plt.ylim(ylim)

plt.xlabel(xlabel)

plt.ylabel(ylabel)

# x軸に等間隔に点を配置して回帰曲線を描く

xlim = plt.xlim()

X_lin = np.arange(*xlim, (xlim[1] - xlim[0])/50).reshape(-1, 1)

Xpf_lin = pf.fit_transform(X_lin)

ypf_pred = reg_pf.predict(Xpf_lin)

plt.plot(X_lin, ypf_pred, color='r')

X = df[[hitemp_col]].values # 平均最高気温

y = df[target_col].values # 支出金額

for p in [1, 2, 3, 20]: # 多項式の次数

poly_fit(df, hitemp_col, target_col, degree=p)

plt.title(f'p = {p}')

plt.show()

Raspberry Piを100%活用しよう（Vol.74掲載）

投稿日：2021.10.15　｜　カテゴリー：　コード

著者：米田聡

小型コンピュータボード「Raspberry Pi」（ラズパイ）向けにさまざまな拡張ボードが発売されています。その拡張ボードとラズパイを組み合わせれば、ラズパイでいろいろなことが簡単に試せます。第7回は、ボリュームスイッチのような操作を実現する拡張基板を扱います。

シェルスクリプトマガジン Vol.74は以下のリンク先でご購入できます。

図4　サンプルプログラム（sample.py）

import smbus
import struct
import time

ADRSZRE_ADDR = 0x54
VALUE_HI     = 0x00
RESET        = 0x02

STEPS = 80  # 1回転＝80カウント

bus = smbus.SMBus(1)
degree = 0.0

try:
    while True:
        temp = bus.read_word_data(ADRSZRE_ADDR, VALUE_HI)
        value = struct.unpack(">H", struct.pack("<H", temp))[0]
        if value == 0:
            bus.write_byte_data(ADRSZRE_ADDR, RESET, True) # Zero Reset
            
        degree =  (value % STEPS) *  360.0 / STEPS
        print("%.1f" % degree, end='\r', flush=True)
        time.sleep(0.1)

except KeyboardInterrupt:
    pass

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import smbus

import struct

import time

ADRSZRE_ADDR = 0x54

VALUE_HI = 0x00

RESET = 0x02

STEPS = 80 # 1回転＝80カウント

bus = smbus.SMBus(1)

degree = 0.0

try:

while True:

temp = bus.read_word_data(ADRSZRE_ADDR, VALUE_HI)

value = struct.unpack(">H", struct.pack("<H", temp))[0]

if value == 0:

bus.write_byte_data(ADRSZRE_ADDR, RESET, True) # Zero Reset

degree = (value % STEPS) * 360.0 / STEPS

print("%.1f" % degree, end='\r', flush=True)

time.sleep(0.1)

except KeyboardInterrupt:

pass

特集1 本格的なホームサーバーを構築（Vol.74記載）

投稿日：2021.10.15　｜　カテゴリー：　コード

著者：麻生二郎

小型コンピュータボードの最上位モデルである「Raspberry Pi 4 Model B」の4G/8Gバイト版と、人気のLinuxディストリビューション「Ubuntu」のサーバー版を組み合わせて、本格的なサーバーを構築しましょう。本特集では、テレワークに役立つサーバーアプリの導入方法を紹介します。

シェルスクリプトマガジン Vol.74は以下のリンク先でご購入できます。

図11　Sambaをインストールして実行するシェルスクリプト（samba_install.sh）

#!/bin/sh

##初期設定
WORKGROUP_NAME="SHMAG"
SHARE_NAME="share"
SHARE_FOLDER="/var/share"

##Sambaのインストール
sudo apt update
sudo apt -y install samba

##旧設定バックアップ
mkdir -p ~/old_settings
sudo mv /etc/samba/smb.conf ~/old_settings/.

##Sambaの共有設定
cat << EOF | sudo tee /etc/samba/smb.conf > /dev/null
[global]
workgroup = workgroup_name
dos charset = CP932
unix charset = UTF8

[share_name]
comment = Raspberry Pi share
path = share_folder
browsable = yes
writable = yes
create mask = 0777
directory mask = 0777
EOF
sudo sed -i -e "s%workgroup_name%'$WORKGROUP_NAME'%" /etc/samba/smb.conf
sudo sed -i -e "s%share_name%'$SHARE_NAME'%" /etc/samba/smb.conf
sudo sed -i -e "s%share_folder%'$SHARE_FOLDER'%" /etc/samba/smb.conf

##共有フォルダ作成
sudo mkdir -p $SHARE_FOLDER
sudo chmod 777 $SHARE_FOLDER

##Sambaの設定反映
sudo systemctl restart smbd
sudo systemctl restart nmbd

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#!/bin/sh

##初期設定

WORKGROUP_NAME="SHMAG"

SHARE_NAME="share"

SHARE_FOLDER="/var/share"

##Sambaのインストール

sudo apt update

sudo apt -y install samba

##旧設定バックアップ

mkdir -p ~/old_settings

sudo mv /etc/samba/smb.conf ~/old_settings/.

##Sambaの共有設定

cat << EOF | sudo tee /etc/samba/smb.conf > /dev/null

[global]

workgroup = workgroup_name

dos charset = CP932

unix charset = UTF8

[share_name]

comment = Raspberry Pi share

path = share_folder

browsable = yes

writable = yes

create mask = 0777

directory mask = 0777

EOF

sudo sed -i -e "s%workgroup_name%'$WORKGROUP_NAME'%" /etc/samba/smb.conf

sudo sed -i -e "s%share_name%'$SHARE_NAME'%" /etc/samba/smb.conf

sudo sed -i -e "s%share_folder%'$SHARE_FOLDER'%" /etc/samba/smb.conf

##共有フォルダ作成

sudo mkdir -p $SHARE_FOLDER

sudo chmod 777 $SHARE_FOLDER

##Sambaの設定反映

sudo systemctl restart smbd

sudo systemctl restart nmbd

図14　MediaWikiを導入するシェルスクリプト（mediawiki_install.sh）

#!/bin/sh

##初期設定
DB_PASSWORD="shmag"

##必要なパッケージのインストール
sudo apt update
sudo apt -y install mediawiki imagemagick

##データベースの作成
sudo mysql -e "create database my_wiki;"
sudo mysql -e "create user 'mediawiki'@'%' identified by '$DB_PASSWORD';"
sudo mysql -e "grant all privileges on my_wiki.* to 'mediawiki'@'%';"

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#!/bin/sh

##初期設定

DB_PASSWORD="shmag"

##必要なパッケージのインストール

sudo apt update

sudo apt -y install mediawiki imagemagick

##データベースの作成

sudo mysql -e "create database my_wiki;"

sudo mysql -e "create user 'mediawiki'@'%' identified by '$DB_PASSWORD';"

sudo mysql -e "grant all privileges on my_wiki.* to 'mediawiki'@'%';"

図25　ownCloudをインストールするシェルスクリプト（owncloud_install.sh）

#!/bin/sh

##初期設定
DB_PASSWORD="shmag"
ADMIN_NAME="admin"
ADMIN_PASSWORD="admin"
OWNCLOUD_FILE="owncloud-10.8.0.tar.bz2"

##ヘルパースクリプト「occ」の作成
cat << EOM | sudo tee /usr/local/bin/occ
#! /bin/bash
cd /var/www/owncloud
sudo -E -u www-data /usr/bin/php /var/www/owncloud/occ "\$@"
EOM
sudo chmod +x /usr/local/bin/occ

##必要・推奨パッケージのインストール
sudo apt update
sudo apt -y install apache2 libapache2-mod-php mysql-server php-imagick php-common php-curl php-gd php-imap php-intl php-json php-mbstring php-mysql php-ssh2 php-xml php-zip php-apcu php-redis redis-server
sudo apt -y install jq inetutils-ping

##ownCloudの設定ファイル作成
sudo sed -i "s%html%owncloud%" /etc/apache2/sites-available/000-default.conf
cat << EOM | sudo tee /etc/apache2/sites-available/owncloud.conf
Alias /owncloud "/var/www/owncloud/"

<Directory /var/www/owncloud/>
  Options +FollowSymlinks
  AllowOverride All

 <IfModule mod_dav.c>
  Dav off
 </IfModule>

 SetEnv HOME /var/www/owncloud
 SetEnv HTTP_HOME /var/www/owncloud
</Directory>
EOM

##Apache HTTP Serverの設定
sudo a2ensite owncloud.conf
sudo a2enmod dir env headers mime rewrite setenvif
sudo systemctl restart apache2

##ownCloudの入手と展開
wget https://download.owncloud.org/community/$OWNCLOUD_FILE
tar -jxf $OWNCLOUD_FILE
sudo mv owncloud /var/www/.
sudo chown -R www-data /var/www/owncloud

##データベースの作成
sudo mysql -e "create database owncloud;"
sudo mysql -e "create user 'owncloud'@'%' identified by '$DB_PASSWORD';"
sudo mysql -e "grant all privileges on owncloud.* to 'owncloud'@'%';"

##ownCloudのインストール
echo "しばらくおまちください。"
occ maintenance:install --database "mysql" --database-name "owncloud" --database-user "owncloud" --database-pass $DB_PASSWORD --admin-user "$ADMIN_NAME" --admin-pass "$ADMIN_PASSWORD"
myip=$(hostname -I|cut -f1 -d ' ')
occ config:system:set trusted_domains 1 --value="$myip"

##バックグラウンド処理の設定
occ background:cron
sudo sh -c 'echo "*/15  *  *  *  * /var/www/owncloud/occ system:cron" > /var/spool/cron/crontabs/www-data'
sudo chown www-data.crontab /var/spool/cron/crontabs/www-data
sudo chmod 0600 /var/spool/cron/crontabs/www-data

##キャッシュとロックファイルの作成
occ config:system:set memcache.local --value '\OC\Memcache\APCu'
occ config:system:set memcache.locking --value '\OC\Memcache\Redis'
occ config:system:set redis --value '{"host": "127.0.0.1", "port": "6379"}' --type json

##ログローテーションの設定
cat << EOM | sudo tee /etc/logrotate.d/owncloud
/var/www/owncloud/data/owncloud.log {
  size 10M
  rotate 12
  copytruncate
  missingok
  compress
  compresscmd /bin/gzip
}
EOM

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#!/bin/sh

##初期設定

DB_PASSWORD="shmag"

ADMIN_NAME="admin"

ADMIN_PASSWORD="admin"

OWNCLOUD_FILE="owncloud-10.8.0.tar.bz2"

##ヘルパースクリプト「occ」の作成

cat << EOM | sudo tee /usr/local/bin/occ

#! /bin/bash

cd /var/www/owncloud

sudo -E -u www-data /usr/bin/php /var/www/owncloud/occ "\$@"

EOM

sudo chmod +x /usr/local/bin/occ

##必要・推奨パッケージのインストール

sudo apt update

sudo apt -y install apache2 libapache2-mod-php mysql-server php-imagick php-common php-curl php-gd php-imap php-intl php-json php-mbstring php-mysql php-ssh2 php-xml php-zip php-apcu php-redis redis-server

sudo apt -y install jq inetutils-ping

##ownCloudの設定ファイル作成

sudo sed -i "s%html%owncloud%" /etc/apache2/sites-available/000-default.conf

cat << EOM | sudo tee /etc/apache2/sites-available/owncloud.conf

Alias /owncloud "/var/www/owncloud/"

Options +FollowSymlinks

AllowOverride All

Dav off

</IfModule>

SetEnv HOME /var/www/owncloud

SetEnv HTTP_HOME /var/www/owncloud

</Directory>

EOM

##Apache HTTP Serverの設定

sudo a2ensite owncloud.conf

sudo a2enmod dir env headers mime rewrite setenvif

sudo systemctl restart apache2

##ownCloudの入手と展開

wget https://download.owncloud.org/community/$OWNCLOUD_FILE

tar -jxf $OWNCLOUD_FILE

sudo mv owncloud /var/www/.

sudo chown -R www-data /var/www/owncloud

##データベースの作成

sudo mysql -e "create database owncloud;"

sudo mysql -e "create user 'owncloud'@'%' identified by '$DB_PASSWORD';"

sudo mysql -e "grant all privileges on owncloud.* to 'owncloud'@'%';"

##ownCloudのインストール

echo "しばらくおまちください。"

occ maintenance:install --database "mysql" --database-name "owncloud" --database-user "owncloud" --database-pass $DB_PASSWORD --admin-user "$ADMIN_NAME" --admin-pass "$ADMIN_PASSWORD"

myip=$(hostname -I|cut -f1 -d ' ')

occ config:system:set trusted_domains 1 --value="$myip"

##バックグラウンド処理の設定

occ background:cron

sudo sh -c 'echo "*/15 * * * * /var/www/owncloud/occ system:cron" > /var/spool/cron/crontabs/www-data'

sudo chown www-data.crontab /var/spool/cron/crontabs/www-data

sudo chmod 0600 /var/spool/cron/crontabs/www-data

##キャッシュとロックファイルの作成

occ config:system:set memcache.local --value '\OC\Memcache\APCu'

occ config:system:set memcache.locking --value '\OC\Memcache\Redis'

occ config:system:set redis --value '{"host": "127.0.0.1", "port": "6379"}' --type json

##ログローテーションの設定

cat << EOM | sudo tee /etc/logrotate.d/owncloud

/var/www/owncloud/data/owncloud.log {

size 10M

rotate 12

copytruncate

missingok

compress

compresscmd /bin/gzip

}

EOM

図29　RainLoopをインストールするシェルスクリプト（rainloop_install.sh）

#!/bin/sh

##初期設定
SIZE="100M"
DB_PASSWORD="admin"

##必要なパッケージの導入
sudo apt update
sudo apt -y install apache2 php php-curl php-xml php-mysql mysql-server unzip

##RainLoop Webmailの導入
wget https://www.rainloop.net/repository/webmail/rainloop-community-latest.zip
sudo mkdir -p /var/www/html/rainloop
sudo unzip rainloop-community-latest.zip -d /var/www/html/rainloop/.
sudo chown -R www-data /var/www/html/rainloop
cat << EOF | sudo tee /etc/apache2/sites-available/rainloop.conf >> /dev/null
<Directory /var/www/html/rainloop/data>
    Require all denied
</Directory>
EOF
sudo a2ensite rainloop

##連絡先データベースの作成とApacheに反映
sudo mysql -e "create database rainloop;"
sudo mysql -e "create user 'rainloop'@'%' identified by '$DB_PASSWORD';"
sudo mysql -e "grant all privileges on rainloop.* to 'rainloop'@'%';"

##添付ファイルサイズの拡大
sudo sed -i -e "s%upload_max_filesize = 2M%upload_max_filesize = '$SIZE'%" /etc/php/7.4/apache2/php.ini
sudo sed -i -e "s%post_max_size = 8M%post_max_size = '$SIZE'%" /etc/php/7.4/apache2/php.ini
sudo systemctl restart apache2

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#!/bin/sh

##初期設定

SIZE="100M"

DB_PASSWORD="admin"

##必要なパッケージの導入

sudo apt update

sudo apt -y install apache2 php php-curl php-xml php-mysql mysql-server unzip

##RainLoop Webmailの導入

wget https://www.rainloop.net/repository/webmail/rainloop-community-latest.zip

sudo mkdir -p /var/www/html/rainloop

sudo unzip rainloop-community-latest.zip -d /var/www/html/rainloop/.

sudo chown -R www-data /var/www/html/rainloop

cat << EOF | sudo tee /etc/apache2/sites-available/rainloop.conf >> /dev/null

Require all denied

</Directory>

EOF

sudo a2ensite rainloop

##連絡先データベースの作成とApacheに反映

sudo mysql -e "create database rainloop;"

sudo mysql -e "create user 'rainloop'@'%' identified by '$DB_PASSWORD';"

sudo mysql -e "grant all privileges on rainloop.* to 'rainloop'@'%';"

##添付ファイルサイズの拡大

sudo sed -i -e "s%upload_max_filesize = 2M%upload_max_filesize = '$SIZE'%" /etc/php/7.4/apache2/php.ini

sudo sed -i -e "s%post_max_size = 8M%post_max_size = '$SIZE'%" /etc/php/7.4/apache2/php.ini

sudo systemctl restart apache2

図36　Mattermostをインストールするシェルスクリプト（mattermost_install.sh）

#!/bin/sh

##初期設定
DB_PASSWORD="shmag"
MATTERMOST="v5.39.0/mattermost-v5.39.0-linux-arm64.tar.gz"
SITE_URL="http://192.168.11.100/"

##データベースの作成
sudo apt update
sudo apt -y install mysql-server
sudo mysql -uroot -e "create user 'mmuser'@'%' identified by '$DB_PASSWORD';"
sudo mysql -uroot -e "create database mattermost;"
sudo mysql -uroot -e "grant all privileges on mattermost.* to 'mmuser'@'%';"

##mattermostの入手と展開
wget https://github.com/SmartHoneybee/ubiquitous-memory/releases/download/$MATTERMOST
tar -xvzf mattermost*.gz
sudo mv mattermost /opt
sudo mkdir /opt/mattermost/data
sudo useradd --system --user-group mattermost
sudo chown -R mattermost:mattermost /opt/mattermost
sudo chmod -R g+w /opt/mattermost

##設定ファイルの書き換え
sudo sed -i -e 's%"postgres"%"mysql"%' /opt/mattermost/config/config.json
sudo sed -i -e 's%postgres://mmuser:mostest@localhost/mattermost_test?sslmode=disable\\u0026connect_timeout=10%mmuser:'$DB_PASSWORD'@tcp(localhost:3306)/mattermost?charset=utf8mb4,utf8\&writeTimeout=30s%' /opt/mattermost/config/config.json
sudo sed -i -e 's%"SiteURL": "",%"SiteURL": "'$SITE_URL'",%' /opt/mattermost/config/config.json

##起動・停止ファイルの作成
cat << EOF | sudo tee /lib/systemd/system/mattermost.service > /dev/null
[Unit]
Description=Mattermost
After=network.target
After=mysql.service
BindsTo=mysql.service

[Service]
Type=notify
ExecStart=/opt/mattermost/bin/mattermost
TimeoutStartSec=3600
KillMode=mixed
Restart=always
RestartSec=10
WorkingDirectory=/opt/mattermost
User=mattermost
Group=mattermost
LimitNOFILE=49152

[Install]
WantedBy=mysql.service
EOF

##mattermostの起動と自動起動設定
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl start mattermost
sudo systemctl enable mattermost

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#!/bin/sh

##初期設定

DB_PASSWORD="shmag"

MATTERMOST="v5.39.0/mattermost-v5.39.0-linux-arm64.tar.gz"

SITE_URL="http://192.168.11.100/"

##データベースの作成

sudo apt update

sudo apt -y install mysql-server

sudo mysql -uroot -e "create user 'mmuser'@'%' identified by '$DB_PASSWORD';"

sudo mysql -uroot -e "create database mattermost;"

sudo mysql -uroot -e "grant all privileges on mattermost.* to 'mmuser'@'%';"

##mattermostの入手と展開

wget https://github.com/SmartHoneybee/ubiquitous-memory/releases/download/$MATTERMOST

tar -xvzf mattermost*.gz

sudo mv mattermost /opt

sudo mkdir /opt/mattermost/data

sudo useradd --system --user-group mattermost

sudo chown -R mattermost:mattermost /opt/mattermost

sudo chmod -R g+w /opt/mattermost

##設定ファイルの書き換え

sudo sed -i -e 's%"postgres"%"mysql"%' /opt/mattermost/config/config.json

sudo sed -i -e 's%postgres://mmuser:mostest@localhost/mattermost_test?sslmode=disable\\u0026connect_timeout=10%mmuser:'$DB_PASSWORD'@tcp(localhost:3306)/mattermost?charset=utf8mb4,utf8\&writeTimeout=30s%' /opt/mattermost/config/config.json

sudo sed -i -e 's%"SiteURL": "",%"SiteURL": "'$SITE_URL'",%' /opt/mattermost/config/config.json

##起動・停止ファイルの作成

cat << EOF | sudo tee /lib/systemd/system/mattermost.service > /dev/null

[Unit]

Description=Mattermost

After=network.target

After=mysql.service

BindsTo=mysql.service

[Service]

Type=notify

ExecStart=/opt/mattermost/bin/mattermost

TimeoutStartSec=3600

KillMode=mixed

Restart=always

RestartSec=10

WorkingDirectory=/opt/mattermost

User=mattermost

Group=mattermost

LimitNOFILE=49152

[Install]

WantedBy=mysql.service

EOF

##mattermostの起動と自動起動設定

sudo systemctl daemon-reload

sudo systemctl start mattermost

sudo systemctl enable mattermost

図43　MosP勤怠管理をインストールするシェルスクリプト（mosp_install.sh）

#!/bin/sh

##初期設定
MOSP="time4.war"

##必要なパッケージのインストール
sudo apt update
sudo apt -y install tomcat9 tomcat9-admin postgresql
##Mosp勤怠管理の導入
sudo chown tomcat:tomcat $MOSP
sudo chmod 775 $MOSP
sudo mv $MOSP /var/lib/tomcat9/webapps/.

##データベース管理者に切り替え
sudo -i -u postgres

##初期設定
DBADMIN_PASSWORD="shmag"

##管理者パスワード設定
psql -c "alter role postgres with password '$DBADMIN_PASSWORD';"

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#!/bin/sh

##初期設定

MOSP="time4.war"

##必要なパッケージのインストール

sudo apt update

sudo apt -y install tomcat9 tomcat9-admin postgresql

##Mosp勤怠管理の導入

sudo chown tomcat:tomcat $MOSP

sudo chmod 775 $MOSP

sudo mv $MOSP /var/lib/tomcat9/webapps/.

##データベース管理者に切り替え

sudo -i -u postgres

##初期設定

DBADMIN_PASSWORD="shmag"

##管理者パスワード設定

psql -c "alter role postgres with password '$DBADMIN_PASSWORD';"

図A3　ラズパイサーバーの初期設定（ubuntu_init1.sh）

#!/bin/sh

##日本のタイムゾーン設定
sudo timedatectl set-timezone Asia/Tokyo

##全ソフトウエア更新
sudo apt update
sudo apt -y upgrade
sudo apt -y autoremove
sudo apt clean

##ファームウエアアップデート
sudo apt -y install rpi-eeprom
sudo rpi-eeprom-update

##完了後の再起動
read -p "再起動しますか [y/N]:" YN
if [ " $YN" = " y" ] || [ " $YN" = " Y" ]; then
  sudo reboot
fi

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#!/bin/sh

##日本のタイムゾーン設定

sudo timedatectl set-timezone Asia/Tokyo

##全ソフトウエア更新

sudo apt update

sudo apt -y upgrade

sudo apt -y autoremove

sudo apt clean

##ファームウエアアップデート

sudo apt -y install rpi-eeprom

sudo rpi-eeprom-update

##完了後の再起動

read -p "再起動しますか [y/N]:" YN

if [ " $YN" = " y" ] || [ " $YN" = " Y" ]; then

sudo reboot

fi

図A4　ラズパイサーバーの初期設定（ubuntu_init2.sh）

#!/bin/sh

##固定IPアドレス
IP_ADDRESS="192.168.10.100"

##旧設定バックアップ
mkdir -p ~/old_settings
sudo mv /etc/netplan/50-cloud-init.yaml ~/old_settings/.

##新ネットワーク設定作成
cat << EOF | sudo tee /etc/netplan/50-cloud-init.yaml > /dev/null
network:
  ethernets:
    eth0:
      dhcp4: false
      addresses: [ip_address/24]
      gateway4: 192.168.10.1
      nameservers:
        addresses: [8.8.8.8]
  version: 2
EOF
sudo sed -i -e "s%ip_address%$IP_ADDRESS%" /etc/netplan/50-cloud-init.yaml

##ネットワーク設定反映
sudo netplan apply

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#!/bin/sh

##固定IPアドレス

IP_ADDRESS="192.168.10.100"

##旧設定バックアップ

mkdir -p ~/old_settings

sudo mv /etc/netplan/50-cloud-init.yaml ~/old_settings/.

##新ネットワーク設定作成

cat << EOF | sudo tee /etc/netplan/50-cloud-init.yaml > /dev/null

network:

ethernets:

eth0:

dhcp4: false

addresses: [ip_address/24]

gateway4: 192.168.10.1

nameservers:

addresses: [8.8.8.8]

version: 2

EOF

sudo sed -i -e "s%ip_address%$IP_ADDRESS%" /etc/netplan/50-cloud-init.yaml

##ネットワーク設定反映

sudo netplan apply

図A3　データ領域を拡張するシェルスクリプト（storage_expand.sh）

#!/bin/sh

##パーティション作成とフォーマット
sudo parted -s /dev/sda rm 1
sudo parted -s /dev/sda mklabel msdos
sudo parted -s /dev/sda mkpart primary 0% 100%
sudo mke2fs -t ext4 -F /dev/sda1

##/varディレクトリに自動マウント
sudo e2label /dev/sda1 usbssd
sudo sh -c "echo 'LABEL=usbssd /var ext4 defaults 0 0' >> /etc/fstab"

##読み書き許可と/varディレクトリコピー
sudo mount /dev/sda1 /mnt
sudo chmod 777 /mnt
sudo cp -a /var/* /mnt

##完了後の再起動
read -p "再起動しますか [y/N]:" YN
if [ " $YN" = " y" ] || [ " $YN" = " Y" ]; then
  sudo reboot
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#!/bin/sh

##パーティション作成とフォーマット

sudo parted -s /dev/sda rm 1

sudo parted -s /dev/sda mklabel msdos

sudo parted -s /dev/sda mkpart primary 0% 100%

sudo mke2fs -t ext4 -F /dev/sda1

##/varディレクトリに自動マウント

sudo e2label /dev/sda1 usbssd

sudo sh -c "echo 'LABEL=usbssd /var ext4 defaults 0 0' >> /etc/fstab"

##読み書き許可と/varディレクトリコピー

sudo mount /dev/sda1 /mnt

sudo chmod 777 /mnt

sudo cp -a /var/* /mnt

##完了後の再起動

read -p "再起動しますか [y/N]:" YN

if [ " $YN" = " y" ] || [ " $YN" = " Y" ]; then

sudo reboot

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シェルスクリプトマガジンvol.74 Web掲載記事まとめ

投稿日：2021.10.15　｜　カテゴリー：　コード

004　レポート　UNIX基本コマンド集の新版
005　レポート　IBMのフリー日本語ソフト
006　NEWS FLASH
008　特集1　本格的なホームサーバーを構築　アプリ編/麻生二郎　コード掲載
023　コラム「ユニケージは従来のやり方と何が違うのか（前編）」/シェル魔人
024　特集2　オープンソースのJitsiで構築しよう/橋本知里
034　特集3　キーボードを自作しよう/東峰沙希
044　特別企画　MDSを始めよう！（応用編）/生駒眞知子
054　Raspberry Piを100%活用しよう/米田聡　コード掲載
057　Hello Nogyo!
058　機械学習ことはじめ/川嶋宏彰　コード掲載
068　タイ語から分かる現地生活/つぎみき
072　MySQLのチューニング/稲垣大助
080　PPAP/桑原滝弥、イケヤシロウ
082　中小企業手作りIT化奮戦記/菅雄一
086　法林浩之のFIGHTING TALKS/法林浩之
088　Pythonあれこれ/飯尾淳　コード掲載
094　香川大学SLPからお届け！/増田嶺　コード掲載
102　Bash入門/大津真
110　Techパズル/gori.sh
111　コラム「ユニケージは従来のやり方と何が違うのか（後編）」/シェル魔人

Vol.74

投稿日：2021.10.15　｜　カテゴリー：　バックナンバー

　小型コンピュータボードの最上位モデル「Raspberry Pi 4 Model B」と、人気のLinuxディストリビューション「Ubuntu」を組み合わせれば、省スペースの本格的なホームサーバーを構築できます。しかし、無料でも利用できるさまざまなクラウドサービスが存在している今、ホームサーバーで何をすればよいのでしょうか。特集1では、テレワークをテーマに自宅での職場環境を豊かにするサーバーアプリの導入方法を解説します。
　特集2では、オープンソースのWeb会議システムソフト「Jitsi」（ジッツィ）を紹介しました。新型コロナ感染症拡大によりWeb会議が普及・一般化しています。これにより、Web会議の利便性が多くの人に伝わりました。ただし、Zeem MeetingsやCisco Webex Meetings、Microsoft TeamsのようなWeb会議サービスはとても便利ですが、無料で利用する場合は制限があります。有料版は、複数の会議を同時に行う場合はその数だけ契約したくてはいけません。この機会に無料で使えるJitsiの実力を体験してみてください。
　特集3では、自作キーボードを扱いました。自宅でのテレワークが増えてノートパソコンにもつなげられるキーボードの需要は高まっています。市販のキーボードでもよいでしょうが、この機会に自分だけのキーボードを自作してみましょう。オリジナルキーボードならきーの設定をカスタマイズできるので、複数のキーを使った特別な操作も一つのキーで実現できます。
　特別企画では、オープンソースのデータベース管理システムクラウドサービス「MySQL Database Service」（MDS）が備えるインメモリークエリーアクセラレータ「HeatWave」を紹介しました。HeatWaveならオンライン分析処理（OLAP）を高速に実行できます。MDSのトライアルアカウントでも利用できますので、ぜひ試してください。
　このほかに、タイ王国独特の文化が分かる連載「タイ語から分かる現地生活」を開始しました。タイ在住の日本人が経験した、タイの不思議な文化に触れられます。現在のタイ（チェンマイ）の写真も多数掲載しています。今回も読み応え十分のシェルスクリプトマガジン Vol.74。お見逃しなく!

※記事掲載のコードはこちら。記事の補足情報はこちら

※読者アンケートはこちら

Vol.74 補足情報

投稿日：2021.10.15　｜　カテゴリー：　コード

訂正・補足情報はありません。
情報は随時更新致します。

香川大学SLPからお届け！（Vol.73掲載）

投稿日：2021.07.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：岩本和真

SLPでは最近、Webブラウザで動作するリズムゲームをチームで開発しました。さまざまな曲でプレーできるように、リズムゲーム本体と並行して、ゲームで使用する譜面を作成するツールも開発しました。このツールもWebブラ
ウザで動作します。今回は、この譜面作成ツールの実装について紹介します。

シェルスクリプトマガジン Vol.73は以下のリンク先でご購入できます。

図3　最初に実行されるコード

window.onload = async function() {
  const {bpm, musicL} = getMusicInfoViaElement()
  await getWidth();
  await numberQLine(bpm, musicL);
  await setCanvas();
  await setQLine();
  await setXLine();
  await update();
  await draw();
  await scrollBottom();
}

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window.onload = async function() {

const {bpm, musicL} = getMusicInfoViaElement()

await getWidth();

await numberQLine(bpm, musicL);

await setCanvas();

await setQLine();

await setXLine();

await update();

await draw();

await scrollBottom();

}

図4　getMusicInfoViaElement()関数のコード

function getMusicInfoViaElement() {
  const bpm = document.getElementById('bpm').value;
  const musicL = document.getElementById('musicL').value;
  const musicBody = document.getElementById('musicBody').value;
  return {bpm, musicL, musicBody}
}

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function getMusicInfoViaElement() {

const bpm = document.getElementById('bpm').value;

const musicL = document.getElementById('musicL').value;

const musicBody = document.getElementById('musicBody').value;

return {bpm, musicL, musicBody}

}

図5　getWidth()関数のコード

const can = document.getElementById("can2");
const ctx = can.getContext("2d");
can.setAttribute('style', 'background-color: #f6f7d7');
function getWidth() {
  return new Promise(function(resolve) {
    cst = window.getComputedStyle(can);
    canvasW = parseInt(cst.width);
    can.width = canvasW;
    resolve();
  })
}

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const can = document.getElementById("can2");

const ctx = can.getContext("2d");

can.setAttribute('style', 'background-color: #f6f7d7');

function getWidth() {

return new Promise(function(resolve) {

cst = window.getComputedStyle(can);

canvasW = parseInt(cst.width);

can.width = canvasW;

resolve();

})

}

図6　numberQLine()関数のコード

function numberQLine(bpm, musicL) {
  return new Promise(function(resolve) {
    qLineQty = Math.floor(musicL / (60 / bpm) + 1);
    resolve();
  })
}

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function numberQLine(bpm, musicL) {

return new Promise(function(resolve) {

qLineQty = Math.floor(musicL / (60 / bpm) + 1);

resolve();

})

}

図7　setCanvas()関数のコード

let qLineMargin = 80;
function setCanvas() {
  return new Promise(function(resolve) {
    canvasH = qLineQty * qLineMargin;
    can.height = canvasH;
    ctx.translate(0, can.height);
    ctx.scale(1, -1);
    can.style.height = canvasH * 2.5 +'px';
    resolve();
  })
}

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let qLineMargin = 80;

function setCanvas() {

return new Promise(function(resolve) {

canvasH = qLineQty * qLineMargin;

can.height = canvasH;

ctx.translate(0, can.height);

ctx.scale(1, -1);

can.style.height = canvasH * 2.5 +'px';

resolve();

})

}

図8　setQLine()関数のコード

function setQLine() {
  return new Promise(function(resolve) {
    for (let i = quarterLine.length; i < qLineQty; i++) {
      quarterLine[i] = new QuarterLine(i);
    }
    resolve();
  })
}

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function setQLine() {

return new Promise(function(resolve) {

for (let i = quarterLine.length; i < qLineQty; i++) {

quarterLine[i] = new QuarterLine(i);

}

resolve();

})

}

図9　QuarterLineクラスのコード

class QuarterLine {
  constructor(no) {
    this.no = no;
    this.y = qLineMargin * this.no + qLineMargin / 4;
  }
  update() {
    this.y = qLineMargin * this.no + qLineMargin / 4;
  }
  draw() {
    ctx.beginPath();
    ctx.strokeStyle = "#3ec1d3";
    ctx.lineWidth = Q_LINE_T;
    ctx.moveTo(0, Math.round(this.y));
    ctx.lineTo(canvasW, Math.round(this.y));
    ctx.stroke();
  }
}

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class QuarterLine {

constructor(no) {

this.no = no;

this.y = qLineMargin * this.no + qLineMargin / 4;

}

update() {

this.y = qLineMargin * this.no + qLineMargin / 4;

}

draw() {

ctx.beginPath();

ctx.strokeStyle = "#3ec1d3";

ctx.lineWidth = Q_LINE_T;

ctx.moveTo(0, Math.round(this.y));

ctx.lineTo(canvasW, Math.round(this.y));

ctx.stroke();

}

図10　setXLine()関数のコード

function setXLine() {
  return new Promise(function(resolve) {
    for (let i = 0; i < 4; i++) {
      for (let j = xLine[i].length; j < qLineQty; j++) {
        xLine[i][j] = [];
        for (let k = 0; k < 14; k++) {
          xLine[i][j][k] = new XthLine(i, j, k);
        }
      }
    }
    resolve();
  })
}

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function setXLine() {

return new Promise(function(resolve) {

for (let i = 0; i < 4; i++) {

for (let j = xLine[i].length; j < qLineQty; j++) {

xLine[i][j] = [];

for (let k = 0; k < 14; k++) {

xLine[i][j][k] = new XthLine(i, j, k);

}

resolve();

})

}

図11　update()関数のコード

function update() {
  return new Promise(function (resolve) {
    // ノーツの縦の長さを更新
    noteH = (qLineMargin / 9 >= Q_LINE_T || divValue == 8)
             ? qLineMargin / 9 : Q_LINE_T
      // ノーツの位置と各拍、各連符の横線の位置を更新
    const laneMargin = canvasW / 5;
    laneSet = [laneMargin / 2, laneMargin * 1.5,
               laneMargin * 2.5, laneMargin * 3.5,
               laneMargin * 4.5];
    noteW = laneMargin / 3;
    quarterLine.forEach((val) => val.update() )
    editLane.forEach((val) => val.update() )
    for (let i = 0; i < 4; i++) {
      for (let j = 0; j < qLineQty; j++) {
        for (let k = 0; k < 14; k++) {
          xLine[i][j][k].update();
        }
      }
    }
    resolve();
  })
}

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function update() {

return new Promise(function (resolve) {

// ノーツの縦の長さを更新

noteH = (qLineMargin / 9 >= Q_LINE_T || divValue == 8)

? qLineMargin / 9 : Q_LINE_T

// ノーツの位置と各拍、各連符の横線の位置を更新

const laneMargin = canvasW / 5;

laneSet = [laneMargin / 2, laneMargin * 1.5,

laneMargin * 2.5, laneMargin * 3.5,

laneMargin * 4.5];

noteW = laneMargin / 3;

quarterLine.forEach((val) => val.update() )

editLane.forEach((val) => val.update() )

for (let i = 0; i < 4; i++) {

for (let j = 0; j < qLineQty; j++) {

for (let k = 0; k < 14; k++) {

xLine[i][j][k].update();

}

resolve();

})

}

図12　draw()関数のコード

function draw() {
  return new Promise(function(resolve) {
    ctx.clearRect(0, 0, can.width, can.height);
    for (let i = 0; i < 4; i++) {
      for (let j = 0; j < qLineQty; j++) {
        for (let k = 0; k < 14; k++) {
          xLine[i][j][k].draw();
        }
      }
    }
    for (let i = 0; i < qLineQty; i++) {
      quarterLine[i].draw();
    }
    editLane.forEach((val) => val.draw())
    for (let i = 0; i < 4; i++) {
      for (let j = 0; j < qLineQty; j++) {
        for (let k = 0; k < 14; k++) {
          xLine[i][j][k].drawNote();
        }
      }
    }
    resolve();
  })
}

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function draw() {

return new Promise(function(resolve) {

ctx.clearRect(0, 0, can.width, can.height);

for (let i = 0; i < 4; i++) {

for (let j = 0; j < qLineQty; j++) {

for (let k = 0; k < 14; k++) {

xLine[i][j][k].draw();

}

for (let i = 0; i < qLineQty; i++) {

quarterLine[i].draw();

}

editLane.forEach((val) => val.draw())

for (let i = 0; i < 4; i++) {

for (let j = 0; j < qLineQty; j++) {

for (let k = 0; k < 14; k++) {

xLine[i][j][k].drawNote();

}

resolve();

})

}

図13　draw()関数のコード

function scrollBottom() {
  return new Promise(function(resolve) {
    let target = document.getElementById('scroll');
    target.scrollTop = target.scrollHeight;
    resolve();
  }
)

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function scrollBottom() {

return new Promise(function(resolve) {

let target = document.getElementById('scroll');

target.scrollTop = target.scrollHeight;

resolve();

}

)

図14　レーン上のノーツをマウスクリックで制御するためのコード

let mouseDown;
can.addEventListener('mousedown', async function(e) {
  mouseDown = true;
  await pos(e);
  await update();
  await draw();
});
can.addEventListener('mouseup', function(e) {
  mouseDown = false;
});
function pos(e) {
  return new Promise(function(resolve) {
    mouseDownX = (e.clientX -
                  can.getBoundingClientRect().left);
    mouseDownY = -(e.clientY -
                   can.getBoundingClientRect().bottom) / 2.5;
    resolve();
  })
}

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let mouseDown;

can.addEventListener('mousedown', async function(e) {

mouseDown = true;

await pos(e);

await update();

await draw();

});

can.addEventListener('mouseup', function(e) {

mouseDown = false;

});

function pos(e) {

return new Promise(function(resolve) {

mouseDownX = (e.clientX -

can.getBoundingClientRect().left);

mouseDownY = -(e.clientY -

can.getBoundingClientRect().bottom) / 2.5;

resolve();

})

}

図15　スライダ機能のコード

let canScale = document.getElementById('canScale');
canScale.onchange = async function() {
  qLineMargin = this.value;
  await setCanvas();
  await update();
  await draw();
  await scrollBottom();
}

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let canScale = document.getElementById('canScale');

canScale.onchange = async function() {

qLineMargin = this.value;

await setCanvas();

await update();

await draw();

await scrollBottom();

}

図16　apply()関数のコード

async function apply() {
  const {bpm, musicL} = getMusicInfoViaElement()
  await numberQLine(bpm, musicL);
  await setCanvas();
  await setQLine();
  await setXLine();
  await update();
  await draw();
  return Promise.resolve();
}

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async function apply() {

const {bpm, musicL} = getMusicInfoViaElement()

await numberQLine(bpm, musicL);

await setCanvas();

await setQLine();

await setXLine();

await update();

await draw();

return Promise.resolve();

}

図17　convert()関数のコード

function calcNote(jnoteValue, calced, musicBody) {
  return Math.round((jnoteValue+calced+musicBody*1000)*100)/100;
}
async function convert() {
  await apply();
  const fileName = document.getElementById('fileName').value;
  const speed = document.getElementById("speed").value;
  const {bpm, musicL, musicBody} = getMusicInfoViaElement()
  const {noteValue, note32Value, note6Value} = calcNoteValue(bpm)
  const outInfo = Array()
  xLine.forEach((val1, i) => {
    val1.forEach((val2, j) => {
      val2.forEach((val3, k) => {
        if (val3.note) {
          const tmp = k < 8 ? calcNote(j*noteValue, k*note32Value, musicBody)
                      : calcNote(j*noteValue, k%8*note6Value, musicBody)
          outInfo.push(Array(1, i+1, speed, tmp))
        }
      })
   })
 })
 createAndDownloadCsv(fileName, outInfo, bpm, musicL, musicBody);
}

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function calcNote(jnoteValue, calced, musicBody) {

return Math.round((jnoteValue+calced+musicBody*1000)*100)/100;

}

async function convert() {

await apply();

const fileName = document.getElementById('fileName').value;

const speed = document.getElementById("speed").value;

const {bpm, musicL, musicBody} = getMusicInfoViaElement()

const {noteValue, note32Value, note6Value} = calcNoteValue(bpm)

const outInfo = Array()

xLine.forEach((val1, i) => {

val1.forEach((val2, j) => {

val2.forEach((val3, k) => {

if (val3.note) {

const tmp = k < 8 ? calcNote(j*noteValue, k*note32Value, musicBody)

: calcNote(j*noteValue, k%8*note6Value, musicBody)

outInfo.push(Array(1, i+1, speed, tmp))

}

})

createAndDownloadCsv(fileName, outInfo, bpm, musicL, musicBody);

}

機械学習ことはじめ（Vol.73掲載）

投稿日：2021.07.25　｜　カテゴリー：　コード

筆者：川嶋宏彰

本連載では、機械学習の基礎となるさまざまな手法の仕組みや、それらの手法のPythonでの利用方法を解説していきます。今回は「確率モデル」による機械学習である、ガウス分布を用いた教師あり学習と教師なし学習の手法を紹介します。

シェルスクリプトマガジン Vol.73は以下のリンク先でご購入できます。

図2　二つの特徴量を抽出して散布図をプロットするPythonコード

import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams['font.size'] = 14
penguins = sns.load_dataset('penguins')
# 取り出す特徴量
features = ['bill_depth_mm', 'body_mass_g'] # ★
# 対象とするペンギン種
target_species = ['Adelie', 'Gentoo'] # ★
# 今回用いる特徴量をクラスラベルと共に取り出す
df = penguins[['species'] + features].copy()
df.dropna(inplace=True)  # NaN が含まれる行は削除
# 今回用いるペンギン種のみとする
df2 = df[df['species'].isin(target_species)].copy()
print(df2.shape)  # (274, 3) と表示される
# 種（target_species）に合わせたパレットを作成
palette = {c: sns.color_palette()[k] 
           for k, c in enumerate(df['species'].unique())
           if c in target_species}
fig = plt.figure(figsize=(5, 5))
sns.scatterplot(data=df2, x=features[0], y=features[1],
                hue='species', palette=palette)
plt.show()

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import seaborn as sns

import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams['font.size'] = 14

penguins = sns.load_dataset('penguins')

# 取り出す特徴量

features = ['bill_depth_mm', 'body_mass_g'] # ★

# 対象とするペンギン種

target_species = ['Adelie', 'Gentoo'] # ★

# 今回用いる特徴量をクラスラベルと共に取り出す

df = penguins[['species'] + features].copy()

df.dropna(inplace=True) # NaN が含まれる行は削除

# 今回用いるペンギン種のみとする

df2 = df[df['species'].isin(target_species)].copy()

print(df2.shape) # (274, 3) と表示される

# 種（target_species）に合わせたパレットを作成

palette = {c: sns.color_palette()[k]

for k, c in enumerate(df['species'].unique())

if c in target_species}

fig = plt.figure(figsize=(5, 5))

sns.scatterplot(data=df2, x=features[0], y=features[1],

hue='species', palette=palette)

plt.show()

図4　各クラス（ペンギン種）の体重分布をプロットするPythonコード

import numpy as np
import scipy

X = df2[features].values  # 各個体の2次元特徴量（行数=個体数）
y = df2['species'].values  # 各個体のクラスラベル
prob_y = {c: np.sum(y==c)/y.size for c in target_species}  # 事前確率
print('Prior:', prob_y)
# 平均と分散は2次元にまとめてベクトルや行列として計算しておく
mu = {c: X[y==c, :].mean(axis=0) for c in target_species}  # 平均
sigma2 = {c: X[y==c, :].var(axis=0, ddof=1) for c in target_species}  # 不偏分散
f_idx = 1  # 用いる特徴量のindex（これは1次元の場合）
fig = plt.figure(figsize=(10, 5))
ax1 = fig.add_subplot(111)
ax2 = ax1.twinx()  # 右の縦軸
# ヒストグラムをプロット (体重のみ)
sns.histplot(ax=ax1, x=X[:, f_idx], hue=y, palette=palette, alpha=0.2)
xmin = np.min(X[:, f_idx])
xmax = np.max(X[:, f_idx])
xs = np.linspace(xmin-(xmax-xmin)/10, xmax+(xmax-xmin)/10, 100)  # 等間隔に100点用意
# 確率密度関数を準備 (体重のみ)
norm_dist1d = {c: scipy.stats.multivariate_normal(mu[c][f_idx], sigma2[c][f_idx])
               for c in target_species}
for c in target_species:
    # 各クラスの確率密度関数をプロット
    sns.lineplot(ax=ax2, x=xs, y=norm_dist1d[c].pdf(xs)*prob_y[c],
                 hue=[c]*len(xs), palette=palette)
# 各データを小さな縦線でプロット
sns.rugplot(x=X[:, f_idx], hue=y, palette=palette, height=0.05)
ax2.set_ylabel('Probability density')
ax1.set_xlabel(features[f_idx])
plt.show()

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import numpy as np

import scipy

X = df2[features].values # 各個体の2次元特徴量（行数=個体数）

y = df2['species'].values # 各個体のクラスラベル

prob_y = {c: np.sum(y==c)/y.size for c in target_species} # 事前確率

print('Prior:', prob_y)

# 平均と分散は2次元にまとめてベクトルや行列として計算しておく

mu = {c: X[y==c, :].mean(axis=0) for c in target_species} # 平均

sigma2 = {c: X[y==c, :].var(axis=0, ddof=1) for c in target_species} # 不偏分散

f_idx = 1 # 用いる特徴量のindex（これは1次元の場合）

fig = plt.figure(figsize=(10, 5))

ax1 = fig.add_subplot(111)

ax2 = ax1.twinx() # 右の縦軸

# ヒストグラムをプロット (体重のみ)

sns.histplot(ax=ax1, x=X[:, f_idx], hue=y, palette=palette, alpha=0.2)

xmin = np.min(X[:, f_idx])

xmax = np.max(X[:, f_idx])

xs = np.linspace(xmin-(xmax-xmin)/10, xmax+(xmax-xmin)/10, 100) # 等間隔に100点用意

# 確率密度関数を準備 (体重のみ)

norm_dist1d = {c: scipy.stats.multivariate_normal(mu[c][f_idx], sigma2[c][f_idx])

for c in target_species}

for c in target_species:

# 各クラスの確率密度関数をプロット

sns.lineplot(ax=ax2, x=xs, y=norm_dist1d[c].pdf(xs)*prob_y[c],

hue=[c]*len(xs), palette=palette)

# 各データを小さな縦線でプロット

sns.rugplot(x=X[:, f_idx], hue=y, palette=palette, height=0.05)

ax2.set_ylabel('Probability density')

ax1.set_xlabel(features[f_idx])

plt.show()

図6　1次元での決定境界を求めるPythonコード

# 曲線の上下が変化するおおよその点を求める
diff = norm_dist1d['Adelie'].pdf(xs)*prob_y['Adelie'] -
       norm_dist1d['Gentoo'].pdf(xs)*prob_y['Gentoo']
# 符号の変化点を見つけるために隣り合う要素の積を計算
ddiff = diff[1:] * diff[:-1]
print('boundary:', xs[np.where(ddiff < 0)[0][0]])

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# 曲線の上下が変化するおおよその点を求める

diff = norm_dist1d['Adelie'].pdf(xs)*prob_y['Adelie'] -

norm_dist1d['Gentoo'].pdf(xs)*prob_y['Gentoo']

# 符号の変化点を見つけるために隣り合う要素の積を計算

ddiff = diff[1:] * diff[:-1]

print('boundary:', xs[np.where(ddiff < 0)[0][0]])

図8　2次元ガウス分布とその等高線を表示するPythonコード

from mpl_toolkits.mplot3d import axes3d
from matplotlib import cm
# 共分散行列を求めておく
Sigma = {c: np.cov(X[y==c, :].T, ddof=1) for c in target_species}
def gen_2dgrid(X):
    """ 2次元メッシュグリッドの生成 """
    d = X.shape[1]
    xmin = X.min(axis=0)  # 各列の最小値
    xmax = X.max(axis=0)  # 各列の最大値
    xstep = [(xmax[j]-xmin[j]) / 100 for j in range(d)]  # グリッドのステップ幅
    xmin = [xmin[j] - 10*xstep[j] for j in range(d)]  # 少し広めに
    xmax = [xmax[j] + 10*xstep[j] for j in range(d)]
    aranges = [np.arange(xmin[j], xmax[j] + xstep[j], xstep[j]) for j in range(2)]
    return np.meshgrid(*aranges)  # d=2のときは (x0grid, x1grid) が返る
def gaussian_2dgrid(m, S, x0grid, x1grid):
    """ 2次元ガウス分布の密度関数の値を2次元メッシュで計算 """
    gaussian = scipy.stats.multivariate_normal(m, S)
    return gaussian.pdf(np.c_[x0grid.ravel(), x1grid.ravel()]).reshape(x0grid.shape)
c = 'Adelie'  # プロットするクラスを設定
xgrid_2d = gen_2dgrid(X)  # xgrid_2d: (x0grid, x1grid) のような二つ組
px_adelie = gaussian_2dgrid(mu[c], Sigma[c], *xgrid_2d)  # *xgrid_2d で2引数に展開
fig = plt.figure(figsize=(8, 5))  # 3次元プロット
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
# 2次元ガウシアンの3次元的プロット
cmap = cm.coolwarm  # カラーマップを設定
ax.plot_surface(*xgrid_2d, px_adelie, cmap=cmap)
# 等高線のプロット
z_offset = -np.max(px_adelie)
ax.contour(*xgrid_2d, px_adelie, zdir='z', offset=z_offset, cmap=cmap)
ax.set_zlim(z_offset, ax.get_zlim()[1])
ax.view_init(elev=40, azim=-60)  # 3次元プロットの表示角度の設定
plt.show()

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from mpl_toolkits.mplot3d import axes3d

from matplotlib import cm

# 共分散行列を求めておく

Sigma = {c: np.cov(X[y==c, :].T, ddof=1) for c in target_species}

def gen_2dgrid(X):

""" 2次元メッシュグリッドの生成 """

d = X.shape[1]

xmin = X.min(axis=0) # 各列の最小値

xmax = X.max(axis=0) # 各列の最大値

xstep = [(xmax[j]-xmin[j]) / 100 for j in range(d)] # グリッドのステップ幅

xmin = [xmin[j] - 10*xstep[j] for j in range(d)] # 少し広めに

xmax = [xmax[j] + 10*xstep[j] for j in range(d)]

aranges = [np.arange(xmin[j], xmax[j] + xstep[j], xstep[j]) for j in range(2)]

return np.meshgrid(*aranges) # d=2のときは (x0grid, x1grid) が返る

def gaussian_2dgrid(m, S, x0grid, x1grid):

""" 2次元ガウス分布の密度関数の値を2次元メッシュで計算 """

gaussian = scipy.stats.multivariate_normal(m, S)

return gaussian.pdf(np.c_[x0grid.ravel(), x1grid.ravel()]).reshape(x0grid.shape)

c = 'Adelie' # プロットするクラスを設定

xgrid_2d = gen_2dgrid(X) # xgrid_2d: (x0grid, x1grid) のような二つ組

px_adelie = gaussian_2dgrid(mu[c], Sigma[c], *xgrid_2d) # *xgrid_2d で2引数に展開

fig = plt.figure(figsize=(8, 5)) # 3次元プロット

ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

# 2次元ガウシアンの3次元的プロット

cmap = cm.coolwarm # カラーマップを設定

ax.plot_surface(*xgrid_2d, px_adelie, cmap=cmap)

# 等高線のプロット

z_offset = -np.max(px_adelie)

ax.contour(*xgrid_2d, px_adelie, zdir='z', offset=z_offset, cmap=cmap)

ax.set_zlim(z_offset, ax.get_zlim()[1])

ax.view_init(elev=40, azim=-60) # 3次元プロットの表示角度の設定

plt.show()

図10　2次元ガウス分布の等高線と元データの散布図を表示するPythonコード

def plot_ellipses(ms, Ss, pys, xgrids, xylabels=None, fig=None):
    """ 各クラスの確率だ円をプロット """
    if fig is None: fig = plt.figure(figsize=(5, 5))  # 新たに作成
    else: plt.figure(fig.number)  # 既存のfigureを利用
    levels = None
    # クラス名を辞書キーから取得
    for c in ms.keys() if type(ms) is dict else range(len(ms)):
        cs = plt.contour(*xgrids, gaussian_2dgrid(ms[c],
                         Ss[c], *xgrids)*pys[c], cmap=cmap,
                         levels=levels)
        levels = cs.levels  # 二つ目以降は一つ目のlevelsを利用
        # 密度（山の標高）をだ円に表示
        # plt.clabel(cs, inline=True, fontsize=8)
        if xylabels is not None:
        plt.xlabel(xylabels[0])
        plt.ylabel(xylabels[1])
    return fig
plot_ellipses(mu, Sigma, prob_y, xgrid_2d, xylabels=features)
sns.scatterplot(x=X[:, 0], y=X[:, 1], hue=y, palette=palette)
plt.show()

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def plot_ellipses(ms, Ss, pys, xgrids, xylabels=None, fig=None):

""" 各クラスの確率だ円をプロット """

if fig is None: fig = plt.figure(figsize=(5, 5)) # 新たに作成

else: plt.figure(fig.number) # 既存のfigureを利用

levels = None

# クラス名を辞書キーから取得

for c in ms.keys() if type(ms) is dict else range(len(ms)):

cs = plt.contour(*xgrids, gaussian_2dgrid(ms[c],

Ss[c], *xgrids)*pys[c], cmap=cmap,

levels=levels)

levels = cs.levels # 二つ目以降は一つ目のlevelsを利用

# 密度（山の標高）をだ円に表示

# plt.clabel(cs, inline=True, fontsize=8)

if xylabels is not None:

plt.xlabel(xylabels[0])

plt.ylabel(xylabels[1])

return fig

plot_ellipses(mu, Sigma, prob_y, xgrid_2d, xylabels=features)

sns.scatterplot(x=X[:, 0], y=X[:, 1], hue=y, palette=palette)

plt.show()

図12　2次の識別による決定境界を表示するPythonコード

from sklearn.discriminant_analysis import QuadraticDiscriminantAnalysis
# plot_decision_boundary()は
# 注釈のリンク先を参照して別途定義
clf_qda = QuadraticDiscriminantAnalysis()
clf_qda.fit(X, y)  # 学習
# 決定境界の表示
fig = plot_decision_boundary(X, y, clf_qda,
                             features, palette)
# 確率だ円の表示
plot_ellipses(mu, Sigma, prob_y, xgrid_2d, fig=fig)
plt.show()

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from sklearn.discriminant_analysis import QuadraticDiscriminantAnalysis

# plot_decision_boundary()は

# 注釈のリンク先を参照して別途定義

clf_qda = QuadraticDiscriminantAnalysis()

clf_qda.fit(X, y) # 学習

# 決定境界の表示

fig = plot_decision_boundary(X, y, clf_qda,

features, palette)

# 確率だ円の表示

plot_ellipses(mu, Sigma, prob_y, xgrid_2d, fig=fig)

plt.show()

図15　ガウス分布によるデータの生成をするPythonコード

fig = plt.figure(figsize=(5, 5))
Ngen_each = 120  # 各クラスで120個体生成する場合
# 各クラスの割合を変化させてもよい
X_gen = np.vstack(
            [np.random.multivariate_normal(mu[c], Sigma[c], Ngen_each)
            for c in target_species])
y_gen = np.hstack([[c] * Ngen_each for c in target_species])
sns.scatterplot(x=X_gen[:, 0], y=X_gen[:, 1], hue=y_gen, palette=palette)
plt.xlabel(features[0])
plt.ylabel(features[1])
plt.show()

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fig = plt.figure(figsize=(5, 5))

Ngen_each = 120 # 各クラスで120個体生成する場合

# 各クラスの割合を変化させてもよい

X_gen = np.vstack(

[np.random.multivariate_normal(mu[c], Sigma[c], Ngen_each)

for c in target_species])

y_gen = np.hstack([[c] * Ngen_each for c in target_species])

sns.scatterplot(x=X_gen[:, 0], y=X_gen[:, 1], hue=y_gen, palette=palette)

plt.xlabel(features[0])

plt.ylabel(features[1])

plt.show()

図18　混合ガウス分布によるソフトクラスタリングをするPythonコード

from sklearn.mixture import GaussianMixture
from sklearn.cluster import KMeans
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
k = 2  # クラスタ数（非階層的クラスタリングなので決める必要がある）
use_gmm = True  # Falseにするとk-meansになる
if use_gmm:
    gmm = GaussianMixture(n_components=k, covariance_type='full')
    # full、diagはスケーリング無しも可（sphericalでは必要）
    Xu = X
    # GMM推定による各データのクラスタID
    y_pred = gmm.fit_predict(Xu)
else:
    kmeans = KMeans(n_clusters=k)
    # 標準化によるスケーリング
    Xu = StandardScaler().fit_transform(X)
    # k-meansによる各データのクラスタID
    y_pred = kmeans.fit_predict(Xu)
fig = plt.figure(figsize=(11, 5))
fig.add_subplot(121)
sns.scatterplot(x=X[:, 0], y=X[:, 1], color='k')
plt.xlabel(features[0])
plt.ylabel(features[1])
plt.title('Unlabeled data')
fig.add_subplot(122)
sns.scatterplot(x=Xu[:, 0], y=Xu[:, 1],
                hue=y_pred, palette='bright')
method_str = 'GMM' if use_gmm else 'k-means'
plt.title(f'{method_str} clustering')
if use_gmm:
    plot_ellipses(gmm.means_, gmm.covariances_,
                  gmm.weights_, xgrid_2d, fig=fig)
plt.show()

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from sklearn.mixture import GaussianMixture

from sklearn.cluster import KMeans

from sklearn.preprocessing import StandardScaler

k = 2 # クラスタ数（非階層的クラスタリングなので決める必要がある）

use_gmm = True # Falseにするとk-meansになる

if use_gmm:

gmm = GaussianMixture(n_components=k, covariance_type='full')

# full、diagはスケーリング無しも可（sphericalでは必要）

Xu = X

# GMM推定による各データのクラスタID

y_pred = gmm.fit_predict(Xu)

else:

kmeans = KMeans(n_clusters=k)

# 標準化によるスケーリング

Xu = StandardScaler().fit_transform(X)

# k-meansによる各データのクラスタID

y_pred = kmeans.fit_predict(Xu)

fig = plt.figure(figsize=(11, 5))

fig.add_subplot(121)

sns.scatterplot(x=X[:, 0], y=X[:, 1], color='k')

plt.xlabel(features[0])

plt.ylabel(features[1])

plt.title('Unlabeled data')

fig.add_subplot(122)

sns.scatterplot(x=Xu[:, 0], y=Xu[:, 1],

hue=y_pred, palette='bright')

method_str = 'GMM' if use_gmm else 'k-means'

plt.title(f'{method_str} clustering')

if use_gmm:

plot_ellipses(gmm.means_, gmm.covariances_,

gmm.weights_, xgrid_2d, fig=fig)

plt.show()

Pythonあれこれ（Vol.73掲載）

投稿日：2021.07.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：飯尾淳

本連載では「Pythonを昔から使っているものの、それほど使いこなしてはいない」という筆者が、いろいろな日常業務をPythonで処理することで、立派な「蛇使い」に育つことを目指します。その過程を温かく見守ってください。皆さんと共に勉強していきましょう。第3回は、Pythonの言語機能である「ジェネレータ」に親しむための活用例を紹介します。

シェルスクリプトマガジン Vol.73は以下のリンク先でご購入できます。

図2　「jugem.txt」の内容を行単位で反転して表示するPythonコード

#!/usr/bin/env python
  
def readJugemu():
  with open('jugemu.txt', 'r') as f:
    return f.readlines()

lines = readJugemu()
for l in lines:
  print(l.rstrip()[::-1])

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#!/usr/bin/env python

def readJugemu():

with open('jugemu.txt', 'r') as f:

return f.readlines()

lines = readJugemu()

for l in lines:

print(l.rstrip()[::-1])

図5　lines変数を使わないコード例

#!/usr/bin/env python
  
def readJugemu():
  with open('jugemu.txt', 'r') as f:
    return f.readlines()

for l in readJugemu():
  print(l.rstrip()[::-1])

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#!/usr/bin/env python

def readJugemu():

with open('jugemu.txt', 'r') as f:

return f.readlines()

for l in readJugemu():

print(l.rstrip()[::-1])

図6　ジェネレータを使用したPythonコード「reverse2.py」

#!/usr/bin/env python
  
def readJugemu():
  with open('jugemu.txt', 'r') as f:
    for line in f:
      yield line

for l in readJugemu():
  print(l.rstrip()[::-1])

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#!/usr/bin/env python

def readJugemu():

with open('jugemu.txt', 'r') as f:

for line in f:

yield line

for l in readJugemu():

print(l.rstrip()[::-1])

図7　関数readJugemu()が返すデータの種類を調べるPythonコード「test.py」

#!/usr/bin/env python
  
def readJugemu():
  with open('jugemu.txt', 'r') as f:
    return f.readlines()

lines = readJugemu()
print(type(lines))

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#!/usr/bin/env python

def readJugemu():

with open('jugemu.txt', 'r') as f:

return f.readlines()

lines = readJugemu()

print(type(lines))

図8　ジェネレータ関数readJugemu()が返すデータの種類を調べるPythonコード「test2.py」

#!/usr/bin/env python
  
def readJugemu():
  with open('jugemu.txt', 'r') as f:
    for line in f:
      yield line

lines = readJugemu()
print(type(lines))

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#!/usr/bin/env python

def readJugemu():

with open('jugemu.txt', 'r') as f:

for line in f:

yield line

lines = readJugemu()

print(type(lines))

図9　ジェネレータ関数readJugemu()をfor文で使用するPythonコード「reverse3.py」

#!/usr/bin/env python
  
def readJugemu():
  with open('jugemu.txt', 'r') as f:
    for line in f:
      print('readJugemu')
      yield line

for l in readJugemu():
  print('main: ', end='')
  print(l.rstrip()[::-1])

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#!/usr/bin/env python

def readJugemu():

with open('jugemu.txt', 'r') as f:

for line in f:

print('readJugemu')

yield line

for l in readJugemu():

print('main: ', end='')

print(l.rstrip()[::-1])

図11　ハノイの塔の解を求めるPythonコード「hanoi.py」

#!/usr/bin/env python
  
def hanoi(n, src, via, dst):
  if n <= 1:
    yield src, dst
  else:
    yield from hanoi(n-1, src, dst, via)
    yield src, dst
    yield from hanoi(n-1, via, src, dst)

for src, dst in hanoi(3, 'A', 'B', 'C'):
  print(f'{src}->{dst}')

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#!/usr/bin/env python

def hanoi(n, src, via, dst):

if n <= 1:

yield src, dst

else:

yield from hanoi(n-1, src, dst, via)

yield src, dst

yield from hanoi(n-1, via, src, dst)

for src, dst in hanoi(3, 'A', 'B', 'C'):

print(f'{src}->{dst}')

図12　yield from構文を使わない場合のコード

#!/usr/bin/env python
  
def hanoi(n, src, via, dst):
  if n <= 1:
    yield src, dst
  else:
    for s, d in hanoi(n-1, src, dst, via): yield s, d
    yield src, dst
    for s, d in hanoi(n-1, via, src, dst): yield s, d

for src, dst in hanoi(3, 'A', 'B', 'C'):
  print(f'{src}->{dst}')

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#!/usr/bin/env python

def hanoi(n, src, via, dst):

if n <= 1:

yield src, dst

else:

for s, d in hanoi(n-1, src, dst, via): yield s, d

yield src, dst

for s, d in hanoi(n-1, via, src, dst): yield s, d

for src, dst in hanoi(3, 'A', 'B', 'C'):

print(f'{src}->{dst}')

特集3　ラズパイでコロナ感染症対策（Vol.73記載）

投稿日：2021.07.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：麻生二郎

新型コロナウイルス感染症対策として、日々の手洗いと検温は重要です。ただ、1人暮らしの人など、それらを習慣化するのは難しいかもしれません。本特集では、小型コンピュータボード「Raspberry Pi」（ラズパイ）と電子回路を用いて、新型コロナウイルス感染症対策を習慣化できるような支援システムを構築します。

シェルスクリプトマガジン Vol.73は以下のリンク先でご購入できます。

Part2　感染症対策システムを完成する

図2　pirm_sensor.pyのソースコード

#!/usr/bin/env python3

import RPi.GPIO as GPIO

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(21,GPIO.IN)

pir = GPIO.input(21)
print(pir)

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#!/usr/bin/env python3

import RPi.GPIO as GPIO

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(21,GPIO.IN)

pir = GPIO.input(21)

print(pir)

図3　temp_sensor.pyのソースコード

#!/usr/bin/env python3

from smbus2 import SMBus
from mlx90614 import MLX90614

bus = SMBus(1)
sensor = MLX90614(bus, address=0x5A)
print(sensor.get_ambient(),sensor.get_object_1())
bus.close()

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#!/usr/bin/env python3

from smbus2 import SMBus

from mlx90614 import MLX90614

bus = SMBus(1)

sensor = MLX90614(bus, address=0x5A)

print(sensor.get_ambient(),sensor.get_object_1())

bus.close()

図4　go_out.shのソースコード

#!/bin/bash

##外出確認の初期値と玄関にいる時間（秒）
GOOUT_CHECK=0
STAY_TIME=3

##表面体温の初期値と基準値
OUTSIDE_TEMP=0
OUTSIDE_TEMP_BASE=32

##周辺温度の初期値と基準値
AMBIENT_TEMP=35
AMBIENT_TEMP_BASE＝28

##体内温度の基準値
INTSIDE_TEMP_BASE=36.7

##体内温度との差分
INSIDE_BODY_DIFF=4.2

##メッセージ集
MESSAGE1="おはようございます。出かける前に検温をしてください"
MESSAGE2="周辺温度が${AMBIENT_TEMP}であり、検温に適していません。エアコンをかけてください"
MESSAGE3="周辺温度が${AMBIENT_TEMP}です。検温を開始します。おでこをセンサーに向けてください"
MESSAGE4="今朝の体温は${INSIDE_TEMP}です。正常値なので外出可能です。マスクを着用し、予備のマスクも持って出かけてください"
MESSAGE5="今朝の体温は${INSIDE_TEMP}です。熱がありますので、正確に測れる体温計で再度測定してください"

##音声メッセージ関数
function voice_message(){
  echo $1 | open_jtalk -m /usr/share/hts-voice/nitech-jp-atr503-m001/nitech_jp_atr503_m001.htsvoice -x /var/lib/mecab/dic/open-jtalk/naist-jdic -ow /dev/stdout | aplay --quiet
}

##外出の確認
while [ ${GOOUT_CHECK} -lt ${STAY_TIME} ]
do
  if [ $(pirm_sensor.py) -eq 1 ];then
    GOOUT_CHECK=$(echo "${GOOUT_CHECK} + 1" | bc)
  else
    GOOUT_CHECK=0
  fi
  sleep 1
done
voice_message ${MESSAGE1}

##周辺温度の確認
while [ ${AMBIENT_TEMP} -ge ${AMBIENT_TEMP_BASE} ]
do
  AMBIENT_TEMP=$(/usr/bin/python3 temp_sensor.py | cut -d " " -f 1)
  voice_message ${MESSAGE2}
  sleep 5
done
voice_message ${MESSAGE3}

##検温
while [ ${OUTSIDE_TEMP} -gt ${OUTSIDE_TEMP_BASE} ]
do
  OUTSIDE_TEMP=$(/usr/bin/python3 temp_sensor.py | cut -d " " -f 2)
  sleep 1
done
echo "$OUTSIDE_TEMP,$(date +%Y%m%d-%H:%M)" >> ${HOME}/body_temp.csv

##測定結果
INSIDE_TEMP=$(echo "scale=1; ${OUTSIDE_TEMP} + ${INSIDE_BODY_DIFF}" | bc)

if [ ${INSIDE_TEMP} -lt ${OUTSIDE_TEMP_BASE} ]; then
  voice_message ${MESSAGE4}
else
  voice_message ${MESSAGE5}
fi

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#!/bin/bash

##外出確認の初期値と玄関にいる時間（秒）

GOOUT_CHECK=0

STAY_TIME=3

##表面体温の初期値と基準値

OUTSIDE_TEMP=0

OUTSIDE_TEMP_BASE=32

##周辺温度の初期値と基準値

AMBIENT_TEMP=35

AMBIENT_TEMP_BASE＝28

##体内温度の基準値

INTSIDE_TEMP_BASE=36.7

##体内温度との差分

INSIDE_BODY_DIFF=4.2

##メッセージ集

MESSAGE1="おはようございます。出かける前に検温をしてください"

MESSAGE2="周辺温度が${AMBIENT_TEMP}であり、検温に適していません。エアコンをかけてください"

MESSAGE3="周辺温度が${AMBIENT_TEMP}です。検温を開始します。おでこをセンサーに向けてください"

MESSAGE4="今朝の体温は${INSIDE_TEMP}です。正常値なので外出可能です。マスクを着用し、予備のマスクも持って出かけてください"

MESSAGE5="今朝の体温は${INSIDE_TEMP}です。熱がありますので、正確に測れる体温計で再度測定してください"

##音声メッセージ関数

function voice_message(){

echo $1 | open_jtalk -m /usr/share/hts-voice/nitech-jp-atr503-m001/nitech_jp_atr503_m001.htsvoice -x /var/lib/mecab/dic/open-jtalk/naist-jdic -ow /dev/stdout | aplay --quiet

}

##外出の確認

while [ ${GOOUT_CHECK} -lt ${STAY_TIME} ]

do

if [ $(pirm_sensor.py) -eq 1 ];then

GOOUT_CHECK=$(echo "${GOOUT_CHECK} + 1" | bc)

else

GOOUT_CHECK=0

fi

sleep 1

done

voice_message ${MESSAGE1}

##周辺温度の確認

while [ ${AMBIENT_TEMP} -ge ${AMBIENT_TEMP_BASE} ]

do

AMBIENT_TEMP=$(/usr/bin/python3 temp_sensor.py | cut -d " " -f 1)

voice_message ${MESSAGE2}

sleep 5

done

voice_message ${MESSAGE3}

##検温

while [ ${OUTSIDE_TEMP} -gt ${OUTSIDE_TEMP_BASE} ]

do

OUTSIDE_TEMP=$(/usr/bin/python3 temp_sensor.py | cut -d " " -f 2)

sleep 1

done

echo "$OUTSIDE_TEMP,$(date +%Y%m%d-%H:%M)" >> ${HOME}/body_temp.csv

##測定結果

INSIDE_TEMP=$(echo "scale=1; ${OUTSIDE_TEMP} + ${INSIDE_BODY_DIFF}" | bc)

if [ ${INSIDE_TEMP} -lt ${OUTSIDE_TEMP_BASE} ]; then

voice_message ${MESSAGE4}

else

voice_message ${MESSAGE5}

fi

図5　handwash_mouthwash.pyのソースコード

#!/usr/bin/env python3

import board
import busio
i2c = busio.I2C(board.SCL, board.SDA)
ads = ADS.ADS1115(i2c)

chan1 = AnalogIn(ads, ADS.P0)
chan2 = AnalogIn(ads, ADS.P1)
print(chan1.voltage,chan2.voltage)

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#!/usr/bin/env python3

import board

import busio

i2c = busio.I2C(board.SCL, board.SDA)

ads = ADS.ADS1115(i2c)

chan1 = AnalogIn(ads, ADS.P0)

chan2 = AnalogIn(ads, ADS.P1)

print(chan1.voltage,chan2.voltage)

図6　go_home.shのソースコード

#!/bin/sh

##帰宅確認の初期値
GOHOME_CHECK=0

##手洗いとうがいの初期値
HAND_WASH=1
MOUTH_WASH=1

##ハンドソープのポンプ圧力基準値
POMP_PUSH_BASE=3

##うがい用コップの重量基準値
CUP_WEIGHT_BASE=3

##メッセージ集
MESSAGE1="おかえりなさい。帰ってきたら,手を洗って、うがいをしましょう"
MESSAGE2="手洗いを確認しました"
MESSAGE3="うがいを確認しました"		

##音声メッセージ関数
function voice_message(){
  echo $1 | open_jtalk -m /usr/share/hts-voice/nitech-jp-atr503-m001/nitech_jp_atr503_m001.htsvoice -x /var/lib/mecab/dic/open-jtalk/naist-jdic -ow /dev/stdout | aplay --quiet
}

##帰宅の確認
while [ ${GOHOME_CHECK} == 1 ]
do
  GOHOME_CHECK=$(pirm_sensor.py)
  sleep 1
done
voice_message ${MESSAGE1}

##手洗いとうがいの検出
while [ ${HANDWASH} == 1 -o ${MOUTHWASH} == 1 ]
do
  ##手洗い検出の処理
  HANDWASH_MOUTHWASH=$(handwash_mouthwash.py)
  if [ $(cut -d " " -f 1 ${HANDWASH_MOUTHWASH}) -gt ${POMP_PUSH_BASE} ]; then
    if [ $(HANDWASH) == 1 ]; then
      voice_message ${MESSAGE2}
      echo $(date +%Y%m%d-%H%M-%S) >> ${HOME}/handwash.csv
    fi
    HANDWASH=0
  fi
  ##うがい検出の処理
  if [ $(cut -d " " -f 2 ${HANDWASH_MOUTHWASH}) -lt ${CUP_WEIGHT_BASE} ]; then
    if [ $(MOUTHWASH) == 1 ]; then
      voice_message ${MESSAGE3}
      echo $(date +%Y%m%d-%H%M-%S) >> ${HOME}/mouthwash.csv
    fi
    MOUTHWASH=0
  fi
  sleep 0.5
done

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#!/bin/sh

##帰宅確認の初期値

GOHOME_CHECK=0

##手洗いとうがいの初期値

HAND_WASH=1

MOUTH_WASH=1

##ハンドソープのポンプ圧力基準値

POMP_PUSH_BASE=3

##うがい用コップの重量基準値

CUP_WEIGHT_BASE=3

##メッセージ集

MESSAGE1="おかえりなさい。帰ってきたら,手を洗って、うがいをしましょう"

MESSAGE2="手洗いを確認しました"

MESSAGE3="うがいを確認しました"

##音声メッセージ関数

function voice_message(){

echo $1 | open_jtalk -m /usr/share/hts-voice/nitech-jp-atr503-m001/nitech_jp_atr503_m001.htsvoice -x /var/lib/mecab/dic/open-jtalk/naist-jdic -ow /dev/stdout | aplay --quiet

}

##帰宅の確認

while [ ${GOHOME_CHECK} == 1 ]

do

GOHOME_CHECK=$(pirm_sensor.py)

sleep 1

done

voice_message ${MESSAGE1}

##手洗いとうがいの検出

while [ ${HANDWASH} == 1 -o ${MOUTHWASH} == 1 ]

do

##手洗い検出の処理

HANDWASH_MOUTHWASH=$(handwash_mouthwash.py)

if [ $(cut -d " " -f 1 ${HANDWASH_MOUTHWASH}) -gt ${POMP_PUSH_BASE} ]; then

if [ $(HANDWASH) == 1 ]; then

voice_message ${MESSAGE2}

echo $(date +%Y%m%d-%H%M-%S) >> ${HOME}/handwash.csv

fi

HANDWASH=0

fi

##うがい検出の処理

if [ $(cut -d " " -f 2 ${HANDWASH_MOUTHWASH}) -lt ${CUP_WEIGHT_BASE} ]; then

if [ $(MOUTHWASH) == 1 ]; then

voice_message ${MESSAGE3}

echo $(date +%Y%m%d-%H%M-%S) >> ${HOME}/mouthwash.csv

fi

MOUTHWASH=0

fi

sleep 0.5

done

図7　open_close.pyのソースコード

#!/usr/bin/env python3

import RPi.GPIO as GPIO

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(20,GPIO.IN)

window = GPIO.input(20)
print(window)

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#!/usr/bin/env python3

import RPi.GPIO as GPIO

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(20,GPIO.IN)

window = GPIO.input(20)

print(window)

図8　ventilation.shのソースコード

#!/bin/bash

##メッセージ
MESSAGE="窓を開けて空気を入れ換えましょう"

##音声メッセージ関数
function voice_message(){
  echo $1 | open_jtalk -m /usr/share/hts-voice/nitech-jp-atr503-m001/nitech_jp_atr503_m001.htsvoice -x /var/lib/mecab/dic/open-jtalk/naist-jdic -ow /dev/stdout | aplay --quiet
}

##在宅の確認
STAY_HOME=$(pirm_sensor.py)

##開閉の確認
OPEN_CHECK=$(open_close.py)

##換気の通知
if [ ${STAY_HOME} == 1 -a ${OPEN_CHECK} == 0 ]; then
  voice_message ${MESSAGE}
  sleep 180
  if ［ ${OPEN_CHECK} == 1 ]; then
    echo $(date +%Y%m%d-%H%M-%S) >> ${HOME}/ventilation.csv
  fi
fi

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#!/bin/bash

##メッセージ

MESSAGE="窓を開けて空気を入れ換えましょう"

##音声メッセージ関数

function voice_message(){

echo $1 | open_jtalk -m /usr/share/hts-voice/nitech-jp-atr503-m001/nitech_jp_atr503_m001.htsvoice -x /var/lib/mecab/dic/open-jtalk/naist-jdic -ow /dev/stdout | aplay --quiet

}

##在宅の確認

STAY_HOME=$(pirm_sensor.py)

##開閉の確認

OPEN_CHECK=$(open_close.py)

##換気の通知

if [ ${STAY_HOME} == 1 -a ${OPEN_CHECK} == 0 ]; then

voice_message ${MESSAGE}

sleep 180

if ［ ${OPEN_CHECK} == 1 ]; then

echo $(date +%Y%m%d-%H%M-%S) >> ${HOME}/ventilation.csv

fi

図9　spo2_sensor.pyのソースコード

#!/usr/bin/env python3

import max30102
import hrcalc

m = max30102.MAX30102()

red, ir = m.read_sequential()

hr_spo2 =hrcalc.calc_hr_and_spo2(ir, red)
print(hr_spo2[2], hr_spo2[3])

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#!/usr/bin/env python3

import max30102

import hrcalc

m = max30102.MAX30102()

red, ir = m.read_sequential()

hr_spo2 =hrcalc.calc_hr_and_spo2(ir, red)

print(hr_spo2[2], hr_spo2[3])

図10　spo2.shのソースコード

#!/bin/bash

##在宅状態の初期値
STAY_HOME=0

##メッセージ集
MESSAGE1="寝るときは血中酸素飽和度を測定しましょう"
MESSAGE2="酸素が不足しています。医療機器で正確な値を測定してください。同じ値を示せば、至急病院に連絡しましょう"

##音声メッセージ関数
function voice_message(){
  echo $1 | open_jtalk -m /usr/share/hts-voice/nitech-jp-atr503-m001/nitech_jp_atr503_m001.htsvoice -x /var/lib/mecab/dic/open-jtalk/naist-jdic -ow /dev/stdout | aplay --quiet
}

##在宅の確認
While [ ${STAY_HOME} == 0 ]
do
  STAY_HOME=$(pirm_sensor.py)
  sleep 180
done

##血中酸素飽和度測定の通知
voice_message ${MESSAGE1}
sleep 300

##血中酸素飽和度の測定開始
while [ 1 ]
do
  SPO2=$(/usr/bin/python3 spo2_sensor.py)
  SPO2_VALUE=$(echo ${SPO2} | cut -d " " -f 1)
  SPO2_JUDGE=$(echo ${SPO2} | cut -d " " -f 2)
  if ［ ${SPO2_JUDGE} == "True" ]; then
    echo "${SPO2_VALUE} $(date +%Y%m%d-%H%M)" >> ${HOME}/spo2.csv
    if [ ${SPO2_VALUE} -le 93 ]; then
      voice_message ${MESSAGE2}
      exit 0
    fi
  fi
  sleep 300
done

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#!/bin/bash

##在宅状態の初期値

STAY_HOME=0

##メッセージ集

MESSAGE1="寝るときは血中酸素飽和度を測定しましょう"

MESSAGE2="酸素が不足しています。医療機器で正確な値を測定してください。同じ値を示せば、至急病院に連絡しましょう"

##音声メッセージ関数

function voice_message(){

echo $1 | open_jtalk -m /usr/share/hts-voice/nitech-jp-atr503-m001/nitech_jp_atr503_m001.htsvoice -x /var/lib/mecab/dic/open-jtalk/naist-jdic -ow /dev/stdout | aplay --quiet

}

##在宅の確認

While [ ${STAY_HOME} == 0 ]

do

STAY_HOME=$(pirm_sensor.py)

sleep 180

done

##血中酸素飽和度測定の通知

voice_message ${MESSAGE1}

sleep 300

##血中酸素飽和度の測定開始

while [ 1 ]

do

SPO2=$(/usr/bin/python3 spo2_sensor.py)

SPO2_VALUE=$(echo ${SPO2} | cut -d " " -f 1)

SPO2_JUDGE=$(echo ${SPO2} | cut -d " " -f 2)

if ［ ${SPO2_JUDGE} == "True" ]; then

echo "${SPO2_VALUE} $(date +%Y%m%d-%H%M)" >> ${HOME}/spo2.csv

if [ ${SPO2_VALUE} -le 93 ]; then

voice_message ${MESSAGE2}

exit 0

fi

sleep 300

done

特集2　JenkinsによるCI/CD（Vol.73記載）

投稿日：2021.07.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：長久保篤、酒井利治

ソフトウエアの開発・生産性を高めるには「CI（Continuous Integration）/CD（Continuous Delivery）」が不可欠となっています。本特集では、CI/CDとは何か、オープンソースソフトウエアの「Jenkins」を用いてCI/CD環境を構築する方法を分かりやすく解説します。

シェルスクリプトマガジン Vol.73は以下のリンク先でご購入できます。

図9　Dockerfileの内容

FROM jenkins/jenkins:2.277.4-lts-jdk11
USER root
RUN apt update && apt install -y apt-transport-https \
      ca-certificates curl gnupg2 \
      software-properties-common
RUN curl -fsSL https://download.docker.com/linux/debian/gpg | apt-key add -
RUN apt-key fingerprint 0EBFCD88
RUN add-apt-repository \
      "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/debian \
      $(lsb_release -cs) stable"
RUN apt update && apt install -y docker-ce-cli
USER jenkins
RUN jenkins-plugin-cli --plugins "blueocean:1.24.6 docker-workflow:1.26"

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FROM jenkins/jenkins:2.277.4-lts-jdk11

USER root

RUN apt update && apt install -y apt-transport-https \

ca-certificates curl gnupg2 \

software-properties-common

RUN curl -fsSL https://download.docker.com/linux/debian/gpg | apt-key add -

RUN apt-key fingerprint 0EBFCD88

RUN add-apt-repository \

"deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/debian \

$(lsb_release -cs) stable"

RUN apt update && apt install -y docker-ce-cli

USER jenkins

RUN jenkins-plugin-cli --plugins "blueocean:1.24.6 docker-workflow:1.26"

図21　Jenkinsfileの内容

pipeline {
  agent any
  stages {
    stage('ビルド') {
      steps {
        sh 'mvn -B -DskipTest clean package'
      }
    }
    stage('テスト') {
      steps {
        sh 'mvn -B test'
      }
    }
    stage('デプロイ') {
      steps {
        sh './jenkins/scripts/deliver.sh'
      }
    }
  }
}

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pipeline {

agent any

stages {

stage('ビルド') {

steps {

sh 'mvn -B -DskipTest clean package'

}

stage('テスト') {

steps {

sh 'mvn -B test'

}

stage('デプロイ') {

steps {

sh './jenkins/scripts/deliver.sh'

}

図41　説明した内容を反映したJenkinsfile

pipeline {
  agent {
    label 'mvn3'
  }
  stages {
    stage('ビルド') {
      steps {
        sh 'mvn -B -DskipTest clean package'
        archiveArtifacts artifacts: 'target/*.jar'
      }
    }
    stage('テスト') {
      steps {
        sh 'mvn -B test'
      }
      post {
        always {
          junit 'target/surefire-reports/*.xml'
        }
      }
    }
    stage('デプロイ') {
      when {
        branch 'master'
        beforeInput true
      }
      input {
        message "デプロイしますか？"
      }
      steps {
        sh './jenkins/scripts/deliver.sh'
      }
    }
  }
  post {
    failure {
      emailext (
        subject: "失敗: プロジェクト '${env.JOB_NAME} [${env.BUILD_NUMBER}]'",
        body: """次のページでコンソールの出力を確認してください:
        ${env.BUILD_URL}""",
        recipientProviders: [developers()]
      )
    }
  }
}

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pipeline {

agent {

label 'mvn3'

}

stages {

stage('ビルド') {

steps {

sh 'mvn -B -DskipTest clean package'

archiveArtifacts artifacts: 'target/*.jar'

}

stage('テスト') {

steps {

sh 'mvn -B test'

}

post {

always {

junit 'target/surefire-reports/*.xml'

}

stage('デプロイ') {

when {

branch 'master'

beforeInput true

}

input {

message "デプロイしますか？"

}

steps {

sh './jenkins/scripts/deliver.sh'

}

post {

failure {

emailext (

subject: "失敗: プロジェクト '${env.JOB_NAME} [${env.BUILD_NUMBER}]'",

body: """次のページでコンソールの出力を確認してください:

${env.BUILD_URL}""",

recipientProviders: [developers()]

)

}

特集1　PowerShellを学ぼう（Vol.73記載）

投稿日：2021.07.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：三沢友治

PowerShellとは、米Microsoft社が開発したシェルおよびスクリプト言語です。Windows OSや、Microsoft Office製品に関連するサービス「Microsoft 365」を管理するのに活用されています。本特集では、これからPowerShellに取り組み始めたい人を対象に、PowerShellについて基本から分かりやすく解説します。

シェルスクリプトマガジン Vol.73は以下のリンク先でご購入できます。

図47　時刻を取得するスクリプト(writeTime.ps1）

# 現在の時刻で時間オブジェクトを取得
# 時間オブジェクトは文字列ではなく時間の情報を保持している
# そのため一部の情報を容易に取得できる
$date = Get-Date
# 取得した時間から指定のフォーマットでファイルを上書き
# 時間を取得するhh:mmを指定し、その内容をfile.txtに上書きしている。追記したい場合は >> file.txtとする
$date.ToString("hh:mm") > file.txt

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# 現在の時刻で時間オブジェクトを取得

# 時間オブジェクトは文字列ではなく時間の情報を保持している

# そのため一部の情報を容易に取得できる

$date = Get-Date

# 取得した時間から指定のフォーマットでファイルを上書き

# 時間を取得するhh:mmを指定し、その内容をfile.txtに上書きしている。追記したい場合は >> file.txtとする

$date.ToString("hh:mm") > file.txt

図48　ランダムな名前、ランダムな作成日でファイルを作成するスクリプト（CreateRandomFiles.ps1）

# 指定したディレクトリにランダムな内容のファイルを指定サイズで作成する
# 成功時はTrue、失敗時はFalseを返す
Function CreateRandomBiteArrayFile([string]$Path, [int]$sizeMB)
{
    try
    {
        # ランダムな10文字のファイル名を作成 
        $fileName = -join ((1..10) | %{(65..90) + (97..122) | Get-Random} | foreach-object {[char]$_})
        # フルパスのファイル名を作る
        $fullFileName = $Path + "\" + $fileName + ".tmp"
        # ファイルの存在を確認
        if(Test-Path $fullFileName)
        {
            # 同一ファイル名が失敗として終了する
            return $false
        } 
        # 指定サイズでバイト配列を作成する
        $file = new-object byte[] ($sizeMB * 1024 * 1024)
        # バイト配列にランダムデータを入れる
        (new-object Random).NextBytes($file)
        # IO APIを利用してファイルに書き込む
        [IO.File]::WriteAllBytes($fullFileName, $file)
        # 100日の間でランダムな日を決める
        $day = Get-Random -maximum 100
        # ファイルの作成日付を変更する(100日の間でランダム)
        Set-ItemProperty $fullFileName -Name LastWriteTime -Value (Get-Date).addDays($day * -1) 
        return $true
    }
    catch
    {
        # サンプルスクリプトのため例外を大きく割愛している
        # 実務的なコードでは例外発生個所が分かる範囲でCatchするのが理想となる（同じ例外が発生しない粒度で）
        return $false
    }
}


# ファイルを格納するディレクトリ（今回の指定はカレントディレクトリ）
$fileDirectoryPath = pwd
# ファイルサイズ（Mバイト指定）
$size = 1
# 作成ファイル数
$num = 10
# num個のファイルが作成される
# ただし、ランダムなファイル名が被る場合、作成されるファイルが減る
@(1..$num) | Foreach{
    CreateRandomBiteArrayFile $fileDirectoryPath $size
}

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# 指定したディレクトリにランダムな内容のファイルを指定サイズで作成する

# 成功時はTrue、失敗時はFalseを返す

Function CreateRandomBiteArrayFile([string]$Path, [int]$sizeMB)

{

try

{

# ランダムな10文字のファイル名を作成

$fileName = -join ((1..10) | %{(65..90) + (97..122) | Get-Random} | foreach-object {[char]$_})

# フルパスのファイル名を作る

$fullFileName = $Path + "\" + $fileName + ".tmp"

# ファイルの存在を確認

if(Test-Path $fullFileName)

{

# 同一ファイル名が失敗として終了する

return $false

}

# 指定サイズでバイト配列を作成する

$file = new-object byte[] ($sizeMB * 1024 * 1024)

# バイト配列にランダムデータを入れる

(new-object Random).NextBytes($file)

# IO APIを利用してファイルに書き込む

[IO.File]::WriteAllBytes($fullFileName, $file)

# 100日の間でランダムな日を決める

$day = Get-Random -maximum 100

# ファイルの作成日付を変更する(100日の間でランダム)

Set-ItemProperty $fullFileName -Name LastWriteTime -Value (Get-Date).addDays($day * -1)

return $true

}

catch

{

# サンプルスクリプトのため例外を大きく割愛している

# 実務的なコードでは例外発生個所が分かる範囲でCatchするのが理想となる（同じ例外が発生しない粒度で）

return $false

}

# ファイルを格納するディレクトリ（今回の指定はカレントディレクトリ）

$fileDirectoryPath = pwd

# ファイルサイズ（Mバイト指定）

$size = 1

# 作成ファイル数

$num = 10

# num個のファイルが作成される

# ただし、ランダムなファイル名が被る場合、作成されるファイルが減る

@(1..$num) | Foreach{

CreateRandomBiteArrayFile $fileDirectoryPath $size

}

シェルスクリプトマガジンvol.73 Web掲載記事まとめ

投稿日：2021.07.25　｜　カテゴリー：　コード

004　レポート　Windows 11発表
005　レポート　HE C++ Transpiler
006　NEWS FLASH
008　特集1　PowerShellを学ぼう/三沢友治　コード掲載
024　特集2　JenkinsによるCI/CD/長久保篤、酒井利治　コード掲載
042　特集3　ラズパイでコロナ感染症対策/麻生二郎　コード掲載
066　特別企画　新・地球シミュレータ（ES4）への招待/今任嘉幸、上原均
074　Raspberry Piを100%活用しよう/米田聡
076　機械学習ことはじめ/川嶋宏彰　コード掲載
085　Hello Nogyo!
086　CRM/桑原滝弥、イケヤシロウ
088　レッドハットのプロダクト/宇都宮卓也
096　MySQLのチューニング/稲垣大助
104　法林浩之のFIGHTING TALKS/法林浩之
106　中小企業手作りIT化奮戦記/菅雄一
110　Pythonあれこれ/飯尾淳　コード掲載
114　香川大学SLPからお届け！/岩本和真　コード掲載
120　Bash入門/大津真
130　Techパズル/gori.sh
131　コラム「ユニケージは従来のやり方と何が違うのか（前編）」/シェル魔人

Vol.73

投稿日：2021.07.25　｜　カテゴリー：　バックナンバー

　UNIXやLinuxなどのOSでは、コマンドや、コマンドをプログラムのように記述したシェルスクリプトを利用してさまざまな操作が可能です。実は、Windowsでもそのようなコマンドやシェルスクリプトに相当する仕組みが「PowerShell」として用意されています。特集1では、このPowerShellを使い始めたい人向けに、PowerShellの基本操作や構文、使いこなしなどを分かりやすく解説しています。
　特集2では、「Jenkins」というオープンソースソフトウエアを紹介しています。Jenkinsは、CI（継続的インテクレーション/CD（継続的デリバリ）を実現するツールであり、アプリやシステムの開発におけるコード管理、ビルド、テスト、デプロイ（配備）などを自動化します。開発者の負担を減らし、開発効率を上げるのにはとても最適です。
　特集3では、小型コンピュータボード「Raspberry Pi」（ラズパイ）と電子回路を組み合わせて新型コロナ感染症対策を支援する四つのシステムを構築しています。電子回路を初めて触る人でも簡単に作成できますので、ぜひチャレンジしてみてください。
　特別企画では、2021年3月に稼働を開始した、海洋研究開発機構が運用するスーパーコンピュータ「地球シミュレータ」の第4世代を紹介しています。地球シミュレータがどのようなもので、何に利用されていて、どのような仕組みで動作しているのかを知るにはよい記事です。
　そのほか、2021年内の提供されるWindows 11をラズパイで試すレポート、入門者や初心者向けの機械学習連載など、面白い記事満載です。今回も読み応え十分のシェルスクリプトマガジン Vol.73。お見逃しなく!

※記事掲載のコードはこちら。記事の補足情報はこちら

※読者アンケートはこちら

Vol.73 補足情報

投稿日：2021.07.25　｜　カテゴリー：　コード

特集1　PowerShellを学ぼう

pp.18-21の図33～図34のキャプション内容に誤りがありました。キャプションの内容が一つずつずれています。正しくは、以下の通りです。お詫びして訂正いたします。

図33　テーマ「powerlevel10k_rainbow」を適用した画面
図34　フォントのインストール
図35　インストールしたフォントをPowerShellに適用する
図36　プロファイルの配置を確認する
図37　Windows PowerShell ISEの起動
図38　ISEの初期画面
図39　インテリセンスにより候補を表示する
図40　コマンドアドオンからコマンドレットを調べる
図41　コマンドアドオンからコマンドレットを選択したら、パラメータを付けてそのまま実行できる
図42　ISEのデバックメニュー
図43　ブレークポイントは茶色で表示される
図44　スニペットを表示して挿入できる
図45　ISEが意図しない状態で停止した場合に表示されるダイアログ
図46　復元されたスクリプトはタブに「回復済み」と表示される
図47　時刻を取得するスクリプト(writeTime.ps1）

p.22の「図48　ランダムな名前、ランダムな作成日でファイルを作成するスクリプト（CreateRandomFiles.ps1）」の最終行として「}」が抜けていました。お詫びして訂正いたします。

特集3　ラズパイでコロナ感染症対策

p.59の「図2　pirm_sensor.pyのソースコード」の先頭にある「1 !/usr/bin/env python3」は「2 #!/usr/bin/env python3」の誤りです。お詫びして訂正します。

コラム「ユニケージは従来のやり方と何が違うのか（前編）」

2021年6月号（Vol.72）と同じ内容でした。2021年8月号（Vol.73）のコラムはこちらから閲覧できます（Kindle版やPDF版は反映済みです）。次号となる2021年10月号（Vol.74）にも掲載する予定です。お詫びして訂正します。

情報は随時更新致します。

香川大学SLPからお届け！（Vol.72掲載）

投稿日：2021.05.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：重松亜夢

今回は、「gRPC」という通信プロトコルを使った、Webアプリケーションの作成方法を紹介します。gRPCを使うことで、通信量が減らせます。最近注目のマイクロサービスの連携にも活用できます。

シェルスクリプトマガジン Vol.72は以下のリンク先でご購入できます。

図3　「pb/picture.proto」ファイルに記述する内容

syntax = "proto3";
option go_package = "example.com/user_name/sample/pb/go/picture";
package picture;
service Picture {
  rpc GetPictures (GetPicturesRequest) returns (GetPicturesReply) {}
}
message GetPicturesRequest {
  uint32 num = 1;
}
message GetPicturesReply {
  repeated bytes pictures = 1;
}

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syntax = "proto3";

option go_package = "example.com/user_name/sample/pb/go/picture";

package picture;

service Picture {

rpc GetPictures (GetPicturesRequest) returns (GetPicturesReply) {}

}

message GetPicturesRequest {

uint32 num = 1;

}

message GetPicturesReply {

repeated bytes pictures = 1;

}

図4　「pb/protoc-web/Dockerfile」ファイルに記述する内容

FROM node:15-buster
WORKDIR /pb
RUN npm i rimraf -g
RUN curl -L -O https://github.com/protocolbuffers/protobuf/releases/download/v3.15.8/protoc-3.15.8-linux-x86_64.zip
RUN curl -L -O https://github.com/grpc/grpc-web/releases/download/1.2.1/protoc-gen-grpc-web-1.2.1-linux-x86_64
RUN unzip protoc-3.15.8-linux-x86_64.zip && cp ./bin/protoc /usr/local/bin/. && chmod +x /usr/local/bin/protoc
RUN cp protoc-gen-grpc-web-1.2.1-linux-x86_64 /usr/local/bin/protoc-gen-grpc-web && chmod +x /usr/local/bin/protoc-gen-grpc-web

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FROM node:15-buster

WORKDIR /pb

RUN npm i rimraf -g

RUN curl -L -O https://github.com/protocolbuffers/protobuf/releases/download/v3.15.8/protoc-3.15.8-linux-x86_64.zip

RUN curl -L -O https://github.com/grpc/grpc-web/releases/download/1.2.1/protoc-gen-grpc-web-1.2.1-linux-x86_64

RUN unzip protoc-3.15.8-linux-x86_64.zip && cp ./bin/protoc /usr/local/bin/. && chmod +x /usr/local/bin/protoc

RUN cp protoc-gen-grpc-web-1.2.1-linux-x86_64 /usr/local/bin/protoc-gen-grpc-web && chmod +x /usr/local/bin/protoc-gen-grpc-web

図5　「pb/scripts/picture-compile.sh」ファイルに追記する内容

docker build protoc-web -t streaming-protoc-web
mkdir -p js/picture
docker run -v "$(pwd):/pb" -w /pb --rm streaming-protoc-web \
  protoc --proto_path=. picture.proto \
    --js_out=import_style=commonjs:js/picture \
    --grpc-web_out=import_style=typescript,mode=grpcwebtext:js/picture
mkdir -p ../services/client/src/pb
cp -r ./js/* ../services/client/src/pb/

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docker build protoc-web -t streaming-protoc-web

mkdir -p js/picture

docker run -v "$(pwd):/pb" -w /pb --rm streaming-protoc-web \

protoc --proto_path=. picture.proto \

--js_out=import_style=commonjs:js/picture \

--grpc-web_out=import_style=typescript,mode=grpcwebtext:js/picture

mkdir -p ../services/client/src/pb

cp -r ./js/* ../services/client/src/pb/

図6　「Makefil e」ファイルの変更内容

proto: pb/js/picture/picture_pb.js
	# make .proto
pb/js/picture/picture_pb.js: pb/picture.proto
	bash ./pb/scripts/picture-compile.sh

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proto: pb/js/picture/picture_pb.js

# make .proto

pb/js/picture/picture_pb.js: pb/picture.proto

bash ./pb/scripts/picture-compile.sh

図8　「docker-compose.yaml」ファイルに追加する内容

  proxy:
    container_name: sample-proxy-container
    image: envoyproxy/envoy-dev:1f642ab20b8975654482411537a6bdc5e2f6c4f6
    ports:
      - "8080:8080"
    volumes:
      - ./services/proxy/envoy.yaml:/etc/envoy/envoy.yaml

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proxy:

container_name: sample-proxy-container

image: envoyproxy/envoy-dev:1f642ab20b8975654482411537a6bdc5e2f6c4f6

ports:

- "8080:8080"

volumes:

- ./services/proxy/envoy.yaml:/etc/envoy/envoy.yaml

図9　「services/client/src/components/Picture.tsx」ファイルの内容

import { useState } from 'react';
import { GetPicturesRequest, GetPicturesReply } from "../pb/picture/picture_pb";
import { PictureClient } from "../pb/picture/PictureServiceClientPb";
import { Error } from 'grpc-web';
export const Picture = () => {
  const [num, setNumber] = useState(1); // 枚数の指定
  const [pictures, setPictures] = useState<JSX.Element[]>([]);
  const jspb = require('google-protobuf');
  const client = new PictureClient(`http://${window.location.hostname}:8080/server`, {}, {});
  const getPictures = () => {
    if (num <= 0) return;
    const request = new GetPicturesRequest();
    request.setNum(num);
    client.getPictures(request, {}, (err: Error, response: GetPicturesReply) => {
      if (err || response === null) { throw err; }
      setPictures(jspb.Message.bytesListAsB64(response.getPicturesList())
                  .map((images: string, index: number) => (
        <img key={`${index}`} width="200px"
             src={`data:image/jpg;base64,${window.atob(images)}`}
             alt="pictures" />
      )));
    });
  }
  const onChange = (event: React.ChangeEvent<HTMLInputElement>) => {
    const n = event.target.valueAsNumber;
    if (!isNaN(n)) { setNumber(n); }
  };
  return (
    <div>
      <input type="number" min="1" defaultValue="1" onChange={onChange} />
      <button onClick={getPictures}>GetPictures</button>
      <div className="getPictures">{pictures}</div>
    </div>
  );
}

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import { useState } from 'react';

import { GetPicturesRequest, GetPicturesReply } from "../pb/picture/picture_pb";

import { PictureClient } from "../pb/picture/PictureServiceClientPb";

import { Error } from 'grpc-web';

export const Picture = () => {

const [num, setNumber] = useState(1); // 枚数の指定

const [pictures, setPictures] = useState<JSX.Element[]>([]);

const jspb = require('google-protobuf');

const client = new PictureClient(`http://${window.location.hostname}:8080/server`, {}, {});

const getPictures = () => {

if (num <= 0) return;

const request = new GetPicturesRequest();

request.setNum(num);

client.getPictures(request, {}, (err: Error, response: GetPicturesReply) => {

if (err || response === null) { throw err; }

setPictures(jspb.Message.bytesListAsB64(response.getPicturesList())

.map((images: string, index: number) => (

<img key={`${index}`} width="200px"

src={`data:image/jpg;base64,${window.atob(images)}`}

alt="pictures" />

)));

});

}

const onChange = (event: React.ChangeEvent<HTMLInputElement>) => {

const n = event.target.valueAsNumber;

if (!isNaN(n)) { setNumber(n); }

};

return (

<div>

<button onClick={getPictures}>GetPictures</button>

<div className="getPictures">{pictures}</div>

</div>

);

}

図10　「services/client/src/App.tsx」ファイルに記述する内容

import {Picture} from './components/Picture'
import './App.css';
function App() {
  return (
    <div className="App">
      <header className="App-header">
        <Picture/>
      </header>
    </div>
  );
}
export default App;

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import {Picture} from './components/Picture'

import './App.css';

function App() {

return (

</header>

</div>

);

}

export default App;

機械学習ことはじめ（Vol.72掲載）

投稿日：2021.05.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：川嶋宏彰

本連載では、機械学習の基礎となるさまざまな手法の仕組みや、それらの手法のPythonでの利用方法を解説していきます。第1回となる今回は、機械学習の概要についても解説します。また、「k近傍法」という手法を使いながら機械学習の重要な概念をいくつか紹介します。

シェルスクリプトマガジン Vol.72は以下のリンク先でご購入できます。

図7　データセットを読み込んで散布図行列をプロットするPythonコード

import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams['font.size'] = 14

# seabornより読み込む場合
penguins = sns.load_dataset('penguins')

# seabornではなくpalmerpenguinsから読み込む場合
# from palmerpenguins import load_penguins
# penguins = load_penguins()

# 散布図行列をプロット
sns.pairplot(penguins, hue='species')
plt.show()

# 相関係数を計算
print(penguins.corr())

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import seaborn as sns

import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams['font.size'] = 14

# seabornより読み込む場合

penguins = sns.load_dataset('penguins')

# seabornではなくpalmerpenguinsから読み込む場合

# from palmerpenguins import load_penguins

# penguins = load_penguins()

# 散布図行列をプロット

sns.pairplot(penguins, hue='species')

plt.show()

# 相関係数を計算

print(penguins.corr())

図9　二つの特徴量を抽出して散布図をプロットするPythonコード

features = ['bill_depth_mm', 'body_mass_g']
target_species = ['Adelie', 'Gentoo']

# 特徴量をクラスラベルと共に取り出す
df = penguins[['species'] + features].copy()
df.dropna(inplace=True)  # NaN が含まれる行は削除

# 読み込むデータセットを対象種のものだけにする
df2 = df[df['species'].isin(target_species)].copy()
print(df2.shape)  # (274, 3) と表示される

# カラーパレットの取得と設定
palette = sns.color_palette()
palette2 = {'Adelie':palette[0], 'Gentoo':palette[2]}

fig = plt.figure(figsize=(5, 5))
sns.scatterplot(data=df2, x=features[0], y=features[1],
                hue='species', palette=palette2)
# plt.axis('equal')  # ★この行は後で利用
plt.show()

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features = ['bill_depth_mm', 'body_mass_g']

target_species = ['Adelie', 'Gentoo']

# 特徴量をクラスラベルと共に取り出す

df = penguins[['species'] + features].copy()

df.dropna(inplace=True) # NaN が含まれる行は削除

# 読み込むデータセットを対象種のものだけにする

df2 = df[df['species'].isin(target_species)].copy()

print(df2.shape) # (274, 3) と表示される

# カラーパレットの取得と設定

palette = sns.color_palette()

palette2 = {'Adelie':palette[0], 'Gentoo':palette[2]}

fig = plt.figure(figsize=(5, 5))

sns.scatterplot(data=df2, x=features[0], y=features[1],

hue='species', palette=palette2)

# plt.axis('equal') # ★この行は後で利用

plt.show()

図11　k-NNによる判定をするシンプルなPythonコード

import numpy as np
import scipy

X = df2[features].values  # 2次元特徴量
y = df2['species'].values  # クラスラベル

x_test = np.array([16, 4000])  # 判定したいデータ
k = 5  # 近い順に何個のデータまで見るか

# x_testとXの各点（各行）との距離の二乗
dist2 = ((X - x_test) ** 2).sum(axis=1)
# 距離の小さいk個の点のラベル
k_labels = y[np.argsort(dist2)][:k]
result = scipy.stats.mode(k_labels)[0][0]  # 最頻ラベル

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import numpy as np

import scipy

X = df2[features].values # 2次元特徴量

y = df2['species'].values # クラスラベル

x_test = np.array([16, 4000]) # 判定したいデータ

k = 5 # 近い順に何個のデータまで見るか

# x_testとXの各点（各行）との距離の二乗

dist2 = ((X - x_test) ** 2).sum(axis=1)

# 距離の小さいk個の点のラベル

k_labels = y[np.argsort(dist2)][:k]

result = scipy.stats.mode(k_labels)[0][0] # 最頻ラベル

図12　k-NNによる判定をする改良版のPythonコード

from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier

clf = KNeighborsClassifier(n_neighbors=k)
clf.fit(X, y)  # 学習
y_pred = clf.predict([[16, 4000], [16, 5000]])  # 一度に複数判定
print(y_pred)

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from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier

clf = KNeighborsClassifier(n_neighbors=k)

clf.fit(X, y) # 学習

y_pred = clf.predict([[16, 4000], [16, 5000]]) # 一度に複数判定

print(y_pred)

図13　分類器の決定境界を描画するPythonコード

import matplotlib as mpl

def plot_decision_boundary(X, y, clf, xylabels=features, palette=None):
    # 分類器clfの決定境界を描画
    fig = plt.figure(figsize=(5, 5))
    # 2次元空間にグリッド点を準備
    xmin = X.min(axis=0)  # 各列の最小値
    xmax = X.max(axis=0)  # 各列の最大値
    xstep = [(xmax[i]-xmin[i]) / 50 for i in range(2)]  # グリッドのステップ幅
    xmin = [xmin[i] - 8*xstep[i] for i in range(2)]  # 少し広めに
    xmax = [xmax[i] + 8*xstep[i] for i in range(2)]
    aranges = [np.arange(xmin[i], xmax[i] + xstep[i], xstep[i]) for i in range(2)]
    x0grid, x1grid = np.meshgrid(*aranges)
    # 各グリッド点でクラスを判定
    y_pred = clf.predict(np.c_[x0grid.ravel(), x1grid.ravel()])
    y_pred = y_pred.reshape(x0grid.shape)  # 2次元に
    y_pred = np.searchsorted(np.unique(y_pred), y_pred)  # 値をindexへ

    clist = palette.values() if type(palette) is dict else palette
    cmap = mpl.colors.ListedColormap(clist)
    plt.contourf(x0grid, x1grid, y_pred, alpha=0.3, cmap=cmap)
    sns.scatterplot(x=X[:, 0], y=X[:, 1], hue=y, palette=palette)
    plt.legend()
    plt.xlim([xmin[0], xmax[0]])
    plt.ylim([xmin[1], xmax[1]])
    plt.xlabel(xylabels[0])
    plt.ylabel(xylabels[1])

clf_orig = KNeighborsClassifier(n_neighbors=k)
clf_orig.fit(X, y)
plot_decision_boundary(X, y, clf_orig, palette=palette2)
plt.show()

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import matplotlib as mpl

def plot_decision_boundary(X, y, clf, xylabels=features, palette=None):

# 分類器clfの決定境界を描画

fig = plt.figure(figsize=(5, 5))

# 2次元空間にグリッド点を準備

xmin = X.min(axis=0) # 各列の最小値

xmax = X.max(axis=0) # 各列の最大値

xstep = [(xmax[i]-xmin[i]) / 50 for i in range(2)] # グリッドのステップ幅

xmin = [xmin[i] - 8*xstep[i] for i in range(2)] # 少し広めに

xmax = [xmax[i] + 8*xstep[i] for i in range(2)]

aranges = [np.arange(xmin[i], xmax[i] + xstep[i], xstep[i]) for i in range(2)]

x0grid, x1grid = np.meshgrid(*aranges)

# 各グリッド点でクラスを判定

y_pred = clf.predict(np.c_[x0grid.ravel(), x1grid.ravel()])

y_pred = y_pred.reshape(x0grid.shape) # 2次元に

y_pred = np.searchsorted(np.unique(y_pred), y_pred) # 値をindexへ

clist = palette.values() if type(palette) is dict else palette

cmap = mpl.colors.ListedColormap(clist)

plt.contourf(x0grid, x1grid, y_pred, alpha=0.3, cmap=cmap)

sns.scatterplot(x=X[:, 0], y=X[:, 1], hue=y, palette=palette)

plt.legend()

plt.xlim([xmin[0], xmax[0]])

plt.ylim([xmin[1], xmax[1]])

plt.xlabel(xylabels[0])

plt.ylabel(xylabels[1])

clf_orig = KNeighborsClassifier(n_neighbors=k)

clf_orig.fit(X, y)

plot_decision_boundary(X, y, clf_orig, palette=palette2)

plt.show()

図16　スケーリング後に決定境界を描画するPythonコード

from sklearn.preprocessing import StandardScaler

scaler = StandardScaler()
Xs = scaler.fit_transform(X)
# StandardScaler を用いず以下のようにしてもよい
# Xs = (X - X.mean(axis=0))/X.std(axis=0)

clf_scaled = KNeighborsClassifier(n_neighbors=k)
clf_scaled.fit(Xs, y)

# 軸ラベル変更
xylabels = [s.replace('_mm', '_s').replace('_g', '_s')
           for s in features]
# スケーリング後の決定境界を描く
plot_decision_boundary(Xs, y, clf_scaled, 
                       xylabels=xylabels, palette=palette2)
plt.show()

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from sklearn.preprocessing import StandardScaler

scaler = StandardScaler()

Xs = scaler.fit_transform(X)

# StandardScaler を用いず以下のようにしてもよい

# Xs = (X - X.mean(axis=0))/X.std(axis=0)

clf_scaled = KNeighborsClassifier(n_neighbors=k)

clf_scaled.fit(Xs, y)

# 軸ラベル変更

xylabels = [s.replace('_mm', '_s').replace('_g', '_s')

for s in features]

# スケーリング後の決定境界を描く

plot_decision_boundary(Xs, y, clf_scaled,

xylabels=xylabels, palette=palette2)

plt.show()

図21　kの値を変えた場合の3種のペンギンの決定境界を描画するPythonコード

# 取り出す特徴量を変える
features2 = ['bill_depth_mm', 'bill_length_mm']
df3 = penguins[['species'] + features2].copy()
df3.dropna(inplace=True)  # NaN が含まれる行は削除
Xs = scaler.fit_transform(df3[features2])
y = df3['species']

palette3 = dict(zip(y.unique(), palette))  # 3種用カラーパレット
xylabels = [s.replace('_mm', '_s') for s in features2]

for k in [1, 5, 11]:
    clf_scaled = KNeighborsClassifier(n_neighbors=k)
    clf_scaled.fit(Xs, y)
    plot_decision_boundary(Xs, y, clf_scaled, 
                           xylabels=xylabels, palette=palette3)
    plt.title(f'k = {k}')
    plt.legend(loc='upper left', borderaxespad=0.2, fontsize=12)
    plt.show()

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# 取り出す特徴量を変える

features2 = ['bill_depth_mm', 'bill_length_mm']

df3 = penguins[['species'] + features2].copy()

df3.dropna(inplace=True) # NaN が含まれる行は削除

Xs = scaler.fit_transform(df3[features2])

y = df3['species']

palette3 = dict(zip(y.unique(), palette)) # 3種用カラーパレット

xylabels = [s.replace('_mm', '_s') for s in features2]

for k in [1, 5, 11]:

clf_scaled = KNeighborsClassifier(n_neighbors=k)

clf_scaled.fit(Xs, y)

plot_decision_boundary(Xs, y, clf_scaled,

xylabels=xylabels, palette=palette3)

plt.title(f'k = {k}')

plt.legend(loc='upper left', borderaxespad=0.2, fontsize=12)

plt.show()

Raspberry Piを100%活用しよう（Vol.72掲載）

投稿日：2021.05.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：米田聡

小型コンピュータボード「Raspberry Pi」（ラズパイ）向けにさまざまな拡張ボードが発売されています。その拡張ボードとラズパイを組み合わせれば、ラズパイでいろいろなことが簡単に試せます。第3回は、温度、湿度、気圧を測定する拡張基板を扱います。

シェルスクリプトマガジン Vol.72は以下のリンク先でご購入できます。

図4　温度、湿度、気圧を測定するサンプルプログラム（sample.py）

import smbus2
import bme280

BME_ADDRESS = 0x76      # BME280のI2Cアドレス
bus = smbus2.SMBus(1)
data = bme280.sample(bus, BME_ADDRESS) # 測定データを得る

print("温度: %.2f ℃" % data.temperature)
print("気圧: %.2f hPa" % data.pressure)
print("湿度: %.2f %%" % data.humidity)

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import smbus2

import bme280

BME_ADDRESS = 0x76 # BME280のI2Cアドレス

bus = smbus2.SMBus(1)

data = bme280.sample(bus, BME_ADDRESS) # 測定データを得る

print("温度: %.2f ℃" % data.temperature)

print("気圧: %.2f hPa" % data.pressure)

print("湿度: %.2f %%" % data.humidity)

特集1　本格的なホームサーバーを構築（Vol.72記載）

投稿日：2021.05.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：麻生二郎

小型コンピュータボードの最上位モデルである「Raspberry Pi 4 Mobel B」の4G/8Gバイト版と、人気のLinuxディストリビューションのサーバー版「Ubuntu Server」を組み合わせて、本格的なサーバーを構築しましょう。本特集では、サーバー向けにハードウエアを強化する方法を紹介します。

シェルスクリプトマガジン Vol.72は以下のリンク先でご購入できます。

図20　無線LANの設定

    wifis:
        wlan0:
            access-points:
                SSID:
                    password: パスワード
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wlan0:

access-points:

SSID:

password: パスワード

dhcp4: true

図27　固定IPアドレスを割り当てる

wifis:
  wlan0:
    dhcp4: false
    addresses: [192.168.10.100/24]
    gateway4: 192.168.10.1
    nameservers:
      addresses: [192.168.10.1]
    access-points:
            SSID:
              password: パスワード

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addresses: [192.168.10.100/24]

gateway4: 192.168.10.1

nameservers:

addresses: [192.168.10.1]

access-points:

SSID:

password: パスワード

シェルスクリプトマガジンvol.72 Web掲載記事まとめ

投稿日：2021.05.25　｜　カテゴリー：　コード

004　レポート　eBPF for Windows
005　レポート　TechLIONが10周年
006　NEWS FLASH
008　特集1　本格的なホームサーバーを構築/麻生二郎　コード掲載
020　特集2　MDSを始めよう！（基礎編）/生駒眞知子　
029　Hello Nogyo!
030　特別企画　ローコード開発基盤 OutSystems/阿島哲夫
040　Raspberry Piを100%活用しよう/米田聡　コード掲載
042　機械学習ことはじめ/川嶋宏彰　コード掲載
052　インタプリタ/桑原滝弥、イケヤシロウ
054　レッドハットのプロダクト/暮林達也
066　Pythonあれこれ　飯尾淳
070　香川大学SLPからお届け！/重松亜夢　コード掲載
076　法林浩之のFIGHTING TALKS/法林浩之
078　中小企業手作りIT化奮戦記/菅雄一
082　MySQLのチューニング/稲垣大助
090　Bash入門/大津真
098　Techパズル/gori.sh
099　コラム「ロールオーバーラップのススメ」/シェル魔人

Vol.72

投稿日：2021.05.25　｜　カテゴリー：　バックナンバー

　緊急事態宣言などにより自宅にいる時間が増えています。外出できずにイライラしている、こんなときこそ、小型コンピュータボード「Rapsberry Pi」（ラズパイ）でホームサーバーを立ててみましょう。特集1では、人気のLinuxディストリビューションのサーバー版「Ubuntu Server」とラズパイを用いて、ホームサーバーを構築します。
　なお、ラズパイにUbuntu Serverをインストールして初期設定を施せば、あとはパソコンとほぼ同じようにサーバーアプリを導入・できます。したがって、リアルタイムクロック（RTC）、電源バックアップ、ストレージ拡張などのハードウエア強化を中心にホームサーバーの構築を紹介します。
　特集2では、オープンソースのデータベース管理システム「MySQL」のクラウドサービス「MySQL Database Service」（MDS）を紹介します。MDSは、MySQLの開発元である米Oracle社および日本オラクルが提供します。データ分析の分野では注目のサービスです。
　特別企画では、大規模システムの構築可能なローコード開発基盤「OutSystems」を扱います。このOutSystemsは、無償でも使えます。OutSystemsの開発環境となる「Service Studio」を触りながら、特別企画をお楽しみください。
　このほかに、入門者や初心者向けに機械学習について解説した連載「機械学習ことはじめ」が始まりました。AI（人工知能）の技術を学びたい人には最適です。今回も読み応え十分のシェルスクリプトマガジン Vol.72。お見逃しなく!

※記事掲載のコードはこちら。記事の補足情報はこちら

※読者アンケートはこちら

Vol.72 補足情報

投稿日：2021.05.25　｜　カテゴリー：　コード

訂正・補足情報はありません。
情報は随時更新致します。

Pythonあれこれ（Vol.71掲載）

投稿日：2021.03.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：飯尾淳

本連載では「Pythonを昔から使っているものの、それほど使いこなしてはいない」という筆者が、いろいろな日常業務をPythonで処理することで、立派な「蛇使い」に育つことを目指します。その過程を温かく見守ってください。皆さんと共に勉強していきましょう。第1回は、アンケート結果から非定型なデータを取り出して集計します。

シェルスクリプトマガジン Vol.71は以下のリンク先でご購入できます。

図5　形態素解析の処理をするPythonコード

#!/usr/bin/env python
import spacy
import sys

nlp = spacy.load('ja_ginza')

for line in sys.stdin:                 # 一行ずつ処理
  for sent in nlp(line.strip()).sents: # 一文ずつに分解
    for token in sent:                 # さらに文中のトークンごとに処理
      # i:トークン番号, orth_:表層形, lemma_:基本形,
      # pos_:品詞（英語）, tag_:品詞細分類（日本語）
      sys.stdout.write(f'{token.i}\t{token.orth_}\t{token.lemma_}\t'
                       f'{token.pos_}\t{token.tag_}\n')
    sys.stdout.write('EOS\n')

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#!/usr/bin/env python

import spacy

import sys

nlp = spacy.load('ja_ginza')

for line in sys.stdin: # 一行ずつ処理

for sent in nlp(line.strip()).sents: # 一文ずつに分解

for token in sent: # さらに文中のトークンごとに処理

# i:トークン番号, orth_:表層形, lemma_:基本形,

# pos_:品詞（英語）, tag_:品詞細分類（日本語）

sys.stdout.write(f'{token.i}\t{token.orth_}\t{token.lemma_}\t'

f'{token.pos_}\t{token.tag_}\n')

sys.stdout.write('EOS\n')

図7　名詞の連接処理と抽出をするPythonコード

#!/usr/bin/env python

import sys
import re

def sequence_gen():
  sequence = []
  for line in sys.stdin:
    if line == 'EOS\n':
      yield sequence
      sequence = []
      continue
    word_info = line.strip().split('\t')
    pos = word_info[4].split('-')
    sequence.append({'surface': word_info[1],
                     'base': word_info[2],
                     'pos': pos[0]})

pattern = re.compile('N+')

for seq in sequence_gen():
  encode_str = ''.join('N' if w['pos'] in ('名詞')
                       else '?' for w in seq)
  for m in pattern.finditer(encode_str):
    print(''.join(w['surface'] for w in seq[m.start():m.end()]))

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#!/usr/bin/env python

import sys

import re

def sequence_gen():

sequence = []

for line in sys.stdin:

if line == 'EOS\n':

yield sequence

sequence = []

continue

word_info = line.strip().split('\t')

pos = word_info[4].split('-')

sequence.append({'surface': word_info[1],

'base': word_info[2],

'pos': pos[0]})

pattern = re.compile('N+')

for seq in sequence_gen():

encode_str = ''.join('N' if w['pos'] in ('名詞')

else '?' for w in seq)

for m in pattern.finditer(encode_str):

print(''.join(w['surface'] for w in seq[m.start():m.end()]))

図9　データを分析してプロットするPythonコード

#!/usr/bin/env python

import sys
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.decomposition import PCA
import spacy

from matplotlib import rcParams
rcParams['font.family'] = 'sans-serif'
rcParams['font.sans-serif'] = ['Hiragino Maru Gothic Pro',
    'Yu Gothic', 'Meiryo', 'Takao', 'IPAexGothic', 'IPAPGothic',
    'VL PGothic', 'Noto Sans CJK JP']
nlp = spacy.load('ja_ginza')
with open(sys.argv[1]) as f:
  texts = [s.strip() for s in f.readlines()]
vectors = [nlp(t).vector for t in texts]
pca = PCA(n_components=2).fit(vectors)
trans = pca.fit_transform(vectors)
pc_ratio = pca.explained_variance_ratio_
plt.figure()
plt.scatter(trans[:,0], trans[:,1])
i = 0
for txt in texts:
  plt.text(trans[i,0]+0.02, trans[i,1]-0.02, txt)
  i += 1
plt.hlines(0, min(trans[:,0]), max(trans[:,0]),
            linestyle='dashed', linewidth=1)
plt.vlines(0, min(trans[:,1]), max(trans[:,1]),
            linestyle='dashed', linewidth=1)
plt.xlabel('PC1 ('+str(round(pc_ratio[0]*100,2))+'%)')
plt.ylabel('PC2 ('+str(round(pc_ratio[1]*100,2))+'%)')
plt.tight_layout()
plt.show()

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#!/usr/bin/env python

import sys

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

from sklearn.decomposition import PCA

import spacy

from matplotlib import rcParams

rcParams['font.family'] = 'sans-serif'

rcParams['font.sans-serif'] = ['Hiragino Maru Gothic Pro',

'Yu Gothic', 'Meiryo', 'Takao', 'IPAexGothic', 'IPAPGothic',

'VL PGothic', 'Noto Sans CJK JP']

nlp = spacy.load('ja_ginza')

with open(sys.argv[1]) as f:

texts = [s.strip() for s in f.readlines()]

vectors = [nlp(t).vector for t in texts]

pca = PCA(n_components=2).fit(vectors)

trans = pca.fit_transform(vectors)

pc_ratio = pca.explained_variance_ratio_

plt.figure()

plt.scatter(trans[:,0], trans[:,1])

i = 0

for txt in texts:

plt.text(trans[i,0]+0.02, trans[i,1]-0.02, txt)

i += 1

plt.hlines(0, min(trans[:,0]), max(trans[:,0]),

linestyle='dashed', linewidth=1)

plt.vlines(0, min(trans[:,1]), max(trans[:,1]),

linestyle='dashed', linewidth=1)

plt.xlabel('PC1 ('+str(round(pc_ratio[0]*100,2))+'%)')

plt.ylabel('PC2 ('+str(round(pc_ratio[1]*100,2))+'%)')

plt.tight_layout()

plt.show()

特別企画ゼロから始めるEthereum（Vol.71記載）

投稿日：2021.03.25　｜　カテゴリー：　コード

著者　志茂博、高畑祐輔

「インターネット誕生以来の革命」と称されることもあるブロックチェーン。そのブロックチェーン技術を利用したものの中で、幅広い用途での活用が注目されている「Ethereum（イーサリアム）」という分散アプリケーション基盤について解説します。後半では、実際に自分専用のブロックチェーンを立ち上げて操作する方法を紹介します。Ethereumとブロックチェーンの世界を体験してみてください。

シェルスクリプトマガジン Vol.71は以下のリンク先でご購入できます。

図4　「genesis.json」ファイルに記述する内容

{
  "config": {
    "chainId": 15
  },
  "nonce": "0x0000000000000042",
  "timestamp": "0x0",
  "parentHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "extraData": "",
  "gasLimit": "0x8000000",
  "difficulty": "0x4000",
  "mixhash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "coinbase": "0x3333333333333333333333333333333333333333",
  "alloc": {}
}

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{

"config": {

"chainId": 15

},

"nonce": "0x0000000000000042",

"timestamp": "0x0",

"parentHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",

"extraData": "",

"gasLimit": "0x8000000",

"difficulty": "0x4000",

"mixhash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",

"coinbase": "0x3333333333333333333333333333333333333333",

"alloc": {}

}

香川大学SLPからお届け！（Vol.71掲載）

投稿日：2021.03.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：樋口史弥

COVID-19の流行により、香川大学でもサークル活動に制限がかかっています。そこで、ICカードと非接触ICカードリーダーを用いて、部室の入退室をモニタリングするシステムを作成しました。部室の利用状況をリアルタイムに確認できれば密を避ける目安になりますし、何かあったときのための記録としても有用です。

シェルスクリプトマガジン Vol.71は以下のリンク先でご購入できます。

図6　IDmを読み取って表示するPythonコード

import nfc
import binascii

def on_connect(tag):
  data={'idm': binascii.hexlify(tag.idm).decode('utf-8')}
  print(data)
  return True

def main():
  with nfc.ContactlessFrontend('usb:ベンダーID:プロダクトID') as clf:
    while clf.connect(rdwr={'targets': ['212F'],
                            'on-connect': on_connect}):
      pass

if __name__ == "__main__":
  main()

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import nfc

import binascii

def on_connect(tag):

data={'idm': binascii.hexlify(tag.idm).decode('utf-8')}

print(data)

return True

def main():

with nfc.ContactlessFrontend('usb:ベンダーID:プロダクトID') as clf:

while clf.connect(rdwr={'targets': ['212F'],

'on-connect': on_connect}):

pass

if __name__ == "__main__":

main()

図7　サーバーと連携させるために挿入するPythonコード

import json
from os import getenv
import urllib.request

def post_data(data):
  headers = { 'Content-Type': 'application/json', }
  req = urllib.request.Request(getenv('REQUEST_URI'),
                               data=json.dumps(data).encode('utf-8'),
                               headers=headers, method='POST')
  try:
    with urllib.request.urlopen(req) as res:
      if res.code == 200:
        result = json.loads(res.read().decode('utf-8'))['result']
        if result == 'in':
          print('IN')
        else:
          print('OUT')
  except urllib.error.HTTPError as err:
    print("err: ", err.read())

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import json

from os import getenv

import urllib.request

def post_data(data):

headers = { 'Content-Type': 'application/json', }

req = urllib.request.Request(getenv('REQUEST_URI'),

data=json.dumps(data).encode('utf-8'),

headers=headers, method='POST')

try:

with urllib.request.urlopen(req) as res:

if res.code == 200:

result = json.loads(res.read().decode('utf-8'))['result']

if result == 'in':

print('IN')

else:

print('OUT')

except urllib.error.HTTPError as err:

print("err: ", err.read())

図12　退出かどうかを調べるSQL 文

$sql = 'SELECT * '.
        'FROM log INNER JOIN user '.
        'ON log.user_id=user.id '.
        'WHERE exit_time IS NULL '.
        'AND enter_time >= DATE_SUB(CURRENT_TIMESTAMP, INTERVAL 1 DAY) '.
        'AND user.idm=? '.
        'ORDER BY log.enter_time DESC LIMIT 1';

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$sql = 'SELECT * '.

'FROM log INNER JOIN user '.

'ON log.user_id=user.id '.

'WHERE exit_time IS NULL '.

'AND enter_time >= DATE_SUB(CURRENT_TIMESTAMP, INTERVAL 1 DAY) '.

'AND user.idm=? '.

'ORDER BY log.enter_time DESC LIMIT 1';

図13　入室情報を表示するコード（index.js）により追加される情報の例

<div class="use_now">
  <div>
    <div class="time">2021-03-12 12:54:31</div>
    <div class="name">guest</div>
  </div>
  <div>
    <div class="time">2021-03-12 12:42:27</div>
    <div class="name">user1</div>
  </div>
</div>

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<div class="name">guest</div>

</div>

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</div>

図15　音を鳴らすために挿入するPythonコード

from gpiozero import TonalBuzzer
from gpiozero.tones import Tone
from time import sleep

def beep(hertz):
  bz = TonalBuzzer(4)
  bz.play(Tone(frequency=hertz))
  sleep(0.2)
  bz.stop()

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from gpiozero import TonalBuzzer

from gpiozero.tones import Tone

from time import sleep

def beep(hertz):

bz = TonalBuzzer(4)

bz.play(Tone(frequency=hertz))

sleep(0.2)

bz.stop()

特集3 ラズパイでQ&Aサイトを構築（Vol.71記載）

投稿日：2021.03.25　｜　カテゴリー：　コード

著者　麻生二郎

小型コンピュータボード「Raspberry Pi」（ラズパイ）の最大の特徴（Picoを除く）は、LinuxなどのOSが動作することです。そのOSとして「Ubuntu」という、パソコンやサーバー向けで人気の高いLinuxディストリビューションが利用できます。本特集では、ラズパイとUbuntuを組み合わせて、Stack Overflowに似たサービスを提供できるQ&Aサイトを構築します。

シェルスクリプトマガジン Vol.71は以下のリンク先でご購入できます。

図20　無線LANの設定

    wifis:
        wlan0:
            access-points:
                SSID:
                    password: パスワード
            dhcp4: true

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wifis:

wlan0:

access-points:

SSID:

password: パスワード

dhcp4: true

図27　固定IPアドレスを割り当てる

wifis:
  wlan0:
    dhcp4: false
    addresses: [192.168.10.100/24]
    gateway4: 192.168.10.1
    nameservers:
      addresses: [192.168.10.1]
    access-points:
            SSID:
              password: パスワード

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wifis:

wlan0:

dhcp4: false

addresses: [192.168.10.100/24]

gateway4: 192.168.10.1

nameservers:

addresses: [192.168.10.1]

access-points:

SSID:

password: パスワード

シェルスクリプトマガジンvol.71 Web掲載記事まとめ

投稿日：2021.03.25　｜　カテゴリー：　コード

004　レポート　Linuxシス管向け日本語講座
005　レポート　Windows 10用無償RPAツール
006　NEWS FLASH
008　特集1　はじめてのExcel VBA/松井元
018　特集2　1Rでも快適なテレワーク環境/北谷明日香
030　特集3　ラズパイ4でQ&Aサイトを構築する/麻生二郎　コード掲載
040　特別企画　ゼロから始めるEthereum/志茂博、高畑祐輔　コード掲載
051　Hello Nogyo!
052　Raspberry Piを100%活用しよう/米田聡
056　レッドハットのプロダクト/田中司恩
065　MySQLのチューニング/稲垣大助
064　Webhook/桑原滝弥、イケヤシロウ
074　香川大学SLPからお届け！/樋口史弥　コード掲載
080　法林浩之のFIGHTING TALKS/法林浩之
082　中小企業手作りIT化奮戦記/菅雄一
086　Pythonあれこれ/飯尾淳　コード掲載
092　Bash入門/大津真
098　Techパズル/gori.sh
100　コラム『ユニケージの作法は「生き方」に通じる』/シェル魔人

Vol.71

投稿日：2021.03.25　｜　カテゴリー：　バックナンバー

　社会人になって最も使っているソフトウエアといえば、「表計算ソフト」でしょう。その表計算ソフトの代表ともいえるのが「Micrsoft Excel」です。
　それでは、「Microsoft Excelが備える『マクロ』を利用したことはありますか」という質問には、多くの人がノー（NO）と答えるでしょう。マクロは、表の作成や計算に伴う手作業を自動化し、業務効率を大幅に向上できる大切な機能です。
　特集1では、Microsoft Excelのマクロを利用するためのプログラミング言語である「VBA」を紹介します。VBAを使い始めたい人向けの内容で、プログラミングスキルがない人でも理解しやすいように解説しています。
　特集2では、一人暮らしの人向けに、テレワーク時代におけるインテリアコーディネーションのポイントを解説しました。コロナ禍によって在宅勤務を強いられ、自宅でのテレワークが一般的になっています。ただ、ワンルームや1Kといった1部屋の空間では、仕事とプライベートを分けることが難しく、「仕事がぜんぜん進まない」「休憩がまったく取れない」のような状況に陥ることが多いでしょう。インテリアの観点からそのような状況に陥らない工夫を紹介しています。
　特集3では、小型コンピュータボード「Raspberry Pi」（ラズパイ）と、人気のLinuxディストリビューション「Ubuntu」を組み合わせて、実用性の高いサーバーを構築する方法を紹介しました。Stack Overflowライクな「Q&Aサイト」が簡単に立ち上げられるので、ぜひ試してみてください。
　特別企画は、グロックチェーンの「Ethereum」（イーサリアム）を解説しました。ビットコインのような仮想通貨だけではなく、企業間取引の中核システムにも活用できるEthereumなので、ぜひこの機会にEthereumを学んでみましょう。
　このほかに、2本の連載が始まりました。一つは、プログラミング言語「Python」をさまざまなことを利用する「Pythonあれこれ」、もう一つは、Linuxの標準シェル「Bash」の入門です。今回も読み応え十分のシェルスクリプトマガジン Vol.71。お見逃しなく!

※記事掲載のコードはこちら。記事の補足情報はこちら

※読者アンケートはこちら

Vol.71 補足情報

投稿日：2021.03.25　｜　カテゴリー：　コード

レポート

　p.4で紹介した20%割引クーポンは、Linux30周年に伴って30%割引に変更されました。

連載　Red Hatのプロダクト

　p.62の右上にある『を実行して「oc」コマンドを入手します』は、『を実行して「oc」コマンドのパスを確認します』の誤りです。お詫びして訂正いたします。

情報は随時更新致します。

Webアプリケーションの正しい作り方（Vol.70記載）

投稿日：2021.01.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：しょっさん

ソフトウエアを正しく作るために、エンジニアたちはどんなことを知らなければならないでしょうか。実際のコードを使って、より良くしていくためのステップを考えてみましょう。最終回は、本番環境として恥ずかしくないシステムをリリースする方法を解説します。

シェルスクリプトマガジン Vol.70は以下のリンク先でご購入できます。

図3　最終的に実装された各レイヤーのソースコード

■「src/api/expense.ts」の経費精算部分

import { Request, Response, NextFunction } from "express";
import Express from "express";
import { ExpenseModel } from "./interfaces/expenseModel";
import { ExpenseController } from "./interfaces/expenseController";

const router = Express.Router();

// DBモデルおよびコントローラのインスタンス化
const expense_model = new ExpenseModel();
const expense_controller = new ExpenseController(expense_model);
// コントローラへ、DBモデルのインスタンスを引き継いでいます

// POST 経費の入力
router.post("/", async (req: Request, res: Response, next: NextFunction) => {
  const result = await expense_controller.submitExpense(req.body!);
  res.send(result);
});
（略）
export default router;

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import { Request, Response, NextFunction } from "express";

import Express from "express";

import { ExpenseModel } from "./interfaces/expenseModel";

import { ExpenseController } from "./interfaces/expenseController";

const router = Express.Router();

// DBモデルおよびコントローラのインスタンス化

const expense_model = new ExpenseModel();

const expense_controller = new ExpenseController(expense_model);

// コントローラへ、DBモデルのインスタンスを引き継いでいます

// POST 経費の入力

router.post("/", async (req: Request, res: Response, next: NextFunction) => {

const result = await expense_controller.submitExpense(req.body!);

res.send(result);

});

（略）

export default router;

■「src/interfaces/expenseController.ts」の経費精算部分

import { SubmitExpense } from "../usecases/SubmitExpense";
import { IExpenseValue } from "../domains/expenseEntity";
import { ExpenseRepository } from "../adapters/ExpenseRepository";
import { IExpenseModel } from "./IExpenceModel";

export class ExpenseController {
  private expenseRepository: ExpenseRepository;

// DBモデルのインスタンスを基にリポジトリをインスタンス化
  constructor(model: IExpenseModel) {
    this.expenseRepository = new ExpenseRepository(model);
  }

  async submitExpense(
    expense: IExpenseValue
  ): Promise<IExpenseValue> {

    try {
	// リポジトリのインスタンスをユースケースへ引き継いでユースケースを実行
      const usecase = new SubmitExpense(this.expenseRepository);
      const result = await usecase.execute(expense);
      return result.read();
    } catch (error) {
      throw new Error(error);
    }
  }
（略）
}

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import { SubmitExpense } from "../usecases/SubmitExpense";

import { IExpenseValue } from "../domains/expenseEntity";

import { ExpenseRepository } from "../adapters/ExpenseRepository";

import { IExpenseModel } from "./IExpenceModel";

export class ExpenseController {

private expenseRepository: ExpenseRepository;

// DBモデルのインスタンスを基にリポジトリをインスタンス化

constructor(model: IExpenseModel) {

this.expenseRepository = new ExpenseRepository(model);

}

async submitExpense(

expense: IExpenseValue

): Promise<IExpenseValue> {

try {

// リポジトリのインスタンスをユースケースへ引き継いでユースケースを実行

const usecase = new SubmitExpense(this.expenseRepository);

const result = await usecase.execute(expense);

return result.read();

} catch (error) {

throw new Error(error);

}

（略）

}

■「src/adapters/ExpenseRepository.ts」の経費精算部分

import { ExpenseEntity } from "../domains/expenseEntity";
import { IExpenseRepository } from "./IExpenseRepository";
import { IExpenseModel } from "../interfaces/IExpenceModel";

export class ExpenseRepository implements IExpenseRepository {
  private expense_model: IExpenseModel;

	// コントローラから引き継いだDBモデルのインスタンスをここで保持
  constructor(model: IExpenseModel) {
    this.expense_model = model;
  }

  store(expense: ExpenseEntity): Promise<ExpenseEntity> {
	// 特にフォーマットなど変更を今回はしていないので、そのまま保管メソッドをコール
    return this.expense_model.store(expense);
  }
}

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import { ExpenseEntity } from "../domains/expenseEntity";

import { IExpenseRepository } from "./IExpenseRepository";

import { IExpenseModel } from "../interfaces/IExpenceModel";

export class ExpenseRepository implements IExpenseRepository {

private expense_model: IExpenseModel;

// コントローラから引き継いだDBモデルのインスタンスをここで保持

constructor(model: IExpenseModel) {

this.expense_model = model;

}

store(expense: ExpenseEntity): Promise<ExpenseEntity> {

// 特にフォーマットなど変更を今回はしていないので、そのまま保管メソッドをコール

return this.expense_model.store(expense);

}

図5　アクセス認可を制御する方法

■ロールによって実行するモデル操作を変更する

export class ExpenseModel implements IExpenseModel {
    private _userModel: IUserModel

  constructor(user: IUser) {
    this._userModel = user;
  }
（略）
  findUnapproval(boss_id: number): Promise<ExpenseEntity[]> {
	if (this._userModel.role.find(role => role === 'APPROVER') {
        return Expense.findAll({
          where: Sequelize.literal(
            `approval = ${approval_status.unapproved}`
          ),
（略）
      } else {
        return Expense.findAll({
          where: Sequelize.literal(
            `approval = ${approval_status.unapproved} and user_id IN (SELECT id FROM users WHERE boss_id = '${boss_id}')`
          ),
（略）
      }
    }

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export class ExpenseModel implements IExpenseModel {

private _userModel: IUserModel

constructor(user: IUser) {

this._userModel = user;

}

（略）

findUnapproval(boss_id: number): Promise<ExpenseEntity[]> {

if (this._userModel.role.find(role => role === 'APPROVER') {

return Expense.findAll({

where: Sequelize.literal(

`approval = ${approval_status.unapproved}`

),

（略）

} else {

return Expense.findAll({

where: Sequelize.literal(

`approval = ${approval_status.unapproved} and user_id IN (SELECT id FROM users WHERE boss_id = '${boss_id}')`

),

（略）

}

■経費精算テーブルにアクセス認可用の「role」カラムを追加してアクセス認可させる

export class ExpenseModel implements IExpenseModel {
    private _userModel: IUserModel

  constructor(user: IUser) {
    this._userModel = user;
  }
（略）
  findUnapproval(boss_id: number): Promise<ExpenseEntity[]> {
      return Expense.findAll({
        where: {
          approval: ${approval_status.unapproved}
          role: ${this._userModel.role}
        }
（略）
      }
    }

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export class ExpenseModel implements IExpenseModel {

private _userModel: IUserModel

constructor(user: IUser) {

this._userModel = user;

}

（略）

findUnapproval(boss_id: number): Promise<ExpenseEntity[]> {

return Expense.findAll({

where: {

approval: ${approval_status.unapproved}

role: ${this._userModel.role}

}

（略）

}

シェルスクリプトの書き方入門（Vol.70記載）

投稿日：2021.01.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：大津真

本連載ではシェルスクリプトの書き方をやさしく紹介します。対象とするシェルは、多くのLinuxディストリビューションが標準シェルとして採用する「Bash」です。最終回となる今回は、関数について解説します。

シェルスクリプトマガジン Vol.70は以下のリンク先でご購入できます。

図1　シェルスクリプト「hello1.sh」の内容

#!/bin/bash
function hello() {
    echo "Hello Function"
}

hello
hello
hello

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#!/bin/bash

function hello() {

echo "Hello Function"

}

hello

図2　シェルスクリプト「param_test1.sh」の内容

#!/bin/bash
function param_test() {
    echo "\$0: $0"
    echo "\$1: $1"
    echo "\$2: $2"
    echo "\$3: $3"
    echo "\$4: $4"    
    echo "\$#: $#"
    echo "\$@: $@"
}

param_test 春 夏 秋 冬

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#!/bin/bash

function param_test() {

echo "\$0: $0"

echo "\$1: $1"

echo "\$2: $2"

echo "\$3: $3"

echo "\$4: $4"

echo "\$#: $#"

echo "\$@: $@"

}

param_test 春夏秋冬

図3　シェルスクリプト「scope1.sh」の内容

#!/bin/bash
function scope_test() {
    g1="グローバル"
    local l1="ローカル"
}

scope_test
echo "g1: $g1"
echo "l1: $l1"

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#!/bin/bash

function scope_test() {

g1="グローバル"

local l1="ローカル"

}

scope_test

echo "g1: $g1"

echo "l1: $l1"

図4　シェルスクリプト「file_test1.sh」の内容

#!/bin/bash
function check_file() {
    if [[ -f $1 ]]; then
        echo "ファイルが存在します"
        return 0
    else
        echo "$1が見つかりません"
        return 1
    fi
}

if [[ $# -eq 0 ]]; then
    echo "引数でファイルを指定してください"
    exit 1
fi

check_file $1
echo "終了ステータス: $?"

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#!/bin/bash

function check_file() {

if [[ -f $1 ]]; then

echo "ファイルが存在します"

return 0

else

echo "$1が見つかりません"

return 1

fi

}

if [[ $# -eq 0 ]]; then

echo "引数でファイルを指定してください"

exit 1

fi

check_file $1

echo "終了ステータス: $?"

図5　ライブラリファイル「my_lib.sh」の内容

function check_file() {
    if [[ -f $1 ]]; then
        echo "ファイルが存在します"
        return 0
    else
        echo "$1が見つかりません"
        return 1
    fi
}

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function check_file() {

if [[ -f $1 ]]; then

echo "ファイルが存在します"

return 0

else

echo "$1が見つかりません"

return 1

fi

}

図6　シェルスクリプト「file_test2.sh」の内容

#!/bin/bash
source ./my_lib.sh

if [[ $# -eq 0 ]]; then
    echo "引数でファイルを指定してください"
    exit 1
fi

check_file $1
echo "終了ステータス: $?"

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#!/bin/bash

source ./my_lib.sh

if [[ $# -eq 0 ]]; then

echo "引数でファイルを指定してください"

exit 1

fi

check_file $1

echo "終了ステータス: $?"

図7　シェルスクリプト「sum_test1.sh」の内容

#!/bin/bash
function calc_sum() {
    sum=0
    for n in $(seq $1)
    do
        sum=$(expr $sum + $n)
    done
    echo $sum
}
# 引数があるかどうかのチェック
if [[ $# -eq 0 ]]; then
    echo "引数を指定してください"
    exit 1
fi
# 引数が整数値であることを調べる
expr $1 + 1 &> /dev/null
if [[ $? -ge 2 ]]
then
    echo "整数値を指定してください"
    exit $?
fi    
# calc_sum関数を呼び出す
echo "1から$1までの総和: $(calc_sum $1)"

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#!/bin/bash

function calc_sum() {

sum=0

for n in $(seq $1)

do

sum=$(expr $sum + $n)

done

echo $sum

}

# 引数があるかどうかのチェック

if [[ $# -eq 0 ]]; then

echo "引数を指定してください"

exit 1

fi

# 引数が整数値であることを調べる

expr $1 + 1 &> /dev/null

if [[ $? -ge 2 ]]

then

echo "整数値を指定してください"

exit $?

fi

# calc_sum関数を呼び出す

echo "1から$1までの総和: $(calc_sum $1)"

図8　シェルスクリプト「test1.sh」の内容

#!/bin/bash
num=10
sum=0
for n in $(seq $num)
do
    sum=$(expr $sum + $n)
done
echo "総和: $sum"

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#!/bin/bash

num=10

sum=0

for n in $(seq $num)

do

sum=$(expr $sum + $n)

done

echo "総和: $sum"

香川大学SLPからお届け！（Vol.70掲載）

投稿日：2021.01.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：高嶋真輝

　今回は、本物に限りなく近いデータを生成できる「敵対的生成ネットワーク」（Generative Adversarial Networks）という機械学習の技術と、「Fashion-MNIST」という服飾画像のデータセットを用いて、靴の画像生成に挑戦します。

シェルスクリプトマガジン Vol.70は以下のリンク先でご購入できます。

図3　各種ライブラリをインポートするためのコード

%matplotlib inline 
import tensorflow as tf 
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from tensorflow.keras.datasets import fashion_mnist
from tensorflow.keras import Sequential
from tensorflow.keras.layers import Dense, Flatten, Reshape, LeakyReLU
from tensorflow.keras.optimizers import Adam
from google.colab import drive

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%matplotlib inline

import tensorflow as tf

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

from tensorflow.keras.datasets import fashion_mnist

from tensorflow.keras import Sequential

from tensorflow.keras.layers import Dense, Flatten, Reshape, LeakyReLU

from tensorflow.keras.optimizers import Adam

from google.colab import drive

図4　モデルの入力次元を設定するためのコード

img_rows = 28 #画像の横軸
img_cols = 28 #画像の縦軸
channels = 1  #画像のチャンネル数（モノクロは「1」、カラーは「3」）
img_shape = (img_rows, img_cols, channels)
z_dim = 100   #ノイズベクトルの次元数

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img_rows = 28 #画像の横軸

img_cols = 28 #画像の縦軸

channels = 1 #画像のチャンネル数（モノクロは「1」、カラーは「3」）

img_shape = (img_rows, img_cols, channels)

z_dim = 100 #ノイズベクトルの次元数

図5　生成器のモデルを構築する関数を定義するためのコード

# 生成器モデル構築(画像形状情報:tuple, 入力ノイズベクトル次元数:int)
def generatorBuilder(img_shape, z_dim):
  model = Sequential()
  # 全結合層(ノード数:int, 入力の形状(第1層のときのみ):z_dim(int))
  model.add(Dense(128, input_dim=z_dim))
  # LeakyReLUによる活性化(alpha=負の場合の傾き:double)
  model.add(LeakyReLU(alpha = 0.2))
  # 出力層(全結合層)と活性化(ノード数:int, activation = :活性化関数(string))
  model.add(Dense(28*28*1, activation="tanh"))    
  # 整形(整形後の形状:img_shape(tuple))
  model.add(Reshape(img_shape))
  return model

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# 生成器モデル構築(画像形状情報:tuple, 入力ノイズベクトル次元数:int)

def generatorBuilder(img_shape, z_dim):

model = Sequential()

# 全結合層(ノード数:int, 入力の形状(第1層のときのみ):z_dim(int))

model.add(Dense(128, input_dim=z_dim))

# LeakyReLUによる活性化(alpha=負の場合の傾き:double)

model.add(LeakyReLU(alpha = 0.2))

# 出力層(全結合層)と活性化(ノード数:int, activation = :活性化関数(string))

model.add(Dense(28*28*1, activation="tanh"))

# 整形(整形後の形状:img_shape(tuple))

model.add(Reshape(img_shape))

return model

図9　生成器のモデルを構築する関数を定義するためのコード

# 識別器モデル構築(画像形状情報:tuple(rows:int,cols:int,channels:int)
def discliminatorBuilder(img_shape):
  model = Sequential()
  # データを並べる(第1層なので入力の形状:img_shape(tuple))
  model.add(Flatten(input_shape=img_shape))  
  # 全結合層(ノード数:int)
  model.add(Dense(128))  
  # LeakyReLUによる活性化(alpha= : double)
  model.add(LeakyReLU(alpha = 0.01))
  #出力層と活性化(ノード数:int, activation = :活性化関数(string))
  model.add(Dense(1, activation="sigmoid"))  
  return model

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# 識別器モデル構築(画像形状情報:tuple(rows:int,cols:int,channels:int)

def discliminatorBuilder(img_shape):

model = Sequential()

# データを並べる(第1層なので入力の形状:img_shape(tuple))

model.add(Flatten(input_shape=img_shape))

# 全結合層(ノード数:int)

model.add(Dense(128))

# LeakyReLUによる活性化(alpha= : double)

model.add(LeakyReLU(alpha = 0.01))

#出力層と活性化(ノード数:int, activation = :活性化関数(string))

model.add(Dense(1, activation="sigmoid"))

return model

図11　GANのシステムモデルを構築する関数を定義するためのコード

# GANモデル構築関数
def ganBuilder(generator, discriminator):
  model = Sequential()
  model.add(generator)
  model.add(discriminator)
  return model

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# GANモデル構築関数

def ganBuilder(generator, discriminator):

model = Sequential()

model.add(generator)

model.add(discriminator)

return model

図12　学習モデルをコンパイルするためのコード

# 識別器モデル作成(入力形状:img_shape(tuple))
discriminator = discliminatorBuilder(img_shape)  
# 識別器コンパイル
# (loss = :損失関数, optimizer = :最適化手法, metrics = :評価関数)
discriminator.compile(loss = "binary_crossentropy",
                      optimizer=Adam(),
                      metrics=['accuracy'])
# 生成器モデル作成(出力形状:img_shape(tuple), 入力形状:z_dim(int))
generator = generatorBuilder(img_shape, z_dim)
discriminator.trainable = False # 識別器モデルの学習停止
# GANモデル作成(生成器モデル:generator, 識別器モデル:discriminator)
gan = ganBuilder(generator, discriminator)
# GANコンパイル:(loss = :損失関数, optimizer = :最適化手法)
gan.compile(loss = "binary_crossentropy",
            optimizer = Adam())

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# 識別器モデル作成(入力形状:img_shape(tuple))

discriminator = discliminatorBuilder(img_shape)

# 識別器コンパイル

# (loss = :損失関数, optimizer = :最適化手法, metrics = :評価関数)

discriminator.compile(loss = "binary_crossentropy",

optimizer=Adam(),

metrics=['accuracy'])

# 生成器モデル作成(出力形状:img_shape(tuple), 入力形状:z_dim(int))

generator = generatorBuilder(img_shape, z_dim)

discriminator.trainable = False # 識別器モデルの学習停止

# GANモデル作成(生成器モデル:generator, 識別器モデル:discriminator)

gan = ganBuilder(generator, discriminator)

# GANコンパイル:(loss = :損失関数, optimizer = :最適化手法)

gan.compile(loss = "binary_crossentropy",

optimizer = Adam())

図13　損失などのデータを格納する変数を定義するためのコード

losses = []
accuracies = []
iteration_checkpoints = []

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losses = []

accuracies = []

iteration_checkpoints = []

図14　学習用データを準備するためのコード

# 訓練用データの抽出
(trainData, trainLabel), (_, _) = fashion_mnist.load_data()
trainData = trainData / 127.5 - 1.0
trainData = np.expand_dims(trainData, axis=3)
# 真画像ラベル作成
batch_size = 128
real = np.ones((batch_size, 1))
# 偽画像ラベル作成
fake = np.zeros((batch_size, 1))
# 靴のデータの抜き出し
# trainLabelは、5がサンダル、7がスニーカ、9がブーツ
trainData = trainData.tolist()
trainShoes = []
for i in range(len(trainLabel)):
  if trainLabel[i] in [5,7,9]:
    trainShoes.append(trainData[i])

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# 訓練用データの抽出

(trainData, trainLabel), (_, _) = fashion_mnist.load_data()

trainData = trainData / 127.5 - 1.0

trainData = np.expand_dims(trainData, axis=3)

# 真画像ラベル作成

batch_size = 128

real = np.ones((batch_size, 1))

# 偽画像ラベル作成

fake = np.zeros((batch_size, 1))

# 靴のデータの抜き出し

# trainLabelは、5がサンダル、7がスニーカ、9がブーツ

trainData = trainData.tolist()

trainShoes = []

for i in range(len(trainLabel)):

if trainLabel[i] in [5,7,9]:

trainShoes.append(trainData[i])

図15　学習処理用の関数を定義するコード

def train(iterations, batch_size, sample_interval):
  for iteration in range(iterations):
    # 真画像群の作成
    idx = np.random.randint(0, len(trainShoes), batch_size)
    imgs = [trainShoes[i] for i in idx]
    imgs = np.asarray(imgs)
    # 生成画像群の作成
    # ランダムノイズ作成(正規分布の平均値:float, 標準偏差:float, 形状:tuple)
    z = np.random.normal(0,1,(batch_size, z_dim))
    # 生成画像の取得
    gen_imgs = generator.predict(z)
    # 識別器訓練:真偽のそれぞれで実施
    d_loss_real = discriminator.train_on_batch(imgs, real)
    d_loss_fake = discriminator.train_on_batch(gen_imgs, fake)
    # 損失と正確さを計算(2損失の合算を半分にする)
    d_loss, accuracy = 0.5 * np.add(d_loss_real, d_loss_fake)
    ## 生成画像群の作成(GAN学習用)
    z = np.random.normal(0,1,(batch_size, z_dim))
    g_loss = gan.train_on_batch(z, real)
    if (iteration + 1) % sample_interval == 0:
      # 記録と出力
      losses.append((d_loss, g_loss))
      accuracies.append(100.0 * accuracy)
      iteration_checkpoints.append(iteration + 1)
      print("%d [D loss: %f, acc: %.2f%%][G loss: %f]" %
            (iteration + 1, d_loss, 100.0*accuracy, g_loss))
      ## 学習済みgeneratorを渡す(iteration+1は保存に使う)
      showSample(generator, iteration+1)

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def train(iterations, batch_size, sample_interval):

for iteration in range(iterations):

# 真画像群の作成

idx = np.random.randint(0, len(trainShoes), batch_size)

imgs = [trainShoes[i] for i in idx]

imgs = np.asarray(imgs)

# 生成画像群の作成

# ランダムノイズ作成(正規分布の平均値:float, 標準偏差:float, 形状:tuple)

z = np.random.normal(0,1,(batch_size, z_dim))

# 生成画像の取得

gen_imgs = generator.predict(z)

# 識別器訓練:真偽のそれぞれで実施

d_loss_real = discriminator.train_on_batch(imgs, real)

d_loss_fake = discriminator.train_on_batch(gen_imgs, fake)

# 損失と正確さを計算(2損失の合算を半分にする)

d_loss, accuracy = 0.5 * np.add(d_loss_real, d_loss_fake)

## 生成画像群の作成(GAN学習用)

z = np.random.normal(0,1,(batch_size, z_dim))

g_loss = gan.train_on_batch(z, real)

if (iteration + 1) % sample_interval == 0:

# 記録と出力

losses.append((d_loss, g_loss))

accuracies.append(100.0 * accuracy)

iteration_checkpoints.append(iteration + 1)

print("%d [D loss: %f, acc: %.2f%%][G loss: %f]" %

(iteration + 1, d_loss, 100.0*accuracy, g_loss))

## 学習済みgeneratorを渡す(iteration+1は保存に使う)

showSample(generator, iteration+1)

図16　画像の表示と保存をする関数を定義するコード

# 画像生成と表示
# (学習済みgenerator:TensorFlowSequential, 画像表示用の行, 列:int)
def showSample(generator, iteration, img_grid_rows=4, img_grid_cols=4):
  z = np.random.normal(0, 1, (img_grid_rows*img_grid_cols, z_dim))
  gen_imgs = generator.predict(z)  # 画像生成
  gen_imgs = 0.5 * gen_imgs + 0.5  # 画素値を[0, 1]でスケーリング
  #画像の表示領域の確保(画像表示の行, 列, 画像サイズ, 表示画像の行と列を共有)
  fig,axs = plt.subplots(img_grid_rows,
                         img_grid_cols,
                         figsize=(4,4),
                         sharey=True,
                         sharex=True)
  cnt = 0
  #画像の表示
  for i in range(img_grid_rows):
    for j in range(img_grid_cols):
      axs[i, j].imshow(gen_imgs[cnt, :, :, 0], cmap='gray')
      axs[i,j].axis('off')
      cnt += 1
  # 現在のfigをGoogleドライブのMy Driveに保存
  fig.savefig('./gdrive/My Drive/'+str(iteration)+'FMShoesfig.png')

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# 画像生成と表示

# (学習済みgenerator:TensorFlowSequential, 画像表示用の行, 列:int)

def showSample(generator, iteration, img_grid_rows=4, img_grid_cols=4):

z = np.random.normal(0, 1, (img_grid_rows*img_grid_cols, z_dim))

gen_imgs = generator.predict(z) # 画像生成

gen_imgs = 0.5 * gen_imgs + 0.5 # 画素値を[0, 1]でスケーリング

#画像の表示領域の確保(画像表示の行, 列, 画像サイズ, 表示画像の行と列を共有)

fig,axs = plt.subplots(img_grid_rows,

img_grid_cols,

figsize=(4,4),

sharey=True,

sharex=True)

cnt = 0

#画像の表示

for i in range(img_grid_rows):

for j in range(img_grid_cols):

axs[i, j].imshow(gen_imgs[cnt, :, :, 0], cmap='gray')

axs[i,j].axis('off')

cnt += 1

# 現在のfigをGoogleドライブのMy Driveに保存

fig.savefig('./gdrive/My Drive/'+str(iteration)+'FMShoesfig.png')

バーティカルバーの極意（Vol.70掲載）

投稿日：2021.01.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：飯尾淳

コロナ禍の影響を受けて、2020年度は大学の講義の多くがオンライン講義になりました。対面での講義に比べると、情報伝達の面でオンライン講義はかなり不利です。また、受講状況がどうだったかについても気になります。最終回となる今回は、久しぶりに棒グラフが登場します。棒グラフで、講義コンテンツがいつ視聴されたのかを可視化します。

シェルスクリプトマガジン Vol.70は以下のリンク先でご購入できます。

図4　未読率を計算するRubyスクリプト「midoku.rb」

#!/usr/bin/env ruby
#
# for n in `seq -w 1 13`;do 
#   ./midoku.rb Rawdata/rawdata_$n.csv $n;
# done

m1 = m2 = m3 = 0

File.open(ARGV[0], "r") {|f|
  f.each_line {|line|
    a = line.chomp.split(',')
    m1 += a.count('未読')
    m2 += a.count('閲覧済')
    m3 += a.count('更新後未読')
  }
}
printf "%s,%d,%d,%d,%04.1f\n",
  ARGV[1],m1,m2,m3,m1.to_f*100/(m1+m2+m3).to_f

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#!/usr/bin/env ruby

#

# for n in `seq -w 1 13`;do

# ./midoku.rb Rawdata/rawdata_$n.csv $n;

# done

m1 = m2 = m3 = 0

File.open(ARGV[0], "r") {|f|

f.each_line {|line|

a = line.chomp.split(',')

m1 += a.count('未読')

m2 += a.count('閲覧済')

m3 += a.count('更新後未読')

}

printf "%s,%d,%d,%d,%04.1f\n",

ARGV[1],m1,m2,m3,m1.to_f*100/(m1+m2+m3).to_f

図7　視聴率の総計を計算するRubyスクリプト「hours.rb」

#!/usr/bin/env ruby
#
# cat Rawdata/* > all.csv
# ./hours.rb all.csv | sort | uniq -c | \
# sort -n -k 2 | awk '{printf("%d,%d\n", $2,$1)}' > hours.csv

number = "(\\d+)"
m1 = m2 = m3 = 0

File.open(ARGV[0], "r") {|f|
  f.each_line {|line|
    a = line.chomp.split(',')
    a.map!{|x| /#{number}:#{number}:#{number}/.match(x).to_a[1] }
    a -= [nil]
    a.map{|x| print x, "\n" }
  }
}

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#!/usr/bin/env ruby

#

# cat Rawdata/* > all.csv

# ./hours.rb all.csv | sort | uniq -c | \

# sort -n -k 2 | awk '{printf("%d,%d\n", $2,$1)}' > hours.csv

number = "(\\d+)"

m1 = m2 = m3 = 0

File.open(ARGV[0], "r") {|f|

f.each_line {|line|

a = line.chomp.split(',')

a.map!{|x| /#{number}:#{number}:#{number}/.match(x).to_a[1] }

a -= [nil]

a.map{|x| print x, "\n" }

}

レッドハットのプロダクト（Vol.70記載）

投稿日：2021.01.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：森和哉

近年、ビジネスのさまざまな分野において、業務の熟練者の高齢化と、後継者不足が深刻化しています。中でも、「計画策定」業務は、豊富な経験や特殊なスキルが必要とされることから、特に属人化が進行しています。「Red Hat Business Optimizer」は、そのような企業の計画策定業務を標準化し、より効率的な計画の立案を可能にします。

シェルスクリプトマガジン Vol.70は以下のリンク先でご購入できます。

図8　制約条件「すべてのシフトに従業員が割り当てられていること」のコード

■employeeRosteringScoreRules.drl

（略）
rule "Assign every shift"
    when
        Shift(employee == null)
    then
        scoreHolder.penalize(kcontext);
end
（略）

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（略）

rule "Assign every shift"

when

Shift(employee == null)

then

scoreHolder.penalize(kcontext);

end

（略）

■RosterConstraintConfiguration.java

（略）
public static final String CONSTRAINT_ASSIGN_EVERY_SHIFT = "Assign every shift";
（略）
@ConstraintWeight(CONSTRAINT_ASSIGN_EVERY_SHIFT)
private HardMediumSoftLongScore assignEveryShift = HardMediumSoftLongScore.ofMedium(1);
（略）

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（略）

public static final String CONSTRAINT_ASSIGN_EVERY_SHIFT = "Assign every shift";

（略）

@ConstraintWeight(CONSTRAINT_ASSIGN_EVERY_SHIFT)

private HardMediumSoftLongScore assignEveryShift = HardMediumSoftLongScore.ofMedium(1);

（略）

図9　制約条件「従業員が勤務を希望している時間帯へのシフトの割り当て」のコード

■employeeRosteringScoreRules.drl

（略）
rule "Desired time slot for an employee"
    when
        $availability: EmployeeAvailability(
                state == EmployeeAvailabilityState.DESIRED,
                $e : employee,
                $startDateTime : startDateTime,
                $endDateTime : endDateTime)　
        Shift(employee == $e,
                $startDateTime < endDateTime,　
                $endDateTime > startDateTime)　
    then
        scoreHolder.reward(kcontext, $availability.getDuration().toMinutes());
end
（略）

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（略）

rule "Desired time slot for an employee"

when

$availability: EmployeeAvailability(

state == EmployeeAvailabilityState.DESIRED,

$e : employee,

$startDateTime : startDateTime,

$endDateTime : endDateTime)　

Shift(employee == $e,

$startDateTime < endDateTime,　

$endDateTime > startDateTime)　

then

scoreHolder.reward(kcontext, $availability.getDuration().toMinutes());

end

（略）

■RosterConstraintConfiguration.java

（略）
public static final String CONSTRAINT_DESIRED_TIME_SLOT_FOR_AN_EMPLOYEE = "Desired time slot for an employee";
（略）
@ConstraintWeight(CONSTRAINT_DESIRED_TIME_SLOT_FOR_AN_EMPLOYEE)
    private HardMediumSoftLongScore desiredTimeSlot = HardMediumSoftLongScore.ofSoft(10);
（略）

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（略）

public static final String CONSTRAINT_DESIRED_TIME_SLOT_FOR_AN_EMPLOYEE = "Desired time slot for an employee";

（略）

@ConstraintWeight(CONSTRAINT_DESIRED_TIME_SLOT_FOR_AN_EMPLOYEE)

private HardMediumSoftLongScore desiredTimeSlot = HardMediumSoftLongScore.ofSoft(10);

（略）

Raspberry Piを100%活用しよう（Vol.70掲載）

投稿日：2021.01.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：米田聡

小型コンピュータボード「Raspberry Pi」（ラズパイ）向けにさまざまな拡張ボードが発売されています。その拡張ボードとラズパイを組み合わせれば、ラズパイでいろいろなことが簡単に試せます。第3回は、電源断でもラズパイを正常終了するための拡張基板を扱います。

シェルスクリプトマガジン Vol.70は以下のリンク先でご購入できます。

図3　ADRSZUPコマンドのソースコード（ADRSZUP.c）

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <poll.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <linux/reboot.h>

#define TRUE    1
#define FALSE   0

/* エラーメッセージ */
void error(char *s)
{
    fputs(s, stderr);
}

/* GPIO初期化 */
int initGpio(unsigned int gpio)
{
    char buf[256];
    int i, fd;

    // export
    fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY);
    if( fd < 0 ) {
        error("/sys/class/gpio/export cant be opened \n");
        return FALSE;
    }
    sprintf(buf,"%d",gpio);
    write(fd, buf, strlen(buf));
    close(fd);

    // direction
    sprintf(buf, "/sys/class/gpio/gpio%d/direction", gpio);
    for( i=0; i < 10000; i++) {
        fd = open(buf,O_WRONLY );
        if(fd >= 0) break;
    }
    if(fd < 0) {
        error("Direction cant opened\n");
        return FALSE;
    }
    sprintf(buf,"in");
    write(fd, buf, strlen(buf));
    close(fd);
    
    // High -> Low falling edge
    sprintf(buf, "/sys/class/gpio/gpio%d/edge", gpio);
    for( i=0; i < 10000; i++) {
        fd = open(buf,O_WRONLY );
        if(fd >= 0) break;
    }
    if( fd < 0 ) {
        error("Edge cant opended\n");
        return FALSE;
    }
    sprintf(buf, "falling");
    write(fd, buf, strlen(buf));
    close(fd);

    return TRUE;
}

/* GPIO開放 */
int deinitGpio(unsigned int gpio)
{
    char buf[256];
    int fd;

    sprintf(buf, "%d", gpio);
    fd = open("/sys/class/gpio/unexport", O_WRONLY);
    if(fd < 0 ){
        error("GPIO cant opened");
        return FALSE;
    }
    write(fd, buf, strlen(buf));
    close(fd);

    return TRUE;
}

/* シャットダウン */
int shutdown(void)
{
    sync();
    sync();
    return reboot(LINUX_REBOOT_CMD_POWER_OFF);
}

#define PWDN_GPIO  6    // 電源断通知GPIO番号

int main(int argc, char *argv[])
{
    int retval = 0;
    int fd;
    char buf[256];
    char c;

    if(! initGpio(PWDN_GPIO) ) {
        error("GPIO cant be initialized\n");
        return 0;
    }

    // GPIOオープン
    sprintf(buf,"/sys/class/gpio/gpio%d/value", PWDN_GPIO );
    fd = open(buf, O_RDONLY);
    if(fd < 0) {
        error("Value cant opened");
        return 0;
    }
    // 空読み
    read(fd, &c, 1);
    while(1) {
        struct pollfd pfd;
        pfd.fd = fd;
        pfd.events = POLLPRI;
        pfd.revents = 0;
        // GPIO fallingイベント待ち
        lseek(fd, 0, SEEK_SET);
        int r = poll(&pfd, 1, -1);
        fputs("Power down detected\nWait for 5 seconds\n", stdout);
        // 5秒待つ
        sleep(5);
        read(fd, &c, 1);
        if( c == '0' ) {
            close(fd);
            deinitGpio(PWDN_GPIO);
            fputs("Shutdown now\n",stdout);
            retval = shutdown();
            break;
        }
    }
    return retval;
}

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#include <stdio.h>

#include <fcntl.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <poll.h>

#include <string.h>

#include <time.h>

#include <linux/reboot.h>

#define TRUE 1

#define FALSE 0

/* エラーメッセージ */

void error(char *s)

{

fputs(s, stderr);

}

/* GPIO初期化 */

int initGpio(unsigned int gpio)

{

char buf[256];

int i, fd;

// export

fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY);

if( fd < 0 ) {

error("/sys/class/gpio/export cant be opened \n");

return FALSE;

}

sprintf(buf,"%d",gpio);

write(fd, buf, strlen(buf));

close(fd);

// direction

sprintf(buf, "/sys/class/gpio/gpio%d/direction", gpio);

for( i=0; i < 10000; i++) {

fd = open(buf,O_WRONLY );

if(fd >= 0) break;

}

if(fd < 0) {

error("Direction cant opened\n");

return FALSE;

}

sprintf(buf,"in");

write(fd, buf, strlen(buf));

close(fd);

// High -> Low falling edge

sprintf(buf, "/sys/class/gpio/gpio%d/edge", gpio);

for( i=0; i < 10000; i++) {

fd = open(buf,O_WRONLY );

if(fd >= 0) break;

}

if( fd < 0 ) {

error("Edge cant opended\n");

return FALSE;

}

sprintf(buf, "falling");

write(fd, buf, strlen(buf));

close(fd);

return TRUE;

}

/* GPIO開放 */

int deinitGpio(unsigned int gpio)

{

char buf[256];

int fd;

sprintf(buf, "%d", gpio);

fd = open("/sys/class/gpio/unexport", O_WRONLY);

if(fd < 0 ){

error("GPIO cant opened");

return FALSE;

}

write(fd, buf, strlen(buf));

close(fd);

return TRUE;

}

/* シャットダウン */

int shutdown(void)

{

sync();

return reboot(LINUX_REBOOT_CMD_POWER_OFF);

}

#define PWDN_GPIO 6 // 電源断通知GPIO番号

int main(int argc, char *argv[])

{

int retval = 0;

int fd;

char buf[256];

char c;

if(! initGpio(PWDN_GPIO) ) {

error("GPIO cant be initialized\n");

return 0;

}

// GPIOオープン

sprintf(buf,"/sys/class/gpio/gpio%d/value", PWDN_GPIO );

fd = open(buf, O_RDONLY);

if(fd < 0) {

error("Value cant opened");

return 0;

}

// 空読み

read(fd, &c, 1);

while(1) {

struct pollfd pfd;

pfd.fd = fd;

pfd.events = POLLPRI;

pfd.revents = 0;

// GPIO fallingイベント待ち

lseek(fd, 0, SEEK_SET);

int r = poll(&pfd, 1, -1);

fputs("Power down detected\nWait for 5 seconds\n", stdout);

// 5秒待つ

sleep(5);

read(fd, &c, 1);

if( c == '0' ) {

close(fd);

deinitGpio(PWDN_GPIO);

fputs("Shutdown now\n",stdout);

retval = shutdown();

break;

}

return retval;

}

図4　/etc/systemd/system/adrszup.serviceファイルの内容

[Unit]
Description=Auto shutdown process for ADRSZUP

[Service]
Type=simple
Restart=no
User=root
ExecStart=/usr/local/bin/ADRSZUP

[Install]
WantedBy=multi-user.target

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[Unit]

Description=Auto shutdown process for ADRSZUP

[Service]

Type=simple

Restart=no

User=root

ExecStart=/usr/local/bin/ADRSZUP

[Install]

WantedBy=multi-user.target

特集2 FIDO2の最新動向（Vol.70記載）

投稿日：2021.01.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：五味秀仁、板倉景子

パスワード課題の解決に注力する業界団体FIDO（ファイド）アライアンスは、
フィッシング攻撃に耐性のある、シンプルで堅牢な認証の展開を推進してい
ます。その新しい仕様「FIDO2」は、標準化団体W3Cで策定されるWeb認証仕
様「WebAuthn」（ウェブオースン）を包含し、さらにAndroidとWindowsに加えて、iOSやmacOSにも対応するなど、プラットフォーム拡大を進めています。本特集では、FIDO2の概要や仕組み、最新動向について解説します。

シェルスクリプトマガジン Vol.70は以下のリンク先でご購入できます。

図8　publicKeyデータの例

{
  "publicKey": {
    "attestation": "direct",
    "authenticatorSelection": {
      "authenticatorAttachment": "platform",
      "requireResidentKey": false,
      "userVerification": "required"
    },
    "challenge": "bWhMbDgxc1h4Z3B...",,
    "excludeCredentials": [],
    "pubKeyCredParams": [
      {
        "alg": -7,
        "type": "public-key"
      }
    ],
    "rp": {
      "id": "example.com",
      "name": "Example corporation"
    },
    "timeout": 60000,
    "user": {
      "displayName": "Ichiro Suzuki",
      "id": [70, 60, ...],
      "name": "ichiro.suzuki@example.com”
    }
  }
}

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{

"publicKey": {

"attestation": "direct",

"authenticatorSelection": {

"authenticatorAttachment": "platform",

"requireResidentKey": false,

"userVerification": "required"

},

"challenge": "bWhMbDgxc1h4Z3B...",,

"excludeCredentials": [],

"pubKeyCredParams": [

{

"alg": -7,

"type": "public-key"

}

],

"rp": {

"id": "example.com",

"name": "Example corporation"

},

"timeout": 60000,

"user": {

"displayName": "Ichiro Suzuki",

"id": [70, 60, ...],

"name": "ichiro.suzuki@example.com”

}

図9　認証器に登録要求を出すJavaScriptプログラムの例

if (!window.PublicKeyCredential) {
  WebAuthn APIが使えない場合の処理	
}
// プラットフォーム認証器が使える場合
PublicKeyCredential.isUserVerifyingPlatformAuthenticatorAvailable()
  .then(function () {
    // 以下で設定するのがPublicKeyCredentialCreationOptions
    var options = { "publicKey": ... }; 
    return navigator.credentials.create(options);
  }).then(function (newCredentialInfo) {
    生成されたクレデンシャルの処理
  }).catch( function(err) {
    エラー処理
  });

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if (!window.PublicKeyCredential) {

WebAuthn APIが使えない場合の処理

}

// プラットフォーム認証器が使える場合

PublicKeyCredential.isUserVerifyingPlatformAuthenticatorAvailable()

.then(function () {

// 以下で設定するのがPublicKeyCredentialCreationOptions

var options = { "publicKey": ... };

return navigator.credentials.create(options);

}).then(function (newCredentialInfo) {

生成されたクレデンシャルの処理

}).catch( function(err) {

エラー処理

});

図10　PublicKeyCredentialデータの例

{
  "id": "sL39APyTmisrjh11vghaqNfuru...",
  "rawId": "sL39APyTmisrjh11vghaqNf...",
  "response": {
    "attestationObject": "eyJjaGFsbGVuZ2...",
    "clientDataJSON": "o2NmbXRmcGFja2..."
  },
  "type": "public-key"
}

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{

"id": "sL39APyTmisrjh11vghaqNfuru...",

"rawId": "sL39APyTmisrjh11vghaqNf...",

"response": {

"attestationObject": "eyJjaGFsbGVuZ2...",

"clientDataJSON": "o2NmbXRmcGFja2..."

},

"type": "public-key"

}

図11　attestationObject項目に設定される情報の例

{
  "fmt": "packed",
  "attStmt": {
    "alg": -7,
    "sig": "MEYCIQDyCG+pKJmcV...",
    "x5c": [
      "MIICQjCCAcmgAwIBA..."
    ]
  },
  "authData": {
    "credentialData": {
      "aaguid": "vfNjNcR0U8...",
      "credentialId": "Y0GeiMghzi...",
      （略）
    },
    （略）
  }
}

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{

"fmt": "packed",

"attStmt": {

"alg": -7,

"sig": "MEYCIQDyCG+pKJmcV...",

"x5c": [

"MIICQjCCAcmgAwIBA..."

]

},

"authData": {

"credentialData": {

"aaguid": "vfNjNcR0U8...",

"credentialId": "Y0GeiMghzi...",

（略）

},

（略）

}

図12　clientDataJSON項目に設定される情報の例

{
  "challenge": "bWhMbDgxc1h4Z3B...",
  "origin": "https://example.com",
  "type": "webauthn.create"
}

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{

"challenge": "bWhMbDgxc1h4Z3B...",

"origin": "https://example.com",

"type": "webauthn.create"

}

図14　publicKeyデータの例

{
  "publicKey": {
    "allowCredentials": [
      {
        "id": "Y0GeiMghzi...",
        "type": "public-key"
      }
    ],
    "challenge": "lZgXWOY0Go6HxmQP03...",
    "rpId": "example.com",
    "timeout": 60000,
    "userVerification": "required"
  }
}

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{

"publicKey": {

"allowCredentials": [

{

"id": "Y0GeiMghzi...",

"type": "public-key"

}

],

"challenge": "lZgXWOY0Go6HxmQP03...",

"rpId": "example.com",

"timeout": 60000,

"userVerification": "required"

}

図15　認証器に認証要求を出すJavaScriptプログラムの例

// 以下で設定するのがPublicKeyCredentialRequestOptions
var options = { "publicKey": ... };
navigator.credentials.get(options)
  .then(function (assertion) {
  アサーションをRPサーバーに返す処理
}).catch(function (err) {
  エラー処理
});

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// 以下で設定するのがPublicKeyCredentialRequestOptions

var options = { "publicKey": ... };

navigator.credentials.get(options)

.then(function (assertion) {

アサーションをRPサーバーに返す処理

}).catch(function (err) {

エラー処理

});

図16　PublicKeyCredentialデータの例

{
  "id": "Y0GeiMghzi...",
  "rawId":"Y0GeiMghzi...",
  "response": {
    "authenticatorData": "yHxbnq0iOEP3QN0K...",
    "clientDataJSON": "eyJjaGFsbG...",
    "signature": "NRUVOWSMtH..."
  },
}

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{

"id": "Y0GeiMghzi...",

"rawId":"Y0GeiMghzi...",

"response": {

"authenticatorData": "yHxbnq0iOEP3QN0K...",

"clientDataJSON": "eyJjaGFsbG...",

"signature": "NRUVOWSMtH..."

},

}

シェルスクリプトマガジンvol.70 Web掲載記事まとめ

投稿日：2021.01.25　｜　カテゴリー：　コード

004　レポート　RHEL互換OSのCentOS終了
005　NEWS FLASH
008　特集1　第4世代Ryzenプロセッサ/麻生二郎
014　特集2　FIDO2の最新動向/五味秀仁、板倉景子　コード掲載
026　特別企画　Forguncyを使ってみよう/須山亜紀
040　Raspberry Piを100%活用しよう/米田聡　コード掲載
044　レッドハットのプロダクト/森和哉　コード掲載
054　MySQLのチューニング/稲垣大助
059　バーティカルバーの極意/飯尾淳　コード掲載
064　CI/CD/桑原滝弥、イケヤシロウ
066　中小企業手作りIT化奮戦記/菅雄一
070　法林浩之のFIGHTING TALKS/法林浩之
072　香川大学SLPからお届け！/高嶋真輝　コード掲載
082　円滑コミュニケーションが世界を救う！/濱口誠一
084　Webアプリの正しい作り方/しょっさん　コード掲載
096　シェルスクリプトの書き方入門/大津真　コード掲載
102　Techパズル/gori.sh
104　コラム「ユニケージとその将来」/シェル魔人

Vol.70

投稿日：2021.01.25　｜　カテゴリー：　バックナンバー

　パソコン向けのCPUとして快進撃を続けているプロセッサがあります。米Advance Micro Devices（AMD）社が開発する「Ryzen」（ライゼン）です。PlayStation 5のCPUにも採用されました。
　特に、2020年11月に発売した新アーキテクチャ「Zen 3」を採用する「Ryzen 5000シリーズ」は、同程度のインテルCPUを凌駕する性能を備えています。特集1では、Ryzen 5000シリーズのZen 3アーキテクチャと対応マザーボードについて触れました。
　今の時代、何をするのも個人を特定する、認証が欠かせないものになっています。しかし、古くからあるID/パスワード認証だけでは、セキュリティ上不安です。特集2では、生体認証など、新しい認証技術の業界標準「FIDO」（ファイド）の最新規格である「FIDO2」を紹介します。
　ITシステムの「内製化」は、さまざまな業界で大きなキーワードになりそうです。この内製化を実現するには、複雑なプログラムや開発スタイルを排除し、誰でもシステムを作れるようにしなくてはいけません。それを実現するのが、コードを書かない、または少しのコードしか書かない「ノンコード・ローコード開発」です。
　特別企画では、最もビジネスマンに浸透しているであろう表計算ソフト「Microsoft Excel」を操作するようにWebアプリを開発できるシステム構築基盤「Forguncy」（フォーガンシ―）を紹介します。
　このほか、さまざまな用途に合わせてオープンソースのデータベース管理システム「MySQL」をチューニングする新連載が始まりました。今回も読み応え十分のシェルスクリプトマガジン Vol.70。お見逃しなく!

※記事掲載のコードはこちら。記事の補足情報はこちら

※読者アンケートはこちら

Vol.70 補足情報

投稿日：2021.01.25　｜　カテゴリー：　コード

訂正・補足情報はありません。
情報は随時更新致します。

Jetson & Pi 電力測定ボードの販売開始

投稿日：2021.01.20　｜　カテゴリー：　コード

　シェルスクリプトマガジン Vol.69（2020年12月号）の特集1で扱った、Jetson Nano 開発キットとRaspberry Piの両方で利用できる拡張基板「Jetson Nano & Pi 電力測定ボード」の販売を、自社サイトでも開始いたしました。特別価格の4540円（別途送料360円）で購入できます。
　Jetson Nano & Pi 電力測定ボードは、デジタル電流・電圧・電力計モジュール「INA260」と単色有機ELディスプレイ「SSD1306」（OLEDモジュール）を搭載しています。INA260で、Jetson Nano 開発キットやRaspberry Piの消費電力をリアルタイムに測定できます。そして、SSD1306にはさまざまな情報を表示可能です。

　Jetson Nano & Pi 電力測定ボードを購入して、Jetson Nano 開発キットとRaspberry Piを便利に使いましょう。

購入ページはこちらです。

シェルスクリプトの書き方入門（Vol.69記載）

投稿日：2020.11.25　｜　カテゴリー：　コード

筆者：大津真

本連載ではシェルスクリプトの書き方をやさしく紹介します。対象とするシェルは、多くのLinuxディストリビューションが標準シェルとして採用する「Bash」です。第5回は、複数の文字列を柔軟なパターンで指定できる正規表現の基礎について解説します。

シェルスクリプトマガジン Vol.69は以下のリンク先でご購入できます。

図2　シェルスクリプト「pref1.sh」の内容

#!/bin/bash

if [[ $# -ne 1 ]]; then
    echo "都道府県名を一つ指定してください"
    exit 1
fi

file=meibo.txt
if grep ":${1}$" $file; then
    count=$(grep -c ":${1}$" $file)
    echo "-- ${1}は{count}件ありました --"
else
    echo "-- ${1}は見つかりませんでした --"
fi

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#!/bin/bash

if [[ $# -ne 1 ]]; then

echo "都道府県名を一つ指定してください"

exit 1

fi

file=meibo.txt

if grep ":${1}$" $file; then

count=$(grep -c ":${1}$" $file)

echo "-- ${1}は{count}件ありました --"

else

echo "-- ${1}は見つかりませんでした --"

fi

図3　シェルスクリプト「whileRead1.sh」の内容

#!/bin/bash

while read line
do
    echo $line
done < meibo.txt

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#!/bin/bash

while read line

do

echo $line

done < meibo.txt

図4　シェルスクリプト「whileRead2.sh」の内容

#!/bin/bash

cat meibo.txt | while read line
do
    echo $line
done

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#!/bin/bash

cat meibo.txt | while read line

do

echo $line

done

図5　シェルスクリプト「tokyo.sh」の内容

#!/bin/bash

count=0
grep ":東京$" meibo.txt | while read line
do
    echo "$((++count)):${line}"
done

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#!/bin/bash

count=0

grep ":東京$" meibo.txt | while read line

do

echo "$((++count)):${line}"

done

図6　シェルスクリプト「addpref.sh」の内容

#!/bin/bash

while read line
do
    if echo $line | grep -q ":東京$"; then
        echo $line | sed "s/:東京$/:東京都/"
    elif echo $line | grep -q -e ":大阪$" -e ":京都$"; then
        echo $line | sed "s/:\(..\)$/:\1府/"
    elif echo $line | grep -q ":北海道"; then
        echo $line
    else
        echo $line | sed "s/:\(..*\)$/:\1県/"
    fi
done < meibo.txt

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#!/bin/bash

while read line

do

if echo $line | grep -q ":東京$"; then

echo $line | sed "s/:東京$/:東京都/"

elif echo $line | grep -q -e ":大阪$" -e ":京都$"; then

echo $line | sed "s/:$..$$/:\1府/"

elif echo $line | grep -q ":北海道"; then

echo $line

else

echo $line | sed "s/:$..*$$/:\1県/"

fi

done < meibo.txt

中小企業手作りIT化奮戦記（Vol.69掲載）

投稿日：2020.11.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：菅雄一

　2000年にLinuxサーバーを導入して以来、筆者は、主に費用面での手軽さからOSS（オープンソースソフトウエア）を活用したシステム構築に取り組んできた。だが、2020年になってWindowsサーバーに初めて触れることになった。勤務先の会社が、バッファローの「TeraStation」という法人向けのNAS（Network Attached Storage）製品を購入し、そのOSがWindowsサーバーだったからだ。今回は、そのWindowsサーバー搭載のNAS製品を設定した話を書く。

シェルスクリプトマガジン Vol.69は以下のリンク先でご購入できます。

図3　Sambaの設定ファイル（smb.conf）の記述例

[global]
map to guest = bad user
guest account = nobody

[public]
path = /home/samba
guest ok = yes

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[global]

map to guest = bad user

guest account = nobody

[public]

path = /home/samba

guest ok = yes

香川大学SLPからお届け！（Vol.69掲載）

投稿日：2020.11.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：石塚美伶

今回は、音楽の「耳コピ」を支援する音源可視化ツールをPythonで制作する方法について紹介します。制作するツールは、WAVファイルを読み取って音を判別し、その音をピアノの鍵盤で示すGIFアニメーションを生成します。

シェルスクリプトマガジン Vol.69は以下のリンク先でご購入できます。

図4　「main.py」ファイルに記述する内容（その1）

import scipy.io.wavfile             # WAVファイルを読み込むために使用
from scipy import signal            # 極大値を求めるために使用
import numpy as np                  # データの整形や高速フーリエ変換に使用
import pandas as pd                 # ピアノの音階辞書を作成するために使用
import matplotlib.pyplot as plt     # 図の作成に使用
import matplotlib.animation as anm  # アニメーション作成に使用
import matplotlib.patches as pat    # 長方形を描画するために使用
import time                         # 時間を表示するために使用

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import scipy.io.wavfile # WAVファイルを読み込むために使用

from scipy import signal # 極大値を求めるために使用

import numpy as np # データの整形や高速フーリエ変換に使用

import pandas as pd # ピアノの音階辞書を作成するために使用

import matplotlib.pyplot as plt # 図の作成に使用

import matplotlib.animation as anm # アニメーション作成に使用

import matplotlib.patches as pat # 長方形を描画するために使用

import time # 時間を表示するために使用

図5　「main.py」ファイルに記述する内容（その2）

wav_filename = "./source.wav"
# 音声ファイルの読み込み
rate, data = scipy.io.wavfile.read(wav_filename)

print("サンプリング周波数:", rate)
print("データ数:", len(data))

if data.ndim < 2:  # 配列の次元数
    print("モノラル")
else:
    print("ステレオ")
    data = np.ravel(data)[::2]  # 連結して偶数要素を抽出する

#（振幅）の配列を作成 (「-1」～「1」の範囲に正規化)
data = data / 32768

# データを0.1秒ごとに分割
split_datas = np.array_split(data, int(len(data) / (rate * 0.1)))

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wav_filename = "./source.wav"

# 音声ファイルの読み込み

rate, data = scipy.io.wavfile.read(wav_filename)

print("サンプリング周波数:", rate)

print("データ数:", len(data))

if data.ndim < 2: # 配列の次元数

print("モノラル")

else:

print("ステレオ")

data = np.ravel(data)[::2] # 連結して偶数要素を抽出する

#（振幅）の配列を作成 (「-1」～「1」の範囲に正規化)

data = data / 32768

# データを0.1秒ごとに分割

split_datas = np.array_split(data, int(len(data) / (rate * 0.1)))

図6　「main.py」ファイルに記述する内容（その3）

count = 0
ex_freqency = []  # 抽出したデータを格納するために用意
for short_data in split_datas:
    ex_freqency.append([])  # データを格納するために空リストを追加
    # フーリエ変換により周波数成分と振幅を取得
    fft_short_data = np.abs(np.fft.fft(short_data))    
    freqList = np.fft.fftfreq(short_data.shape[0], d=1.0/rate)

    maxid = signal.argrelmax(fft_short_data, order=2)  # 極大値を求める
    for i in maxid[0]:
        if fft_short_data[i] > 10 and 25 < freqList[i] < 4200:
            ex_freqency[count].append(freqList[i])  # 周波数を格納
    count += 1

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count = 0

ex_freqency = [] # 抽出したデータを格納するために用意

for short_data in split_datas:

ex_freqency.append([]) # データを格納するために空リストを追加

# フーリエ変換により周波数成分と振幅を取得

fft_short_data = np.abs(np.fft.fft(short_data))

freqList = np.fft.fftfreq(short_data.shape[0], d=1.0/rate)

maxid = signal.argrelmax(fft_short_data, order=2) # 極大値を求める

for i in maxid[0]:

if fft_short_data[i] > 10 and 25 < freqList[i] < 4200:

ex_freqency[count].append(freqList[i]) # 周波数を格納

count += 1

図8　「main.py」ファイルに記述する内容（その4）

piano_dic = pd.read_csv("./piano_dict.csv", encoding="utf-8")
print(piano_dic)

black_keys = piano_dic[piano_dic["scaleNameEn"].str.contains("#")].index
print(black_keys)

count = 0
keys = []  # 含まれる周波数の行
for row in ex_freqency:
    keys.append([])  # 各フレームの周波数を格納するために空リストを追加
    for i in row:
        # 差が最小の音階
        key = piano_dic.loc[abs(piano_dic.frequency - i).idxmin(), "keyNumber"]
        if (key in keys[count]) == False:
            keys[count].append(key)  # 重複してなければ音階を追加
    count += 1
print(keys)

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piano_dic = pd.read_csv("./piano_dict.csv", encoding="utf-8")

print(piano_dic)

black_keys = piano_dic[piano_dic["scaleNameEn"].str.contains("#")].index

print(black_keys)

count = 0

keys = [] # 含まれる周波数の行

for row in ex_freqency:

keys.append([]) # 各フレームの周波数を格納するために空リストを追加

for i in row:

# 差が最小の音階

key = piano_dic.loc[abs(piano_dic.frequency - i).idxmin(), "keyNumber"]

if (key in keys[count]) == False:

keys[count].append(key) # 重複してなければ音階を追加

count += 1

print(keys)

図9　「main.py」ファイルに記述する内容（その5）

fig, ax = plt.subplots(figsize = (10, 2))

# 各フレームの描画
def update(i, fig_title, data_list, ax):
    if i != 0:
        plt.cla()  # 現在描写されているグラフを消去
    ax.axis("off") # 軸と目盛りを削除
    ax.set_xlim(0, 52.1)
    ax.set_ylim(-0.5, 2.5)
    skip = False
    white_count = 0
    plt.title(fig_title + time.strftime("%M:%S", time.gmtime(i * 0.1)))
    for j in range(0, 88):
        if skip == True:
            skip = False  # フラグを降ろす
            continue      # 既に描画した白鍵をスキップする
        if j in black_keys:
            # 黒鍵の右側の白鍵を描画
            color = "white"
            if j + 1 in data_list[i]:
                color = "red"  # 音が鳴っていれば色を赤にする
            # 長方形を作成
            rec = pat.Rectangle(xy = (white_count, 0), \
                                width = 1, height = 1.5, \
                                fc = color, ec = "black")
            ax.add_patch(rec)  # Axesに長方形を追加
            skip = True        # スキップフラグを立てる
            # 白鍵の上に黒鍵を描画
            color = "gray"
            x, y = white_count - 0.3, 0.5
            w, h = 0.6, 1
        else:
            # 白鍵を描画
            color = "white"
            x, y = white_count, 0
            w, h = 1, 1.5
        if j in data_list[i]:
            color = "red"    # 音が鳴っていれば色を赤にする
        # 長方形を作成 
        rec = pat.Rectangle(xy = (x, y), width = w, \
                            height = h, fc = color, ec = "black")
        ax.add_patch(rec)    # Axesに長方形を追加
        white_count += 1     # 白鍵の数をカウント

# アニメーションを生成
ani = anm.FuncAnimation(fig, update, fargs=("Mimicopy ", keys, ax), \
                        interval=100, frames=len(keys))
# GIFファイルとして保存
ani.save("Sample.gif", writer="pillow")

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fig, ax = plt.subplots(figsize = (10, 2))

# 各フレームの描画

def update(i, fig_title, data_list, ax):

if i != 0:

plt.cla() # 現在描写されているグラフを消去

ax.axis("off") # 軸と目盛りを削除

ax.set_xlim(0, 52.1)

ax.set_ylim(-0.5, 2.5)

skip = False

white_count = 0

plt.title(fig_title + time.strftime("%M:%S", time.gmtime(i * 0.1)))

for j in range(0, 88):

if skip == True:

skip = False # フラグを降ろす

continue # 既に描画した白鍵をスキップする

if j in black_keys:

# 黒鍵の右側の白鍵を描画

color = "white"

if j + 1 in data_list[i]:

color = "red" # 音が鳴っていれば色を赤にする

# 長方形を作成

rec = pat.Rectangle(xy = (white_count, 0), \

width = 1, height = 1.5, \

fc = color, ec = "black")

ax.add_patch(rec) # Axesに長方形を追加

skip = True # スキップフラグを立てる

# 白鍵の上に黒鍵を描画

color = "gray"

x, y = white_count - 0.3, 0.5

w, h = 0.6, 1

else:

# 白鍵を描画

color = "white"

x, y = white_count, 0

w, h = 1, 1.5

if j in data_list[i]:

color = "red" # 音が鳴っていれば色を赤にする

# 長方形を作成

rec = pat.Rectangle(xy = (x, y), width = w, \

height = h, fc = color, ec = "black")

ax.add_patch(rec) # Axesに長方形を追加

white_count += 1 # 白鍵の数をカウント

# アニメーションを生成

ani = anm.FuncAnimation(fig, update, fargs=("Mimicopy ", keys, ax), \

interval=100, frames=len(keys))

# GIFファイルとして保存

ani.save("Sample.gif", writer="pillow")

バーティカルバーの極意（Vol.69掲載）

投稿日：2020.11.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：飯尾淳

Twitterのトレンドを分析に関する解説の最終回です。これまで、TwitterのトレンドAPIを叩いてトレンドを集め、Twitter Standard search APIでトレンドに関するツイートを収集、そのデータに基づいてトレンドの構造を分析する手法を紹介しました。今回は、その日の主要なトピックは何だったかを可視化する方法を解説します。

シェルスクリプトマガジン Vol.69は以下のリンク先でご購入できます。

図7　JSONデータを得るスクリプト（get_data.py）

#!/usr/bin/env python

import json
import urllib.request
import sys
import re

# replace urlbase to the base address of your application
# this script should be called as $ ./get_data.py 2019-02-01
# which means the argument should be a date formatted in YYYY-MM-DD
urlbase = 'http://iiojun.xyz/twt'
jsonapi = '/api/' + sys.argv[1]

word_dict = {}
words = [] 

req = urllib.request.Request(urlbase+jsonapi)
with urllib.request.urlopen(req) as res:
  content = json.loads(res.read().decode('utf8'))
  # loop for labels
  for item in content:
    label = item['label']
    wid = item['id']
    url2 = "{0}/api/trends/{1}".format(urlbase, wid)
    req2 = urllib.request.Request(url2)
    dct = {}
    # loop for words of each label
    with urllib.request.urlopen(req2) as res2:
      content2 = json.loads(res2.read().decode('utf8'))
      for item2 in content2[0]:
        word = item2['word']
        freq = item2['freq']
        dct[word] = freq
        # keep the all words used in the nodes in the array 'words'
        if not word in words: words.append(word)
      # keep the ary of {word, freq} in the dictionary 'word_dict'
      word_dict[label] = dct
print("label", end="")
for item in words:
  print("\t{0}".format(item), end="")
print()

for key in word_dict:
  print(key, end="")
  dct = word_dict[key]
  for item in words:
    freq = dct[item] if item in dct else 0.0
    print("\t%6.3f" % freq, end="")
  print()

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#!/usr/bin/env python

import json

import urllib.request

import sys

import re

# replace urlbase to the base address of your application

# this script should be called as $ ./get_data.py 2019-02-01

# which means the argument should be a date formatted in YYYY-MM-DD

urlbase = 'http://iiojun.xyz/twt'

jsonapi = '/api/' + sys.argv[1]

word_dict = {}

words = []

req = urllib.request.Request(urlbase+jsonapi)

with urllib.request.urlopen(req) as res:

content = json.loads(res.read().decode('utf8'))

# loop for labels

for item in content:

label = item['label']

wid = item['id']

url2 = "{0}/api/trends/{1}".format(urlbase, wid)

req2 = urllib.request.Request(url2)

dct = {}

# loop for words of each label

with urllib.request.urlopen(req2) as res2:

content2 = json.loads(res2.read().decode('utf8'))

for item2 in content2[0]:

word = item2['word']

freq = item2['freq']

dct[word] = freq

# keep the all words used in the nodes in the array 'words'

if not word in words: words.append(word)

# keep the ary of {word, freq} in the dictionary 'word_dict'

word_dict[label] = dct

print("label", end="")

for item in words:

print("\t{0}".format(item), end="")

print()

for key in word_dict:

print(key, end="")

dct = word_dict[key]

for item in words:

freq = dct[item] if item in dct else 0.0

print("\t%6.3f" % freq, end="")

print()

図9　コサイン類似度を計算するスクリプト（calc_cos_sim.py）

#!/usr/bin/env python3

import numpy as np
import sys

def cos_sim(v1, v2):
  return np.dot(v1, v2) / (np.linalg.norm(v1) * np.linalg.norm(v2))

lines = sys.stdin.readlines()

lines.pop(0)
wdic = {}
visited = []

for line in lines:
  words = line.split('\t')
  label = words.pop(0)
  wdic[label] = list(map(lambda x: float(x),words))

for key1 in wdic:
  for key2 in wdic:
    visited.append(key2+key1)
    if key1 == key2 or key1+key2 in visited: continue
    print("{0}\t{1}\t{2:9.6f}"
       .format(key1,key2,cos_sim(wdic[key1],wdic[key2])))

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#!/usr/bin/env python3

import numpy as np

import sys

def cos_sim(v1, v2):

return np.dot(v1, v2) / (np.linalg.norm(v1) * np.linalg.norm(v2))

lines = sys.stdin.readlines()

lines.pop(0)

wdic = {}

visited = []

for line in lines:

words = line.split('\t')

label = words.pop(0)

wdic[label] = list(map(lambda x: float(x),words))

for key1 in wdic:

for key2 in wdic:

visited.append(key2+key1)

if key1 == key2 or key1+key2 in visited: continue

print("{0}\t{1}\t{2:9.6f}"

.format(key1,key2,cos_sim(wdic[key1],wdic[key2])))

図11　dotスクリプトを作成するスクリプト（mk_net.rb）

#!/usr/bin/ruby

word_ary = []
freq_ary = []
node_set = []
node_color = {}
color_tbl = %w(khaki lemonchiffon aliceblue mistyrose coral
  goldenrod aquamarine lavender palegreen gold lightpink 
  plum yellow lightcyan lavenderblush gainsboro 
  yellowgreen lightsteelblue palegoldenrod lightskyblue 
  greenyellow plum cornflowerblue)
th_val = 0.75
mthd = 'fdp'
title = 'topicmap'

STDIN.each {|line|
  (kw1,kw2,freq) = line.split(/\t/)
  word_ary.push(kw1) unless word_ary.include?(kw1)
  word_ary.push(kw2) unless word_ary.include?(kw2)
  if freq.to_f > th_val
    freq_ary.push(line)
    flag = false
    node_set.each {|x|
      if x.include?(kw1) && x.include?(kw2)
        flag = true
        break
      end
      len0 = x.length
      x.push(kw2) if x.include?(kw1) && !x.include?(kw2)
      x.push(kw1) if !x.include?(kw1) && x.include?(kw2)
      if len0 < x.length
        flag = true
        break
      end
    }
    node_set.push([kw1, kw2]) unless flag
  end 
}

def get_set(ary_of_ary, x)
  ret_ary = []
  ary_of_ary.each {|ary|
    ret_ary = ret_ary + ary if ary.include?(x)
  }
  return ret_ary
end
def delete_set(ary_of_ary, x)
  ary_of_ary.each {|ary|
    ary_of_ary.delete(ary) if ary.include?(x)
  }
end

freq_ary.each {|x|
  (kw1,kw2,freq) = x.split(/\t/)
  x1 = get_set(node_set, kw1)
  x2 = get_set(node_set, kw2)
  next if (x1 == x2)
  x3 = x1 | x2
  delete_set(node_set, kw1)
  delete_set(node_set, kw2)
  node_set.push(x3)
}

word_ary.map {|x| node_color[x] = 'white' }

node_set.each_with_index {|value,index|
  i = index % color_tbl.length
  value.map{|x| node_color[x] = color_tbl[i] }
}

print "graph \"#{title}\" {\n"
print " graph [\n    layout = #{mthd}\n  ];\n"

word_ary.each {|x|
  printf "  \"%s\" [ fontname = \"ヒラギノ丸ゴ\"; style = \"filled\"; fillcolor = \"%s\"; fontcolor = \"%s\" ];\n", x, node_color[x], 'black'
}

while (!freq_ary.empty?) do
  (f,t,prob) = freq_ary.shift.split(/\t/)
  printf "  \"%s\" -- \"%s\" [label = \"%4.2f\"];\n", f, t, prob
end

print "}\n"

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#!/usr/bin/ruby

word_ary = []

freq_ary = []

node_set = []

node_color = {}

color_tbl = %w(khaki lemonchiffon aliceblue mistyrose coral

goldenrod aquamarine lavender palegreen gold lightpink

plum yellow lightcyan lavenderblush gainsboro

yellowgreen lightsteelblue palegoldenrod lightskyblue

greenyellow plum cornflowerblue)

th_val = 0.75

mthd = 'fdp'

title = 'topicmap'

STDIN.each {|line|

(kw1,kw2,freq) = line.split(/\t/)

word_ary.push(kw1) unless word_ary.include?(kw1)

word_ary.push(kw2) unless word_ary.include?(kw2)

if freq.to_f > th_val

freq_ary.push(line)

flag = false

node_set.each {|x|

if x.include?(kw1) && x.include?(kw2)

flag = true

break

end

len0 = x.length

x.push(kw2) if x.include?(kw1) && !x.include?(kw2)

x.push(kw1) if !x.include?(kw1) && x.include?(kw2)

if len0 < x.length

flag = true

break

end

}

node_set.push([kw1, kw2]) unless flag

end

}

def get_set(ary_of_ary, x)

ret_ary = []

ary_of_ary.each {|ary|

ret_ary = ret_ary + ary if ary.include?(x)

}

return ret_ary

end

def delete_set(ary_of_ary, x)

ary_of_ary.each {|ary|

ary_of_ary.delete(ary) if ary.include?(x)

}

end

freq_ary.each {|x|

(kw1,kw2,freq) = x.split(/\t/)

x1 = get_set(node_set, kw1)

x2 = get_set(node_set, kw2)

next if (x1 == x2)

x3 = x1 | x2

delete_set(node_set, kw1)

delete_set(node_set, kw2)

node_set.push(x3)

}

word_ary.map {|x| node_color[x] = 'white' }

node_set.each_with_index {|value,index|

i = index % color_tbl.length

value.map{|x| node_color[x] = color_tbl[i] }

}

print "graph \"#{title}\" {\n"

print " graph [\n layout = #{mthd}\n ];\n"

word_ary.each {|x|

printf " \"%s\" [ fontname = \"ヒラギノ丸ゴ\"; style = \"filled\"; fillcolor = \"%s\"; fontcolor = \"%s\" ];\n", x, node_color[x], 'black'

}

while (!freq_ary.empty?) do

(f,t,prob) = freq_ary.shift.split(/\t/)

printf " \"%s\" -- \"%s\" [label = \"%4.2f\"];\n", f, t, prob

end

print "}\n"

レッドハットのプロダクト（Vol.69記載）

投稿日：2020.11.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：伊藤智博

最近は昔と比べ、ビジネス要件のレベルが高くなりました。この要件を実現するためさまざまな技術が新たに誕生していますが、それらの技術を開発者が組み合わせて使用するのは非常に困難です。第5回では、これらの技術を組み合わせて高いレベルの要件を簡単に実現するJavaフレームワークの「Quarkus」を紹介します。

シェルスクリプトマガジン Vol.69は以下のリンク先でご購入できます。

図7　「quarkus-getting-started/src/main/java/sample/GreetingResource.java」ファイルの内容

package sample;

import javax.ws.rs.GET;
import javax.ws.rs.Path;
import javax.ws.rs.Produces;
import javax.ws.rs.core.MediaType;

@Path("/hello")
public class GreetingResource {

    @GET
    @Produces(MediaType.TEXT_PLAIN)
    public String hello() {
        return "hello";
    }
}

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package sample;

import javax.ws.rs.GET;

import javax.ws.rs.Path;

import javax.ws.rs.Produces;

import javax.ws.rs.core.MediaType;

@Path("/hello")

public class GreetingResource {

@GET

@Produces(MediaType.TEXT_PLAIN)

public String hello() {

return "hello";

}

Raspberry Piを100%活用しよう（Vol.69掲載）

投稿日：2020.11.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：米田聡

小型コンピュータボード「Raspberry Pi」（ラズパイ）向けにさまざまな拡張ボードが発売されています。その拡張ボードとラズパイを組み合わせれば、ラズパイでいろいろなことが簡単に試せます。第2回は、赤外線信号の受信が可能な拡張基板を扱います。

シェルスクリプトマガジン Vol.69は以下のリンク先でご購入できます。

図3　/boot/config.txtファイルの末尾に追加する2行

dtoverlay=gpio-ir,gpio_pin=4
dtoverlay=gpio-ir-tx,gpio_pin=13

1 2	dtoverlay=gpio-ir,gpio_pin=4 dtoverlay=gpio-ir-tx,gpio_pin=13

図4　/etc/lirc/lirc_options.confファイルの変更箇所

（略）
driver     = default
device     = /dev/lirc1
（略）

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（略）

driver = default

device = /dev/lirc1

（略）

特集2　1日で理解するGoプログラミング（Vol.69記載）

投稿日：2020.11.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：KinoCode、ハリー

「エンジニアが次に学びたい言語」のランキングでたびたび上位にランクインしているGo言語。本特集では、Goの特徴やプログラミングについての概要を、1日で学習できるようにコンパクトに解説します。この機会にぜひGoを学んでみてください。

シェルスクリプトマガジン Vol.69は以下のリンク先でご購入できます。

図13　挨拶文を表示するサンプルプログラム「greeting.go」のコード

package main
import ("fmt")

func main(){
    fmt.Println("Good morning")
    fmt.Println("Good afternoon")
    fmt.Println("Good evening")
}

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package main

import ("fmt")

func main(){

fmt.Println("Good morning")

fmt.Println("Good afternoon")

fmt.Println("Good evening")

}

特集1 Jetson ＆ Pi 電力測定ボードの使い方（Vol.69記載）

投稿日：2020.11.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：北崎恵凡

ユーザーコミュニティ「Jetson Japan User Group」のメンバーである筆者が設計した、小型コンピュータボードの「Jetson Nano」と「Raspberry Pi」で共通に使える拡張基板「Jetson ＆ Pi 電力測定ボード」をシェルスクリプトマガジンオリジナルとして作成しました。本特集では、このJetson ＆ Pi電力測定ボードの使い方を紹介します。

シェルスクリプトマガジン Vol.69は以下のリンク先でご購入できます。

Part1　Jetson ＆ Pi 電力測定ボードを動かす

図7　電源電圧を表示するサンプルプログラム「ina260.py」のソースコード

import smbus
i2c = smbus.SMBus(1)
word = i2c.read_word_data(0x40, 0x02) & 0xFFFF
result = ( (word << 8) & 0xFF00 ) + (word >> 8)
volt = result * 1.25 / 1000

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import smbus

i2c = smbus.SMBus(1)

word = i2c.read_word_data(0x40, 0x02) & 0xFFFF

result = ( (word << 8) & 0xFF00 ) + (word >> 8)

volt = result * 1.25 / 1000

図9　ina260_adafruit.pyのソースコード

import time
import board
import adafruit_ina260

i2c = board.I2C()
ina260 = adafruit_ina260.INA260(i2c)
while True:
    print("Current: %.2f Voltage: %.2f Power: %.2f"
        %(ina260.current, ina260.voltage, ina260.power))
    time.sleep(1)

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import time

import board

import adafruit_ina260

i2c = board.I2C()

ina260 = adafruit_ina260.INA260(i2c)

while True:

print("Current: %.2f Voltage: %.2f Power: %.2f"

%(ina260.current, ina260.voltage, ina260.power))

time.sleep(1)

図12　ina260_plot.pyのソースコード

（略）
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
（略）
NUM_BUF_POINTS = 180
PLOT_INTERVAL = 1000

def get_values():
    return([float("{0:.2f}".format(ina260.current / 1000)), float("{0:.2f}".format(ina260.voltage)), float("{0:.2f}".format(ina260.power / 1000))])
（略）
def plot(i):
    global Data

    zone_names = get_names()
    zone_temps = get_values()
    print(zone_temps)
    Data = np.append(Data, np.array([zone_temps]), axis = 0)
    if i >= NUM_BUF_POINTS:
        Data = np.delete(Data, 0, axis = 0)

    plt.cla()
    plt.plot(Data, marker = 'x')
    plt.xlim(0, NUM_BUF_POINTS)
    plt.ylim(0.0, 10.0)
    plt.title('Current Monitor', fontsize = 14)
    plt.xlabel('Time', fontsize = 10)
    plt.ylabel('Current[A],Voltage[V],Power[W]', fontsize = 10)
    plt.tick_params(labelsize=10)
    plt.grid(True)
    plt.legend(labels = zone_names, loc = 'upper left', fontsize = 10)

def main():
    global Data

    zone_names = get_names()
    print(zone_names)

    Data = np.empty((0, len(zone_names)), float)

    fig = plt.figure(figsize=(10, 4))
    ani = animation.FuncAnimation(fig, plot, fargs = (), interval = PLOT_INTERVAL)
    plt.show()
（略）

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（略）

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

import matplotlib.animation as animation

（略）

NUM_BUF_POINTS = 180

PLOT_INTERVAL = 1000

def get_values():

return([float("{0:.2f}".format(ina260.current / 1000)), float("{0:.2f}".format(ina260.voltage)), float("{0:.2f}".format(ina260.power / 1000))])

（略）

def plot(i):

global Data

zone_names = get_names()

zone_temps = get_values()

print(zone_temps)

Data = np.append(Data, np.array([zone_temps]), axis = 0)

if i >= NUM_BUF_POINTS:

Data = np.delete(Data, 0, axis = 0)

plt.cla()

plt.plot(Data, marker = 'x')

plt.xlim(0, NUM_BUF_POINTS)

plt.ylim(0.0, 10.0)

plt.title('Current Monitor', fontsize = 14)

plt.xlabel('Time', fontsize = 10)

plt.ylabel('Current[A],Voltage[V],Power[W]', fontsize = 10)

plt.tick_params(labelsize=10)

plt.grid(True)

plt.legend(labels = zone_names, loc = 'upper left', fontsize = 10)

def main():

global Data

zone_names = get_names()

print(zone_names)

Data = np.empty((0, len(zone_names)), float)

fig = plt.figure(figsize=(10, 4))

ani = animation.FuncAnimation(fig, plot, fargs = (), interval = PLOT_INTERVAL)

plt.show()

（略）

図14　ssd1306_stats.pyのソースコード

（略）
from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont
import adafruit_ssd1306
（略）
i2c = busio.I2C(SCL, SDA)
（略）
disp = adafruit_ssd1306.SSD1306_I2C(128, 32, i2c)
（略）
width = disp.width
height = disp.height
image = Image.new("1", (width, height))
（略）
draw = ImageDraw.Draw(image)
（略）
    cmd = "hostname -I | cut -d' ' -f1"
    IP = subprocess.check_output(cmd, shell=True).decode("utf-8")
    cmd = "top -bn1 | grep load | awk '{printf \"CPU Load: %.2f\", $(NF-2)}'"
    CPU = subprocess.check_output(cmd, shell=True).decode("utf-8")
    cmd = "free -m | awk 'NR==2{printf \"Mem: %s/%s MB  %.2f%%\", $3,$2,$3*100/$2 }'"
    MemUsage = subprocess.check_output(cmd, shell=True).decode("utf-8")
    cmd = 'df -h | awk \'$NF=="/"{printf "Disk: %d/%d GB  %s", $3,$2,$5}\''
    Disk = subprocess.check_output(cmd, shell=True).decode("utf-8")
（略）
    draw.text((x, top + 0), "IP: " + IP, font=font, fill=255)
    draw.text((x, top + 8), CPU, font=font, fill=255)
    draw.text((x, top + 16), MemUsage, font=font, fill=255)
    draw.text((x, top + 25), Disk, font=font, fill=255)
（略）
    disp.image(image)
    disp.show()

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（略）

from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont

import adafruit_ssd1306

（略）

i2c = busio.I2C(SCL, SDA)

（略）

disp = adafruit_ssd1306.SSD1306_I2C(128, 32, i2c)

（略）

width = disp.width

height = disp.height

image = Image.new("1", (width, height))

（略）

draw = ImageDraw.Draw(image)

（略）

cmd = "hostname -I | cut -d' ' -f1"

IP = subprocess.check_output(cmd, shell=True).decode("utf-8")

cmd = "top -bn1 | grep load | awk '{printf \"CPU Load: %.2f\", $(NF-2)}'"

CPU = subprocess.check_output(cmd, shell=True).decode("utf-8")

cmd = "free -m | awk 'NR==2{printf \"Mem: %s/%s MB %.2f%%\", $3,$2,$3*100/$2 }'"

MemUsage = subprocess.check_output(cmd, shell=True).decode("utf-8")

cmd = 'df -h | awk \'$NF=="/"{printf "Disk: %d/%d GB %s", $3,$2,$5}\''

Disk = subprocess.check_output(cmd, shell=True).decode("utf-8")

（略）

draw.text((x, top + 0), "IP: " + IP, font=font, fill=255)

draw.text((x, top + 8), CPU, font=font, fill=255)

draw.text((x, top + 16), MemUsage, font=font, fill=255)

draw.text((x, top + 25), Disk, font=font, fill=255)

（略）

disp.image(image)

disp.show()

図19　ina260_oled.pyのソースコード

（略）
import adafruit_ina260
i2c2 = board.I2C()
ina260 = adafruit_ina260.INA260(i2c2)
（略）
  c = ina260.current
  v = ina260.voltage
  p = ina260.power
  print("Current: %.2f Voltage: %.2f Power: %.2f" %(c, v, p))
（略）
  draw.text((x, top + 0), "Current(mA): " + str("{0:.2f}".format(c)) + ' 	', font=font, fill=255)
  draw.text((x, top + 14), "Voltage(V): " + str("{0:.2f}".format(v)) + ' 	', font=font, fill=255)
  draw.text((x, top + 28), "Power(mW): " + str("{0:.2f}".format(p)) + ' 	', font=font, fill=255)
（略）
  disp.image(image)
  disp.show()
（略）

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（略）

import adafruit_ina260

i2c2 = board.I2C()

ina260 = adafruit_ina260.INA260(i2c2)

（略）

c = ina260.current

v = ina260.voltage

p = ina260.power

print("Current: %.2f Voltage: %.2f Power: %.2f" %(c, v, p))

（略）

draw.text((x, top + 0), "Current(mA): " + str("{0:.2f}".format(c)) + ' ', font=font, fill=255)

draw.text((x, top + 14), "Voltage(V): " + str("{0:.2f}".format(v)) + ' ', font=font, fill=255)

draw.text((x, top + 28), "Power(mW): " + str("{0:.2f}".format(p)) + ' ', font=font, fill=255)

（略）

disp.image(image)

disp.show()

（略）

図21　ssd1306_jp_font.pyのソースコード

（略）
font = ImageFont.truetype('usr/share/fonts/truetype/fonts-japanese-gothic.ttf', 14)
（略）
draw.text((x, top + 0), "てすと", font=font, fill=255)
draw.text((x, top + 14), "日本語", font=font, fill=255)
（略）

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font = ImageFont.truetype('usr/share/fonts/truetype/fonts-japanese-gothic.ttf', 14)

（略）

draw.text((x, top + 0), "てすと", font=font, fill=255)

draw.text((x, top + 14), "日本語", font=font, fill=255)

（略）

図28　imagenet-console_oled.pyのソースコード

（略）
draw.text((0, 0), "分類: " + translator.convert(class_desc), font=font, fill=255)
draw.text((0, 14), "確率: " + "{:0.2f}%".format(confidence * 100), font=font, fill=255)
（略）

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（略）

draw.text((0, 0), "分類: " + translator.convert(class_desc), font=font, fill=255)

draw.text((0, 14), "確率: " + "{:0.2f}%".format(confidence * 100), font=font, fill=255)

（略）

図32　imagenet-camera_oled.pyのソースコード

（略）
draw.text((0, 0), "分類: " + translator.convert(class_desc), font=font2, fill=255)
draw.text((0, 14), "確率: " + "{:0.2f}%".format(confidence * 100), font=font2, fill=255)
（略）

1

2

3

4

（略）

draw.text((0, 0), "分類: " + translator.convert(class_desc), font=font2, fill=255)

draw.text((0, 14), "確率: " + "{:0.2f}%".format(confidence * 100), font=font2, fill=255)

（略）

シェルスクリプトマガジンvol.69 Web掲載記事まとめ

投稿日：2020.11.25　｜　カテゴリー：　コード

004　レポート　MacのApple M1
005　レポート　セキュリティゲーム「TERMINAL」
006　NEWS FLASH
008　特集1　Jetson ＆ Pi 電力測定ボードの使い方/北崎恵凡　コード掲載
026　特集2　1日で理解するGoプログラミング/KinoCode、ハリー　コード掲載
036　特別企画　Redmineで始めるプロジェクト管理/前田剛
048　Raspberry Piを100%活用しよう/米田聡　コード掲載
051　Hello Nogyo!
052　レッドハットのプロダクト/伊藤智博　コード掲載
062　Docker/桑原滝弥、イケヤシロウ
064　バーティカルバーの極意/飯尾淳　コード掲載
070　法林浩之のFIGHTING TALKS/法林浩之
072　香川大学SLPからお届け！/石塚美伶　コード掲載
076　円滑コミュニケーションが世界を救う！/濱口誠一
078　中小企業手作りIT化奮戦記/菅雄一　コード掲載
084　シェルスクリプトの書き方入門/大津真　コード掲載
092　Techパズル/gori.sh
094　コラム「長続きの秘訣」/シェル魔人

Vol.69

投稿日：2020.11.25　｜　カテゴリー：　バックナンバー

　Jetson Japan User Groupの協力を得て、シェルスクリプトマガジン特製オリジナル拡張基板の第3弾となる「Jetson & Pi 電力測定ボード」を開発しました。この拡張基板は、Jetson Nanoの開発キットとRaspberry Pi（ラズパイ）の小型コンピュータボードの両方で利用できます。特集1では、Jetson & Pi 電力測定ボードの概要や使い方などを詳しく紹介します。
　特集2では、人気YouTuberであるKinoCode（キノコード）氏が解説するGoプログラミングです。Goは、米Google社が開発したプログラミング言語です。コンパイル型のために高速な上、プログラムが書きやすく、安全性も高く作られています。最近、最も注目されています。
　特集3では、オープンソースのプロジェクト管理ツール「Redmine」を分かりやすく紹介します。Redmineは「チケット」という単位でさまざまなタスクを管理できます。とても柔軟性が高く、設定次第ではプロジェクト管理だけでなく、さまざまな用途に活用できます。
　このほか、市販の拡張ボードでラズパイを100%利用する記事や、中小企業のシステム管理者の実体験を紹介した奮戦記なども連載として掲載しています。今回も読み応え十分のシェルスクリプトマガジン Vol.69。お見逃しなく!

※記事掲載のコードはこちら。記事の補足情報はこちら

※読者アンケートはこちら

Vol.69 補足情報

投稿日：2020.11.25　｜　カテゴリー：　コード

Techパズル

p.92の問題①は、

ではなく、

です。お詫びして訂正いたします。
※ PDF版とKindle版では訂正を反映する予定です。

情報は随時更新致します。

シェルスクリプトの書き方入門（Vol.68記載）

投稿日：2020.09.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：大津真

本連載ではシェルスクリプトの書き方をやさしく紹介します。対象とするシェルは、多くのLinuxディストリビューションが標準シェルとして採用する「Bash」です。第4回は、繰り返し処理を実現する制御構造を中心に解説します。

シェルスクリプトマガジン Vol.68は以下のリンク先でご購入できます。

図1　リストにある果物名を一つずつ表示するシェルスクリプトの例

for name in メロン バナナ イチゴ ミカン
do
    echo $name
done

1

2

3

4

for name in メロンバナナイチゴミカン

do

echo $name

done

図2　シェルスクリプト「showArgs1.sh」の内容

#!/bin/bash
for name in $@
do
    echo $name
done

1

2

3

4

5

#!/bin/bash

for name in $@

do

echo $name

done

図3　シェルスクリプト「showArgs2.sh」の内容

#!/bin/bash
for name in "$@"
do
    echo $name
done

1

2

3

4

5

#!/bin/bash

for name in "$@"

do

echo $name

done

図4　シェルスクリプト「showArgs3.sh」の内容

#!/bin/bash
for name
do
    echo $name
done

1

2

3

4

5

#!/bin/bash

for name

do

echo $name

done

図5　シェルスクリプト「colon_to_comma2.sh」の内容

#!/bin/bash
if [[ $# -eq 0 ]]; then
  echo "引数でファイルを指定してください"
  exit 1
fi
if [[ ! -f $1 ]]; then
  echo "$1が見つかりません"
  exit 1
fi
fname=$1
cp "$fname" "${fname}~"
tr ":" "," < "${fname}~" > "$fname"

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#!/bin/bash

if [[ $# -eq 0 ]]; then

echo "引数でファイルを指定してください"

exit 1

fi

if [[ ! -f $1 ]]; then

echo "$1が見つかりません"

exit 1

fi

fname=$1

cp "$fname" "${fname}~"

tr ":" "," < "${fname}~" > "$fname"

図6　シェルスクリプト「colon_to_comma3.sh」の内容

#!/bin/bash
if [[ $# -eq 0 ]]; then
    echo "引数でファイルを指定してください"
    exit 1
fi
for file in $@
do
    if [[ ! -f $file ]]; then
        echo "$fileが見つかりません"
        exit 1
    fi
    fname=$file
    echo "変換中: $file"
    cp "$fname" "${fname}~"
    tr ":" "," < "${fname}~" > "$fname"
done

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#!/bin/bash

if [[ $# -eq 0 ]]; then

echo "引数でファイルを指定してください"

exit 1

fi

for file in $@

do

if [[ ! -f $file ]]; then

echo "$fileが見つかりません"

exit 1

fi

fname=$file

echo "変換中: $file"

cp "$fname" "${fname}~"

tr ":" "," < "${fname}~" > "$fname"

done

図7　シェルスクリプト「hello10.sh」の内容

#!/bin/bash
for i in $(seq 10)
do
    echo "$i: こんにちは"
done

1

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#!/bin/bash

for i in $(seq 10)

do

echo "$i: こんにちは"

done

図8　シェルスクリプト「case1.sh」の内容

#!/bin/bash
case $1 in
    [a-z]*)
        echo "アルファベット小文字で始まります"
        ;;
    [A-Z]*)
        echo "アルファベット大文字で始まります"
        ;;
    [0-9]*)
        echo "数字で始まります"
        ;;
    *)
        echo "その他"
esac

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#!/bin/bash

case $1 in

[a-z]*)

echo "アルファベット小文字で始まります"

;;

[A-Z]*)

echo "アルファベット大文字で始まります"

;;

[0-9]*)

echo "数字で始まります"

;;

*)

echo "その他"

esac

図9　シェルスクリプト「case2.sh」の内容

#!/bin/bash
for file
do
    case $file in
        *.txt)
            echo "テキスト: $file"
            ;;
        *.htm | *.html)
            echo "HTML: $file"
            ;;
        *)
            echo "その他: $file"
    esac
done

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#!/bin/bash

for file

do

case $file in

*.txt)

echo "テキスト: $file"

;;

*.htm | *.html)

echo "HTML: $file"

;;

*)

echo "その他: $file"

esac

done

図10　シェルスクリプト「pat1.sh」の内容

#!/bin/bash
path="/home/o2/music/sample.test.mp3"
echo '${path#/*/} = ' ${path#/*/}
echo '${path##/*/} = ' ${path##/*/}
echo '${path%.*} = ' ${path%.*}
echo '${path%%.*} = ' ${path%%.*}

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#!/bin/bash

path="/home/o2/music/sample.test.mp3"

echo '${path#/*/} = ' ${path#/*/}

echo '${path##/*/} = ' ${path##/*/}

echo '${path%.*} = ' ${path%.*}

echo '${path%%.*} = ' ${path%%.*}

図11　シェルスクリプト「cgExt1.sh」の内容

#!/bin/bash
if [[ $# -eq 0 ]]; then
    echo "引数でファイルを指定してください"
    exit 1
fi

for file
do
    case $file in
        *.htm)
            newfile=${file%.*}.html
            echo "$file to $newfile"
            mv $file $newfile
            ;;
        *.jpeg)
            newfile=${file%.*}.jpg
            echo "$file to $newfile"
            mv $file $newfile
            ;;
    esac
done

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#!/bin/bash

if [[ $# -eq 0 ]]; then

echo "引数でファイルを指定してください"

exit 1

fi

for file

do

case $file in

*.htm)

newfile=${file%.*}.html

echo "$file to $newfile"

mv $file $newfile

;;

*.jpeg)

newfile=${file%.*}.jpg

echo "$file to $newfile"

mv $file $newfile

;;

esac

done

図12　シェルスクリプト「while1.sh」の内容

#!/bin/bash
read -p "文字列？ " str
while [[ -n $str ]]
do
    echo $str | tr "a-z" "A-Z"
    read -p "文字列？ " str
done

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#!/bin/bash

read -p "文字列？ " str

while [[ -n $str ]]

do

echo $str | tr "a-z" "A-Z"

read -p "文字列？ " str

done

図13　シェルスクリプト「while2.sh」の内容

#!/bin/bash
while true
do
    read -p "文字列？ " str
    if [[ -z $str ]]; then
        break
    fi
    echo $str | tr "a-z" "A-Z"
done

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#!/bin/bash

while true

do

read -p "文字列？ " str

if [[ -z $str ]]; then

break

fi

echo $str | tr "a-z" "A-Z"

done

図14　シェルスクリプト「cgExt2.sh」の内容

#!/bin/bash
if [[ $# -eq 0 ]]; then
    echo "引数でファイルを指定してください"
    exit 1
fi

for file
do
    if [[ ! -f $file ]]; then
        echo "${file}が見つかりません"
        continue
    fi
    case $file in
        *.htm)
            newfile=${file%.*}.html
            echo "$file to $newfile"
            mv $file $newfile
            ;;
        *.jpeg)
            newfile=${file%.*}.jpg
            echo "$file to $newfile"
            mv $file $newfile
            ;;
    esac
done

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#!/bin/bash

if [[ $# -eq 0 ]]; then

echo "引数でファイルを指定してください"

exit 1

fi

for file

do

if [[ ! -f $file ]]; then

echo "${file}が見つかりません"

continue

fi

case $file in

*.htm)

newfile=${file%.*}.html

echo "$file to $newfile"

mv $file $newfile

;;

*.jpeg)

newfile=${file%.*}.jpg

echo "$file to $newfile"

mv $file $newfile

;;

esac

done

バーティカルバーの極意（Vol.68掲載）

投稿日：2020.09.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：飯尾淳

Twitterのトレンド分析に関する解説も、とうとう3回目に突入しました。今回は、共起ネットワークグラフの描画処理について説明します。描画にはD3.jsというグラフ描画フレームワークを使います。この描画処理では、データの受け渡し方法にちょっとした工夫をしており、それについても解説します。

シェルスクリプトマガジン Vol.68は以下のリンク先でご購入できます。

図2　トレンド表示画面を構成するビューのソースコード

<h2>
  <%= link_to @trend.label,
              "https://twitter.com/search?q=#{@trend.label}",
              :target => '_blank' %>
</h2>
<p>
  <%= t('collected') %>
  <%= link_to l(@trend.collected, format: :long),
              "../#{@trend.collected}", :class => 'href' %>
  <%= link_to t('prev_item'), trend_path(@prev),
              :class => 'href' if @prev != nil %>
  <%= link_to t('next_item'), trend_path(@next),
              :class => 'href' if @next != nil %>
</p>
<div id="graph_canvas" data-src="<%= api_trend_path(@trend) %>">
</div>

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<h2>

<%= link_to @trend.label,

"https://twitter.com/search?q=#{@trend.label}",

:target => '_blank' %>

</h2>

<p>

<%= t('collected') %>

<%= link_to l(@trend.collected, format: :long),

"../#{@trend.collected}", :class => 'href' %>

<%= link_to t('prev_item'), trend_path(@prev),

:class => 'href' if @prev != nil %>

<%= link_to t('next_item'), trend_path(@next),

:class => 'href' if @next != nil %>

</p>

</div>

図5　サーバー側の処理をするRailsのコントローラのコード

class Api::TrendsController < ApplicationController
  def index
    render json: Trend.where(collected: params[:date])
  end

  def show
    l = []
    @trend = Trend.find(params[:id])
    l.push(@trend.nodes)
    @trend.nodes.each {|n|
      l.push(n.links)
    }
    render json: l
  end
end

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class Api::TrendsController < ApplicationController

def index

render json: Trend.where(collected: params[:date])

end

def show

l = []

@trend = Trend.find(params[:id])

l.push(@trend.nodes)

@trend.nodes.each {|n|

l.push(n.links)

}

render json: l

end

図6　クライアント側の処理をするコード

$(document).on('turbolinks:load', function() {
  if ($('#graph_canvas').attr('data-src') != undefined) {
    $.ajax({
      url:      $('#graph_canvas').attr('data-src'),
      dataType: 'json',
      success:  function(data) { drawGraph(data); },
      error:    function(data) { alert('error'); }
    });
  }
});
function drawGraph(data) {
    "use strict"
    var width, height, chartWidth, chartHeight, margin
    d3.select("#svg").remove()
    var svg = d3.select("#graph_canvas")
                .append("svg").attr("id", "svg")
    var chartLayer = svg.append("g").classed("chartLayer", true)
    setSize()
    drawChart(convertData(data))    
    function convertData(data) {
        var nodes = data.shift()
        var n_ary = nodes.map(function(d) {
                      d['r'] = d.freq / 4 + 15; return d })
        var l_hash = {}
        var ctr = 0
　      for (var n_links of data) {
            for (var link of n_links) {
                if (l_hash[link.id] == undefined) {
                    l_hash[link.id] = { line_width: link.corr / 20, 
                                        source: nodes[ctr] }
                } else { l_hash[link.id]['target'] = nodes[ctr] }
            }
            ctr++
        }
        return { nodes: n_ary, links: Object.values(l_hash) }
    }
    function setSize() {
        width = document.querySelector("#graph_canvas").clientWidth
        height = document.querySelector("#graph_canvas").clientHeight
        margin = { top:0, left:0, bottom:0, right:0 }
        chartWidth = width - (margin.left+margin.right)
        chartHeight = height - (margin.top+margin.bottom)
        svg.attr("width", width).attr("height", height)
        chartLayer
            .attr("width", chartWidth)
            .attr("height", chartHeight)
            .attr("transform",
                  "translate("+[margin.left, margin.top]+")")
    }
    function drawChart(data) {
        var STEM_LENGTH=30
        var simulation = d3.forceSimulation()
            .force("link",
             d3.forceLink().id(function(d) { return d.index }))
            .force("collide",
             d3.forceCollide(function(d) { return d.r + STEM_LENGTH })
               .iterations(16) )
            .force("charge", d3.forceManyBody())
            .force("center",
             d3.forceCenter(chartWidth / 2, chartHeight / 2))
            .force("y", d3.forceY(0))
            .force("x", d3.forceX(0))
        var link = svg.append("g")
            .attr("class", "links")
            .selectAll("line")
            .data(data.links)
            .enter()
            .append("line")
            .attr("stroke", "brown")
            .attr("stroke-width", function(d) { return d.line_width })
        var node_label = svg.append("g")
            .attr("class", "nodes")
            .selectAll("g")
            .data(data.nodes)
            .enter().append("g")
            .call(d3.drag()
                .on("start", dragstarted)
                .on("drag", dragged)
                .on("end", dragended));
        var node = node_label.append("circle")
            .attr("r", function(d) { return d.r })
            .attr("fill", function(d) {
                return (d.freq > 60.0) ?
                        "moccasin" : (d.freq > 20.0) ?
                        "lemonchiffon" : (d.freq > 5.0) ?
                        "beige" : "lavender" });
        var label = node_label.append("text")
            .attr("text-anchor", "middle")
            .attr("font-family", "Arial")
            .attr("dy", "0.5em")
            .attr("font-size", function(d) {return d.r / 1.5; })
            .text(function(d) { return d.word; })
        var ticked = function() {
            link.attr("x1", function(d) { return d.source.x; })
                .attr("y1", function(d) { return d.source.y; })
                .attr("x2", function(d) { return d.target.x; })
                .attr("y2", function(d) { return d.target.y; });
            node_label.attr("transform",
                function(d) { return "translate("+d.x+","+d.y+")"; })
        }
        simulation.nodes(data.nodes).on("tick", ticked);
        simulation.force("link").links(data.links);
        function dragstarted(d) {
            if (!d3.event.active) {
                simulation.alphaTarget(0.1).restart();
            }
            d.fx = d.x;
            d.fy = d.y;
        }
        function dragged(d) {
            d.fx = d3.event.x;
            d.fy = d3.event.y;
        }
        function dragended(d) {
            if (!d3.event.active) simulation.alphaTarget(0);
            d.fx = null;
            d.fy = null;
        }
    }
}

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$(document).on('turbolinks:load', function() {

if ($('#graph_canvas').attr('data-src') != undefined) {

$.ajax({

url: $('#graph_canvas').attr('data-src'),

dataType: 'json',

success: function(data) { drawGraph(data); },

error: function(data) { alert('error'); }

});

}

});

function drawGraph(data) {

"use strict"

var width, height, chartWidth, chartHeight, margin

d3.select("#svg").remove()

var svg = d3.select("#graph_canvas")

.append("svg").attr("id", "svg")

var chartLayer = svg.append("g").classed("chartLayer", true)

setSize()

drawChart(convertData(data))

function convertData(data) {

var nodes = data.shift()

var n_ary = nodes.map(function(d) {

d['r'] = d.freq / 4 + 15; return d })

var l_hash = {}

var ctr = 0

　 for (var n_links of data) {

for (var link of n_links) {

if (l_hash[link.id] == undefined) {

l_hash[link.id] = { line_width: link.corr / 20,

source: nodes[ctr] }

} else { l_hash[link.id]['target'] = nodes[ctr] }

}

ctr++

}

return { nodes: n_ary, links: Object.values(l_hash) }

}

function setSize() {

width = document.querySelector("#graph_canvas").clientWidth

height = document.querySelector("#graph_canvas").clientHeight

margin = { top:0, left:0, bottom:0, right:0 }

chartWidth = width - (margin.left+margin.right)

chartHeight = height - (margin.top+margin.bottom)

svg.attr("width", width).attr("height", height)

chartLayer

.attr("width", chartWidth)

.attr("height", chartHeight)

.attr("transform",

"translate("+[margin.left, margin.top]+")")

}

function drawChart(data) {

var STEM_LENGTH=30

var simulation = d3.forceSimulation()

.force("link",

d3.forceLink().id(function(d) { return d.index }))

.force("collide",

d3.forceCollide(function(d) { return d.r + STEM_LENGTH })

.iterations(16) )

.force("charge", d3.forceManyBody())

.force("center",

d3.forceCenter(chartWidth / 2, chartHeight / 2))

.force("y", d3.forceY(0))

.force("x", d3.forceX(0))

var link = svg.append("g")

.attr("class", "links")

.selectAll("line")

.data(data.links)

.enter()

.append("line")

.attr("stroke", "brown")

.attr("stroke-width", function(d) { return d.line_width })

var node_label = svg.append("g")

.attr("class", "nodes")

.selectAll("g")

.data(data.nodes)

.enter().append("g")

.call(d3.drag()

.on("start", dragstarted)

.on("drag", dragged)

.on("end", dragended));

var node = node_label.append("circle")

.attr("r", function(d) { return d.r })

.attr("fill", function(d) {

return (d.freq > 60.0) ?

"moccasin" : (d.freq > 20.0) ?

"lemonchiffon" : (d.freq > 5.0) ?

"beige" : "lavender" });

var label = node_label.append("text")

.attr("text-anchor", "middle")

.attr("font-family", "Arial")

.attr("dy", "0.5em")

.attr("font-size", function(d) {return d.r / 1.5; })

.text(function(d) { return d.word; })

var ticked = function() {

link.attr("x1", function(d) { return d.source.x; })

.attr("y1", function(d) { return d.source.y; })

.attr("x2", function(d) { return d.target.x; })

.attr("y2", function(d) { return d.target.y; });

node_label.attr("transform",

function(d) { return "translate("+d.x+","+d.y+")"; })

}

simulation.nodes(data.nodes).on("tick", ticked);

simulation.force("link").links(data.links);

function dragstarted(d) {

if (!d3.event.active) {

simulation.alphaTarget(0.1).restart();

}

d.fx = d.x;

d.fy = d.y;

}

function dragged(d) {

d.fx = d3.event.x;

d.fy = d3.event.y;

}

function dragended(d) {

if (!d3.event.active) simulation.alphaTarget(0);

d.fx = null;

d.fy = null;

}

Webアプリケーションの正しい作り方（Vol.68記載）

投稿日：2020.09.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：しょっさん

ソフトウエアを正しく作るために、エンジニアたちはどんなことを知らなければならないでしょうか。実際のコードを使って、より良くしていくためのステップを考えてみましょう。第8回は、第1回で述べた「クリーンアーキテクチャ」に習って、ロジックと、フレームワークやライブラリ、その他の処理を分離します。

シェルスクリプトマガジン Vol.68は以下のリンク先でご購入できます。

図1　経費精算申請を処理しているコード

import { Request, Response, NextFunction } from "express";
import Express from "express";
import { Expense } from "../models/expense";
const router = Express.Router();

// POST 経費の入力
router.post("/", (req: Request, res: Response, next: NextFunction) => {
  Expense.create(req.body)
    .then((result) => {
      res.status(200).json(result);
    })
    .catch((err) => {
      console.log(err);
      res.status(400).json({ id: 20002, message: err });
    });
});

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import { Request, Response, NextFunction } from "express";

import Express from "express";

import { Expense } from "../models/expense";

const router = Express.Router();

// POST 経費の入力

router.post("/", (req: Request, res: Response, next: NextFunction) => {

Expense.create(req.body)

.then((result) => {

res.status(200).json(result);

})

.catch((err) => {

console.log(err);

res.status(400).json({ id: 20002, message: err });

});

図3　「User Entity」オブジェクト

class User {
  id: number;
  name: string;
  salaray: number;
}

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class User {

id: number;

salaray: number;

}

図5　「common/index.ts」ファイル

export enum approval_status {
  minimum,
  unapproved,
  approved,
  reject,
  reimburse,
  maximum,
}

// エンティティ用のオブジェクトの基本構成
export abstract class EntityObject<T> {
  protected props: T;

  protected constructor(props: T) {
    this.props = props;
  }
}

// プリミティブ型のビジネスルール実装のための基本構成
export abstract class PrimitiveObject<T> extends EntityObject<T> {
  get value(): T {
    return this.props;
  }
}

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export enum approval_status {

minimum,

unapproved,

approved,

reject,

reimburse,

maximum,

}

// エンティティ用のオブジェクトの基本構成

export abstract class EntityObject<T> {

protected props: T;

protected constructor(props: T) {

this.props = props;

}

// プリミティブ型のビジネスルール実装のための基本構成

export abstract class PrimitiveObject<T> extends EntityObject<T> {

get value(): T {

return this.props;

}

図6　「domains/expenseEntity.ts」ファイル

import { EntityObject, approval_status, PrimitiveObject } from "../common";

export const MAX_LENGTH = 64;
export const MAX_AMOUNT = 1000000;

// 費目名のルール
class Type extends PrimitiveObject<string> {
  static create(value: string): Type {
    if (value.length > MAX_LENGTH || value.length <= 0)
      throw new Error("費目名が長すぎるか、ありません");
    return new Type(value);
  }
}

// 承認コードのルール
class Approval extends PrimitiveObject<approval_status> {
  static create(value: approval_status = approval_status.unapproved): Approval {
    if (value <= approval_status.minimum || value >= approval_status.maximum)
      throw new Error("承認コードがおかしい");
    return new Approval(value);
  }
}

// 請求金額のルール
class Amount extends PrimitiveObject<number> {
  static create(value: number): Amount {
    if (value <= 0 || value >= MAX_AMOUNT)
      throw new Error("請求金額が範囲を超えている");
    return new Amount(value);
  }
}

// 経費精算で利用されるクラスの実態
interface IExpenseProps {
  id?: number | undefined;
  user_id: string;
  user_name?: string;
  date: Date;
  type: Type;
  description?: string | null;
  approval: Approval;
  amount: Amount;
}

// オブジェクトを構成する要素
export interface IExpenseValue {
  id?: number | undefined;
  user_id: string;
  user_name?: string;
  date: Date;
  type: string;
  description?: string | null;
  approval: approval_status;
  amount: number;
}

export class ExpenseEntity extends EntityObject<IExpenseProps> {
  constructor(props: IExpenseProps) {
    super(props);
  }

  set approval(status: approval_status) {
    this.props.approval = Approval.create(status);
  }

  static create(values: IExpenseValue): ExpenseEntity {
    return new ExpenseEntity({
      id: values.id,
      user_id: values.user_id,
      user_name: values.user_name,
      date: values.date,
      type: Type.create(values.type),
      description: values.description,
      approval: Approval.create(values.approval),
      amount: Amount.create(values.amount),
    });
  }

  public read(): IExpenseValue {
    return {
      id: this.props.id,
      user_id: this.props.user_id,
      user_name: this.props.user_name,
      date: this.props.date,
      type: this.props.type.value,
      description: this.props.description,
      approval: this.props.approval.value,
      amount: this.props.amount.value,
    };
  }
}

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import { EntityObject, approval_status, PrimitiveObject } from "../common";

export const MAX_LENGTH = 64;

export const MAX_AMOUNT = 1000000;

// 費目名のルール

class Type extends PrimitiveObject<string> {

static create(value: string): Type {

if (value.length > MAX_LENGTH || value.length <= 0)

throw new Error("費目名が長すぎるか、ありません");

return new Type(value);

}

// 承認コードのルール

class Approval extends PrimitiveObject<approval_status> {

static create(value: approval_status = approval_status.unapproved): Approval {

if (value <= approval_status.minimum || value >= approval_status.maximum)

throw new Error("承認コードがおかしい");

return new Approval(value);

}

// 請求金額のルール

class Amount extends PrimitiveObject<number> {

static create(value: number): Amount {

if (value <= 0 || value >= MAX_AMOUNT)

throw new Error("請求金額が範囲を超えている");

return new Amount(value);

}

// 経費精算で利用されるクラスの実態

interface IExpenseProps {

id?: number | undefined;

user_id: string;

user_name?: string;

date: Date;

type: Type;

description?: string | null;

approval: Approval;

amount: Amount;

}

// オブジェクトを構成する要素

export interface IExpenseValue {

id?: number | undefined;

user_id: string;

user_name?: string;

date: Date;

type: string;

description?: string | null;

approval: approval_status;

amount: number;

}

export class ExpenseEntity extends EntityObject<IExpenseProps> {

constructor(props: IExpenseProps) {

super(props);

}

set approval(status: approval_status) {

this.props.approval = Approval.create(status);

}

static create(values: IExpenseValue): ExpenseEntity {

return new ExpenseEntity({

id: values.id,

user_id: values.user_id,

user_name: values.user_name,

date: values.date,

type: Type.create(values.type),

description: values.description,

approval: Approval.create(values.approval),

amount: Amount.create(values.amount),

});

}

public read(): IExpenseValue {

return {

id: this.props.id,

user_id: this.props.user_id,

user_name: this.props.user_name,

date: this.props.date,

type: this.props.type.value,

description: this.props.description,

approval: this.props.approval.value,

amount: this.props.amount.value,

};

}

図7　「usecases/SubmitExpense.ts」ファイル

import { IExpenseRepository } from "./IExpenseRepository";
import { ExpenseEntity, IExpenseValue } from "../domains/expenseEntity";

export class SubmitExpense {
  private _expenseRepository: IExpenseRepository;

  constructor(expenseRepository: IExpenseRepository) {
    this._expenseRepository = expenseRepository;
  }

  execute(expense: IExpenseValue) {
    const e = ExpenseEntity.create(expense);
    return this._expenseRepository.store(e);
  }
}

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import { IExpenseRepository } from "./IExpenseRepository";

import { ExpenseEntity, IExpenseValue } from "../domains/expenseEntity";

export class SubmitExpense {

private _expenseRepository: IExpenseRepository;

constructor(expenseRepository: IExpenseRepository) {

this._expenseRepository = expenseRepository;

}

execute(expense: IExpenseValue) {

const e = ExpenseEntity.create(expense);

return this._expenseRepository.store(e);

}

図8　「usecases/IExpenseRepository.ts」ファイル

import { ExpenseEntity } from "../domains/expenseEntity";

export interface IExpenseRepository {
  findAllApproved(): Promise<ExpenseEntity[]>;
  findAllRejected(): Promise<ExpenseEntity[]>;
  findUnapproval(id: string): Promise<ExpenseEntity[]>;
  updateApproval(id: number, expense: ExpenseEntity): Promise<ExpenseEntity>;
  findById(id: number): Promise<ExpenseEntity>;
  update(expense: ExpenseEntity): Promise<ExpenseEntity>;
  store(expense: ExpenseEntity): Promise<ExpenseEntity>;
}

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import { ExpenseEntity } from "../domains/expenseEntity";

export interface IExpenseRepository {

findAllApproved(): Promise<ExpenseEntity[]>;

findAllRejected(): Promise<ExpenseEntity[]>;

findUnapproval(id: string): Promise<ExpenseEntity[]>;

updateApproval(id: number, expense: ExpenseEntity): Promise<ExpenseEntity>;

findById(id: number): Promise<ExpenseEntity>;

update(expense: ExpenseEntity): Promise<ExpenseEntity>;

store(expense: ExpenseEntity): Promise<ExpenseEntity>;

}

図9　「interfaces/ExpenseController.ts」ファイル

import { SubmitExpense } from "../usecases/SubmitExpense";
import { IExpenseValue } from "../domains/expenseEntity";
import { ExpenseRepository } from "./expenseRepository";

export class ExpenseController {
  async submitExpenseController(expense: IExpenseValue): Promise<IExpenseValue> {
    const expenseRepository = new ExpenseRepository();

    try {
      const usecase = new SubmitExpense(expenseRepository);
      const result = await usecase.execute(expense);
      return result.read();
    } catch (error) {
      throw new Error(error);
    }
  }
}

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import { SubmitExpense } from "../usecases/SubmitExpense";

import { IExpenseValue } from "../domains/expenseEntity";

import { ExpenseRepository } from "./expenseRepository";

export class ExpenseController {

async submitExpenseController(expense: IExpenseValue): Promise<IExpenseValue> {

const expenseRepository = new ExpenseRepository();

try {

const usecase = new SubmitExpense(expenseRepository);

const result = await usecase.execute(expense);

return result.read();

} catch (error) {

throw new Error(error);

}

図10　「interfaces/ExpenseRepository.ts」ファイル

import { Expense } from "../../models/expense";
import { approval_status } from "../common";
import { ExpenseEntity } from "../domains/expenseEntity";
import { IExpenseRepository } from "../usecases/IExpenseRepository";

export class ExpenseRepository implements IExpenseRepository {
  findAllApproved(): Promise<ExpenseEntity[]> {
    return Expense.findAll({
      where: {
        approval: approval_status.approved,
      },
    }).then((results) => {
      return results.map((value, index, array) => {
        return ExpenseEntity.create(value);
      });
    });
  }
（略）
  store(e: ExpenseEntity): Promise<ExpenseEntity> {
    return Expense.create(e.read())
      .then((result) => {
        return ExpenseEntity.create(result);
      })
      .catch((err) => {
        throw new Error("請求処理が失敗しました");
      });
  }
}

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import { Expense } from "../../models/expense";

import { approval_status } from "../common";

import { ExpenseEntity } from "../domains/expenseEntity";

import { IExpenseRepository } from "../usecases/IExpenseRepository";

export class ExpenseRepository implements IExpenseRepository {

findAllApproved(): Promise<ExpenseEntity[]> {

return Expense.findAll({

where: {

approval: approval_status.approved,

},

}).then((results) => {

return results.map((value, index, array) => {

return ExpenseEntity.create(value);

});

}

（略）

store(e: ExpenseEntity): Promise<ExpenseEntity> {

return Expense.create(e.read())

.then((result) => {

return ExpenseEntity.create(result);

})

.catch((err) => {

throw new Error("請求処理が失敗しました");

});

}

図11　「expense.ts」ファイル

// POST 経費の入力
router.post("/", (req: Request, res: Response, next: NextFunction) => {
  const e = new ExpenseController();

  e.submitExpenseController(req.body!)
    .then((result) => {
      res.status(200).json(result);
    })
    .catch((err) => {
      res.status(400).json({ id: "20201", message: err });
    });
});

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// POST 経費の入力

router.post("/", (req: Request, res: Response, next: NextFunction) => {

const e = new ExpenseController();

e.submitExpenseController(req.body!)

.then((result) => {

res.status(200).json(result);

})

.catch((err) => {

res.status(400).json({ id: "20201", message: err });

});

図13　「index.ts」ファイル

// API
app.use("/api/auth", auth);
app.use("/api/expense", Authorization.isAuthorized, expense);
app.use(
  "/api/payment",
  Authorization.isAuthorized,
  Authorization.isAccounting,
  payment
);
app.use(
  "/api/approval",
  Authorization.isAuthorized,
  Authorization.isBoss,
  approval
);

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// API

app.use("/api/auth", auth);

app.use("/api/expense", Authorization.isAuthorized, expense);

app.use(

"/api/payment",

Authorization.isAuthorized,

Authorization.isAccounting,

payment

);

app.use(

"/api/approval",

Authorization.isAuthorized,

Authorization.isBoss,

approval

);

香川大学SLPからお届け！（Vol.68掲載）

投稿日：2020.09.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：山下賢治

初めまして。香川大学工学研究科修士1年の山下賢治です。今回は、JavaScriptライブラリ「React」と、API向けのクエリー言語「GraphQL」を用いて、GitHubで公開されているリポジトリの検索Webアプリケーションを作成します。リポジトリの絞り込みには、開発言語とスター数を利用します。

シェルスクリプトマガジン Vol.68は以下のリンク先でご購入できます。

図3　「src/auth.js」ファイルに記述する内容

import { ApolloClient, createHttpLink, InMemoryCache } from '@apollo/client';
import { setContext } from '@apollo/client/link/context';

const httpLink = createHttpLink({
  uri: 'https://api.github.com/graphql',
});

const authLink = setContext(() => {
  const TOKEN = process.env.REACT_APP_TOKEN;
  return {
    headers: {
      Authorization: `Bearer ${TOKEN}`,
    },
  };
});

export const client = new ApolloClient({
  link: authLink.concat(httpLink),
  cache: new InMemoryCache(),
});

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import { ApolloClient, createHttpLink, InMemoryCache } from '@apollo/client';

import { setContext } from '@apollo/client/link/context';

const httpLink = createHttpLink({

uri: 'https://api.github.com/graphql',

});

const authLink = setContext(() => {

const TOKEN = process.env.REACT_APP_TOKEN;

return {

headers: {

Authorization: `Bearer ${TOKEN}`,

},

};

});

export const client = new ApolloClient({

link: authLink.concat(httpLink),

cache: new InMemoryCache(),

});

図4　「src/index.js」ファイルに記述する内容

import React from 'react';
import ReactDOM from 'react-dom';
import { ApolloProvider } from '@apollo/client';
import { client } from './auth';
import RepoInfo from './components/RepoInfo';
import * as serviceWorker from './serviceWorker';

ReactDOM.render(
  <React.StrictMode>
    <ApolloProvider client={client}>
      <RepoInfo />
    </ApolloProvider>
  </React.StrictMode>,
  document.getElementById('root')
);

// If you want your app to work offline and load faster, you can change
// unregister() to register() below. Note this comes with some pitfalls.
// Learn more about service workers: https://bit.ly/CRA-PWA
serviceWorker.unregister();

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import React from 'react';

import ReactDOM from 'react-dom';

import { ApolloProvider } from '@apollo/client';

import { client } from './auth';

import RepoInfo from './components/RepoInfo';

import * as serviceWorker from './serviceWorker';

ReactDOM.render(

<React.StrictMode>

</ApolloProvider>

</React.StrictMode>,

document.getElementById('root')

);

// If you want your app to work offline and load faster, you can change

// unregister() to register() below. Note this comes with some pitfalls.

// Learn more about service workers: https://bit.ly/CRA-PWA

serviceWorker.unregister();

図5　「src/graphql/index.js」ファイルに記述する内容

import { gql } from '@apollo/client';
export const SEARCH_REPO = gql`
  query getData($queryString: String!) {
    search(query: $queryString, type: REPOSITORY, first: 10) {
      nodes {
        ... on Repository {
          databaseId
          nameWithOwner
          openGraphImageUrl
        }
      }
    }
  }
`;

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import { gql } from '@apollo/client';

export const SEARCH_REPO = gql`

query getData($queryString: String!) {

search(query: $queryString, type: REPOSITORY, first: 10) {

nodes {

... on Repository {

databaseId

nameWithOwner

openGraphImageUrl

}

`;

図6　「src/components/RepoInfo.jsx」ファイルに記述する内容

import React, {useState, useEffect, useCallback} from 'react';
import {useLazyQuery} from '@apollo/client';
import { SEARCH_REPO } from '../graphql';

const useRepoData = () => {
  const [getData, {loading, error, data}] = useLazyQuery(SEARCH_REPO)
  const [query, setQuery] = useState('')
  const fetchData = useCallback(() => {
    getData({
      variables: {
        queryString: query
      }
    });
  }, [getData, query]);
  useEffect(() => {
    fetchData()
  }, [fetchData])
  return [setQuery, {loading, error, data}]
}
const RepoInfo = () => {
  const [fetchData, {loading, error,data}] = useRepoData()
  const handleOnClick = () => {
    fetchData(`language:python stars:>100`)
  }
  if (loading) return <p>Loading Repository</p>
  if (error) return <p>Error while searching Repository</p>
  return (
    <>
      <button onClick={handleOnClick}>
        search
      </button>
      {
        data ? data.search.nodes.map(
          repo =>
            <div key={repo.databaseId}>
              <h2>{repo.nameWithOwner}</h2>
              <img src={repo.openGraphImageUrl} alt='repoImage' />
            </div>
        )
          : <></>
      }
    </>
  )
}
export default RepoInfo;

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import React, {useState, useEffect, useCallback} from 'react';

import {useLazyQuery} from '@apollo/client';

import { SEARCH_REPO } from '../graphql';

const useRepoData = () => {

const [getData, {loading, error, data}] = useLazyQuery(SEARCH_REPO)

const [query, setQuery] = useState('')

const fetchData = useCallback(() => {

getData({

variables: {

queryString: query

}

});

}, [getData, query]);

useEffect(() => {

fetchData()

}, [fetchData])

return [setQuery, {loading, error, data}]

}

const RepoInfo = () => {

const [fetchData, {loading, error,data}] = useRepoData()

const handleOnClick = () => {

fetchData(`language:python stars:>100`)

}

if (loading) return <p>Loading Repository</p>

if (error) return <p>Error while searching Repository</p>

return (

<>

search

</button>

{

data ? data.search.nodes.map(

repo =>

<h2>{repo.nameWithOwner}</h2>

</div>

)

: <></>

}

</>

)

}

export default RepoInfo;

図9　変更後の「src/components/RepoInfo.jsx」ファイルの内容

import React, {useState, useEffect, useCallback} from 'react';
import {useLazyQuery} from '@apollo/client';
import { SEARCH_REPO } from '../graphql';

const useInput = initialValue => {
  const [value, set] = useState(initialValue)
  return {value, onChange: (e) => set(e.target.value)}
}
const useRepoData = () => {
  const [getData, {loading, error, data}] = useLazyQuery(SEARCH_REPO)
  const [query, setQuery] = useState('')
  const fetchData = useCallback(() => {
    getData({
      variables: {
        queryString: query
      }
    });
  }, [getData, query]);
  useEffect(() => {
    fetchData()
  }, [fetchData])
  return [setQuery, {loading, error, data}]
}
const RepoInfo = () => {
  const stars = useInput(0)
  const language = useInput('')
  const [fetchData, {loading, error,data}] = useRepoData()
  const handleOnClick = () => {
    fetchData(`language:${language.value} stars:>${stars.value}`)
  }
  if (loading) return <p>Loading Repository</p>
  if (error) return <p>Error while searching Repository</p>
 return (
    <>
      <label>
        Language :
        <input type='text' {...language} />
      </label>
      <label>
        More than :
        <input type='text' {...stars} />
        Stars
      </label>
      <button onClick={handleOnClick}>
        search
      </button>
      {
        data ? data.search.nodes.map(
          repo =>
            <div key={repo.databaseId}>
              <h2>{repo.nameWithOwner}</h2>
              <img src={repo.openGraphImageUrl} alt='repoImage' />
            </div>
        )
          : <></>
      }
    </>
  )
}
export default RepoInfo;

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import React, {useState, useEffect, useCallback} from 'react';

import {useLazyQuery} from '@apollo/client';

import { SEARCH_REPO } from '../graphql';

const useInput = initialValue => {

const [value, set] = useState(initialValue)

return {value, onChange: (e) => set(e.target.value)}

}

const useRepoData = () => {

const [getData, {loading, error, data}] = useLazyQuery(SEARCH_REPO)

const [query, setQuery] = useState('')

const fetchData = useCallback(() => {

getData({

variables: {

queryString: query

}

});

}, [getData, query]);

useEffect(() => {

fetchData()

}, [fetchData])

return [setQuery, {loading, error, data}]

}

const RepoInfo = () => {

const stars = useInput(0)

const language = useInput('')

const [fetchData, {loading, error,data}] = useRepoData()

const handleOnClick = () => {

fetchData(`language:${language.value} stars:>${stars.value}`)

}

if (loading) return <p>Loading Repository</p>

if (error) return <p>Error while searching Repository</p>

return (

<>

<label>

Language :

</label>

<label>

More than :

Stars

</label>

search

</button>

{

data ? data.search.nodes.map(

repo =>

<h2>{repo.nameWithOwner}</h2>

</div>

)

: <></>

}

</>

)

}

export default RepoInfo;

レッドハットのプロダクト（Vol.68記載）

投稿日：2020.09.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：小杉研太

前回（第3回）に引き続き、アプリやデータの連携を実現するためのミドルウエア製品「Red Hat Integration」を紹介します。第4回はRed Hat Integrationに含まれる「Red Hat AMQ」と「Red Hat Fuse」のアップストリームとなる「Strimzi」と「Apache Camel」について触れます。

シェルスクリプトマガジン Vol.68は以下のリンク先でご購入できます。

図17　KafkaとSlackを統合できるコード

FromKafkaToSlack.java
import org.apache.camel.builder.RouteBuilder;
import org.apache.camel.component.slack.SlackComponent;

public class FromKafkaToSlack extends RouteBuilder {

    @Override
    public void configure() throws Exception {
        final SlackComponent slackComponent = (SlackComponent) this.getContext().getComponent("slack");
        slackComponent.setWebhookUrl(Webhook URL);

        from("kafka:my-topic?brokers=my-cluster-kafka-bootstrap:9092")
            .routeId("from-kafka-to-slack")
            .to("slack:#my-kafka-project");
    }
}

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FromKafkaToSlack.java

import org.apache.camel.builder.RouteBuilder;

import org.apache.camel.component.slack.SlackComponent;

public class FromKafkaToSlack extends RouteBuilder {

@Override

public void configure() throws Exception {

final SlackComponent slackComponent = (SlackComponent) this.getContext().getComponent("slack");

slackComponent.setWebhookUrl(Webhook URL);

from("kafka:my-topic?brokers=my-cluster-kafka-bootstrap:9092")

.routeId("from-kafka-to-slack")

.to("slack:#my-kafka-project");

}

Raspberry Piを100%活用しよう（Vol.68掲載）

投稿日：2020.09.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：米田聡

小型コンピュータボード「Raspberry Pi」（ラズパイ）向けにさまざまな拡張ボードが発売されています。その拡張ボードとラズパイを組み合わせれば、ラズパイでいろいろなことが簡単に試せます。第1回は、電子ペーパーディスプレイ搭載の拡張基板を扱います。

シェルスクリプトマガジン Vol.68は以下のリンク先でご購入できます。

図3　電子ペーパーディスプレイに文字を表示するサンプルプログラム（text.py）

from inky import Inky
from PIL import Image, ImageFont, ImageDraw

DEFAULT_FONT = '/usr/share/fonts/truetype/fonts-japanese-gothic.ttf'
FONT_SIZE = 24
LINE_HEIGHT = 26

ink = Inky()
# 2値イメージの作成
image = Image.new('P',(ink.width, ink.height))
draw = ImageDraw.Draw(image)
font = ImageFont.truetype(DEFAULT_FONT, FONT_SIZE)

# 文字描画
draw.text((0, 0), "シェルスクリプト"  , font=font, fill=1)
draw.text((0,26), "マガジン"          , font=font, fill=1)
draw.text((0,52), "ゼロ・ワンシリーズ", font=font, fill=1)
draw.text((0,78), "電子ペパーモニタ"  , font=font, fill=1)
# セットして表示
ink.set_image(image)
ink.show()

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from inky import Inky

from PIL import Image, ImageFont, ImageDraw

DEFAULT_FONT = '/usr/share/fonts/truetype/fonts-japanese-gothic.ttf'

FONT_SIZE = 24

LINE_HEIGHT = 26

ink = Inky()

# 2値イメージの作成

image = Image.new('P',(ink.width, ink.height))

draw = ImageDraw.Draw(image)

font = ImageFont.truetype(DEFAULT_FONT, FONT_SIZE)

# 文字描画

draw.text((0, 0), "シェルスクリプト" , font=font, fill=1)

draw.text((0,26), "マガジン" , font=font, fill=1)

draw.text((0,52), "ゼロ・ワンシリーズ", font=font, fill=1)

draw.text((0,78), "電子ペパーモニタ" , font=font, fill=1)

# セットして表示

ink.set_image(image)

ink.show()

図5　電子ペーパーディスプレイに画像を表示するサンプルプログラム（logo.py）

from inky import Inky
from PIL import Image

ink = Inky()

img = Image.open("shelllogo.png")
# サイズ変換
img = img.resize((ink.width, ink.height))
# 2値画像への変換
img = img.convert('1', dither=True)
# セットして表示
ink.set_image(img)
ink.show()

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from inky import Inky

from PIL import Image

ink = Inky()

img = Image.open("shelllogo.png")

# サイズ変換

img = img.resize((ink.width, ink.height))

# 2値画像への変換

img = img.convert('1', dither=True)

# セットして表示

ink.set_image(img)

ink.show()

シェルスクリプトマガジンvol.68 Web掲載記事まとめ

投稿日：2020.09.25　｜　カテゴリー：　コード

004　レポート　暗号通信のTLS1.2以前に脆弱性
005　NEWS FLASH
008　特集1　Windows 10でWSL 2を使おう/三沢友治
020　特集2　高機能CMS Drupal入門/小薗井康志
034　特別企画　量子コンピュータの基礎を知る/沼田祈史、小林有里
046　Raspberry Piを100%活用しよう/米田聡　コード掲載
049　Hello Nogyo!
050　レッドハットのプロダクト/小杉研太　コード掲載
059　中小企業手作りIT化奮戦記/菅雄一
064　法林浩之のFIGHTING TALKS/法林浩之
066　香川大学SLPからお届け！/山下賢治　コード掲載
072　RPA/桑原滝弥、イケヤシロウ
074　Webアプリの正しい作り方/しょっさん　コード掲載
084　円滑コミュニケーションが世界を救う！/濱口誠一
086　バーティカルバーの極意/飯尾淳　コード掲載
092　シェルスクリプトの書き方入門/大津真　コード掲載
100　Techパズル/gori.sh
102　コラム「人生の入り口」/シェル魔人

Vol.68

投稿日：2020.09.25　｜　カテゴリー：　バックナンバー

　Linuxを使ってみたいと思っても環境を用意するのはかなりの手間です。しかし、その状況は変わりつつあります。パソコンのOSとしてデファクトスタンダード（事実上の標準）となる「Windows」を開発している米Microsoft社が、Linuxに関連する技術やソフトウエアに対して積極的に取り組んでいるからです。
　そこで、特集1では、Windows 10の標準機能となった、WindowsとLinuxを一緒に動作させるための仕組み「Windows Subsystem for Linux」（WSL）を取り上げます。2020年5月に登場したWSL 2では、Linuxとして使える機能や性能が大幅に向上しています。本特集では、このWSL 2のインストールおよび、Linuxディストリビューション「Ubuntu」の導入、GUIアプリの実行、Dockerの起動などのやり方を初心者にも分かりやすく解説しています。
　特集2では、コンテンツ管理システム（CMS）の「Drupal」を紹介しています。このDrupalは、簡単に導入してそのまま使えるだけでなく、高い拡張性によりカスタマイズして使えます。米国の政府機関、米Johnson & Johnson社などの製薬会社、米IBM社や米Red Hat社といったIT企業などのWebサイトで利用されている本格的なものです。
　特別企画では、最近話題の「量子コンピュータ」を扱いました。量子コンピュータは、現在のコンピュータと異なる仕組みや原理で動いています。簡単な計算の処理を理解するだけでも一苦労です。そこで「Minecraft」風のクイズゲームで楽しみながら、量子コンピュータについて学びましょう。
　このほか、Raspberry Pi（ラズパイ）に関する新連載、詩とアートを組み合わせたIT用語の連載も開始しました。今回も読み応え十分のシェルスクリプトマガジン Vol.68。お見逃しなく!

※記事掲載のコードはこちら。記事の補足情報はこちら

※読者アンケートはこちら

Vol.68 補足情報

投稿日：2020.09.25　｜　カテゴリー：　コード

特集1　Windows 10でWSL 2を使おう

WSL 2ですが、Windows 10 May 2020 Updateを適用したWindows 10 バージョン2004以降だけでなく、バージョン1909や1903にもバックポートされて使えるようになりました。詳しくは、こちらを参照してください。

情報は随時更新致します。

香川大学SLPからお届け！（Vol.67掲載）

投稿日：2020.07.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：山内真仁

以前、ゲームエンジン「Unity」を使ったレースゲームをSLPのチーム活動で
作成しました。その経験を生かして今回は、Unityとプログラミング言語「C#」を使って、簡単なレースゲームを作成する方法を紹介します。Unityの物理エンジンを使用することで、複雑なコードを書かなくてもリアルな挙動のゲームを作成できます。

シェルスクリプトマガジン Vol.67は以下のリンク先でご購入できます。

図12　「CarController.cs」ファイルに記述する内容

using UnityEngine;

public class CarController : MonoBehaviour
{
  public GameObject[] wheelMeshes = new GameObject[4];  // ホイールオブジェクトを格納する配列
  public WheelCollider[] wheelColliders = new WheelCollider[4];  // Wheel Colliderを格納する配列
  public float maxMotorTorque = 300f;     // 車輪に加える最大トルク
  public float brakeTorque = 500f;        // ブレーキのトルク
  public float maxSteerAngle = 25f;       // ステアリングの最大舵角
  float accel, steer;                     // アクセルとステアリングの入力値
  bool brake;                             // ブレーキをかけているかどうか
  // 画面を描画するたびに実行されるメソッド（実行間隔はフレームレートに依存）
  void Update()
  {
    steer = Input.GetAxis("Horizontal");    // ←→で旋回
    accel = Input.GetAxis("Vertical");      // ↑↓でアクセル
    brake = Input.GetKey(KeyCode.Space);    // スペースでブレーキ
    // Wheel Colliderの動きを見た目に反映する
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
      wheelColliders[i].GetWorldPose(out Vector3 position, out Quaternion rotation);
      wheelMeshes[i].transform.position = position;
      wheelMeshes[i].transform.rotation = rotation;
    }
  }
  // フレームレートに依存せず、定期的に実行されるメソッド（0.02秒に1回）
  void FixedUpdate()
  {
    // Wheel Colliderに各パラメータを代入
    for(int i = 0; i < 4; i++) {
      if (i < 2) wheelColliders[i].steerAngle = steer * maxSteerAngle;  // ステアリング（前輪）
      wheelColliders[i].motorTorque = accel * maxMotorTorque;           // アクセル
      wheelColliders[i].brakeTorque = brake ? brakeTorque : 0f;         // ブレーキ
    }
  }
}

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using UnityEngine;

public class CarController : MonoBehaviour

{

public GameObject[] wheelMeshes = new GameObject[4]; // ホイールオブジェクトを格納する配列

public WheelCollider[] wheelColliders = new WheelCollider[4]; // Wheel Colliderを格納する配列

public float maxMotorTorque = 300f; // 車輪に加える最大トルク

public float brakeTorque = 500f; // ブレーキのトルク

public float maxSteerAngle = 25f; // ステアリングの最大舵角

float accel, steer; // アクセルとステアリングの入力値

bool brake; // ブレーキをかけているかどうか

// 画面を描画するたびに実行されるメソッド（実行間隔はフレームレートに依存）

void Update()

{

steer = Input.GetAxis("Horizontal"); // ←→で旋回

accel = Input.GetAxis("Vertical"); // ↑↓でアクセル

brake = Input.GetKey(KeyCode.Space); // スペースでブレーキ

// Wheel Colliderの動きを見た目に反映する

for (int i = 0; i < 4; i++) {

wheelColliders[i].GetWorldPose(out Vector3 position, out Quaternion rotation);

wheelMeshes[i].transform.position = position;

wheelMeshes[i].transform.rotation = rotation;

}

// フレームレートに依存せず、定期的に実行されるメソッド（0.02秒に1回）

void FixedUpdate()

{

// Wheel Colliderに各パラメータを代入

for(int i = 0; i < 4; i++) {

if (i < 2) wheelColliders[i].steerAngle = steer * maxSteerAngle; // ステアリング（前輪）

wheelColliders[i].motorTorque = accel * maxMotorTorque; // アクセル

wheelColliders[i].brakeTorque = brake ? brakeTorque : 0f; // ブレーキ

}

図14　CarController.csファイルに追加する記述

  GameObject brakeLight, headLight;  // ランプ類のオブジェクトを格納する変数
  // ゲーム開始時に1回のみ実行されるメソッド
  void Start()
  {
    // ランプ類のオブジェクトを探して取得
    brakeLight = GameObject.Find("SkyCarBrakeLightsGlow");
    headLight = GameObject.Find("SkyCarHeadLightsGlow");
  }
  void Update()
  {
    // ランプ類の点灯・消灯
    brakeLight.SetActive(brake);
    if (Input.GetKeyDown(KeyCode.H)) {
      headLight.SetActive(!headLight.activeSelf);
    }

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GameObject brakeLight, headLight; // ランプ類のオブジェクトを格納する変数

// ゲーム開始時に1回のみ実行されるメソッド

void Start()

{

// ランプ類のオブジェクトを探して取得

brakeLight = GameObject.Find("SkyCarBrakeLightsGlow");

headLight = GameObject.Find("SkyCarHeadLightsGlow");

}

void Update()

{

// ランプ類の点灯・消灯

brakeLight.SetActive(brake);

if (Input.GetKeyDown(KeyCode.H)) {

headLight.SetActive(!headLight.activeSelf);

}

図16　「Timer.cs」ファイルに記述する内容

using UnityEngine;
using UnityEngine.UI;
using UnityEngine.SceneManagement;

public class Timer : MonoBehaviour {
  public Text timeText;     // タイム表示用のテキスト
  float startTime;          // 計測開始の時刻
  bool start, check, goal;  // 各地点の通過フラグ
  void Start() {
    // オブジェクトのコンポーネントを取得
    timeText = GameObject.Find("TimeText").GetComponent<Text>();
    timeText.text = "TIME  00.000";  // テキストの初期化
  }
  void Update() {
    // スタートしてからゴールするまでタイムを表示
    if (!goal && start)
      timeText.text = "TIME  " + (Time.time - startTime).ToString("00.000");
    // ゴール後に［R］キーを押すとリスタート
    if (goal && Input.GetKey(KeyCode.R))
      SceneManager.LoadScene(SceneManager.GetActiveScene().name);
  }
  // トリガーオブジェクトに侵入した時に呼び出されるメソッド
  void OnTriggerEnter(Collider other) {
    if (other.gameObject.name == "StartPoint") {
      if (check) {
        goal = true;  // チェックポイント通過済みならゴール
        timeText.color = Color.red;
      } else if (!start && !check) {
        start = true; // チェックポイントを通過していない場合、タイム計測開始
        startTime = Time.time;
      }
    } else if (start && other.gameObject.name == "CheckPoint")
      check = true;   // チェックポイントを通過
  }
}

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using UnityEngine;

using UnityEngine.UI;

using UnityEngine.SceneManagement;

public class Timer : MonoBehaviour {

public Text timeText; // タイム表示用のテキスト

float startTime; // 計測開始の時刻

bool start, check, goal; // 各地点の通過フラグ

void Start() {

// オブジェクトのコンポーネントを取得

timeText = GameObject.Find("TimeText").GetComponent<Text>();

timeText.text = "TIME 00.000"; // テキストの初期化

}

void Update() {

// スタートしてからゴールするまでタイムを表示

if (!goal && start)

timeText.text = "TIME " + (Time.time - startTime).ToString("00.000");

// ゴール後に［R］キーを押すとリスタート

if (goal && Input.GetKey(KeyCode.R))

SceneManager.LoadScene(SceneManager.GetActiveScene().name);

}

// トリガーオブジェクトに侵入した時に呼び出されるメソッド

void OnTriggerEnter(Collider other) {

if (other.gameObject.name == "StartPoint") {

if (check) {

goal = true; // チェックポイント通過済みならゴール

timeText.color = Color.red;

} else if (!start && !check) {

start = true; // チェックポイントを通過していない場合、タイム計測開始

startTime = Time.time;

}

} else if (start && other.gameObject.name == "CheckPoint")

check = true; // チェックポイントを通過

}

Webアプリケーションの正しい作り方（Vol.67記載）

投稿日：2020.07.25　｜　カテゴリー：　コード

著者：しょっさん

ソフトウエアを正しく作るために、エンジニアたちはどんなことを知らなければならないでしょうか。実際のコードを使って、より良くしていくためのステップを考えてみましょう。第7回は、JavaScriptフレームワーク「Vue.js」でアプリを作成し、テストとリリースの方法を紹介します。

シェルスクリプトマガジン Vol.67は以下のリンク先でご購入できます。

図2　Vue.js および各ライブラリを利用するための定義（simple.htmlから抜粋）

<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/vue@2.6.11"></script>
<script src="https://unpkg.com/vue-router@3.3.2/dist/vue-router.js"></script>
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/axios@0.19.2/dist/axios.min.js"></script>
<script src="./jwt-decode.min.js"></script>

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図3　Vue RouterのHTMLファイル側の定義

<div id="app">
  <h1>経費精算アプリケーション(Vue.js)</h1>
  <router-link to="/expense">経費登録</router-link>
  <router-link to="/payment">経費精算</router-link>
  <router-link to="/login">ログイン</router-link>
  <router-link to="/logout">ログアウト</router-link>
  <router-view />
</div>

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<h1>経費精算アプリケーション(Vue.js)</h1>

<router-link to="/expense">経費登録</router-link>

<router-link to="/payment">経費精算</router-link>

<router-link to="/login">ログイン</router-link>

<router-link to="/logout">ログアウト</router-link>

<router-view />

</div>

図4　Vue RouterのJavaScript側の定義

const router = new VueRouter({
  routes: [
    // 精算処理
    {
      path: "/expense",
    },
    // 支払処理
    {
      path: "/payment",
    },
    // 認証 - ログイン
    {
      path: "/login",
    },
    // 認証 - ログアウト
    {
      path: "/logout",
    },
    // どのURLにも該当しなかった場合
    {
      path: "*",
      redirect: "/expense",
    },
  ],
});

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const router = new VueRouter({

routes: [

// 精算処理

{

path: "/expense",

},

// 支払処理

{

path: "/payment",

},

// 認証 - ログイン

{

path: "/login",

},

// 認証 - ログアウト

{

path: "/logout",

},

// どのURLにも該当しなかった場合

{

path: "*",

redirect: "/expense",

},

],

});

図5　認証部分のVueコンポーネントとVue Router定義

const Login = {
  template: "#login",
  data: function () {
    return {
      user: localStorage.user || "",
      password: localStorage.password || "",
      remember: localStorage.remember || false,
      error: false,
    };
  },
  methods: {
    login: function () {
      axios
        .post(`${baseUrl}/api/auth`, {
          user: this.user,
          password: this.password,
        })
        .then((response) => {
          if (response.status === 200) {
            // ログインが成功した場合は、ローカルストレージにトークンを保管する（ログインが成功した状態とする）
            this.error = false;
            localStorage.token = response.data.token;
            // "remember me" チェックボックスが付いていたら、各々の入力項目を保管する
            if (this.remember) {
              localStorage.user = this.user;
              localStorage.password = this.password;
              localStorage.remember = true;
            } else {
              // 逆にオフであれば入力項目の内容を破棄する
              delete localStorage.user;
              delete localStorage.password;
              delete localStorage.remember;
            }
            // ログイン成功したら /expense へ切り替える
            this.$router.replace("/expense");
          } else {
            this.error = true;
          }
        })
        .catch((response) => {
          this.error = true;
          this.remember = false;
          console.log(response);
        });
    },
  },
};

const router = new VueRouter({
  routes: [
（略）
    // ログイン画面
    {
      path: "/login",
      component: Login,
    },
    // ログアウト処理
    {
      path: "/logout",
      beforeEnter: (to, from, next) => {
        delete localStorage.token;
        next("/login");
      },
    },
  ],
});

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const Login = {

data: function () {

return {

user: localStorage.user || "",

password: localStorage.password || "",

remember: localStorage.remember || false,

error: false,

};

},

methods: {

login: function () {

axios

.post(`${baseUrl}/api/auth`, {

user: this.user,

password: this.password,

})

.then((response) => {

if (response.status === 200) {

// ログインが成功した場合は、ローカルストレージにトークンを保管する（ログインが成功した状態とする）

this.error = false;

localStorage.token = response.data.token;

// "remember me" チェックボックスが付いていたら、各々の入力項目を保管する

if (this.remember) {

localStorage.user = this.user;

localStorage.password = this.password;

localStorage.remember = true;

} else {

// 逆にオフであれば入力項目の内容を破棄する

delete localStorage.user;

delete localStorage.password;

delete localStorage.remember;

}

// ログイン成功したら /expense へ切り替える

this.$router.replace("/expense");

} else {

this.error = true;

}

})

.catch((response) => {

this.error = true;

this.remember = false;

console.log(response);

});

},

};

const router = new VueRouter({

routes: [

（略）

// ログイン画面

{

path: "/login",

component: Login,

},

// ログアウト処理

{

path: "/logout",

beforeEnter: (to, from, next) => {

delete localStorage.token;

next("/login");

},

],

});

図6　認証部分のHTMLテンプレート

<script type="text/x-template" id="login">
  <form @submit.prevent="login">
    <input v-model="user" type="email" placeholder="Your Email" autofocus="" />
    <input v-model="password" type="password" placeholder="Your Password" />
    <button type="submit">ログイン</button>
  </form>
  <div v-show="error">
    <p>ログイン失敗</p>
  </div>
</script>

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</form>

<p>ログイン失敗</p>

</div>

</script>

図7　請求処理ののVueコンポーネントとVue Router定義

const Expense = {
  template: "#expense",
  data: function () {
    let decoded = {};
    if (localStorage.token) {
      // トークン内のユーザー情報を基に変数へ配置
      decoded = jwt_decode(localStorage.token);
    }
    return {
      user: decoded.email || "",
      id: decoded.id || "",
      user_name: decoded.user_name || "",
      date: "",
      type: "",
      amount: "",
      description: "",
      error: false,
    };
  },
  // 経費を登録するメソッド
  methods: {
    expense: function () {
      axios
        .post(
          `${baseUrl}/api/expense`,
          {
            user: this.user,
            user_id: this.id,
            user_name: this.user_name,
            date: this.date,
            type: this.type,
            amount: this.amount,
            description: this.description,
          },
          {
            headers: {
              Authorization: `Bearer ${localStorage.token}`,
            },
          }
        )
        .then((response) => {
          if (response.status === 200) {
            // 正常に登録できた場合は、変更が伴うフィールドをクリアーして、再度入力可能な状態にする
            this.error = false;
            console.log(response);
            this.date = "";
            this.type = "";
            this.amount = "";
            this.description = "";
          }
        })
        .catch((response) => {
          this.error = true;
          console.log(response);
        });
    },
  },
};

const router = new VueRouter({
  routes: [
    // 経費登録
    {
      path: "/expense",
      component: Expense,
      beforeEnter: (to, from, next) => {
        // 認証前の場合は /login ページへ遷移する
        if (!localStorage.token) {
          next({
            path: "/login",
            query: { redirect: to.fullPath },
          });
        } else {
          next();
        }
      },
    },
（略）
});

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const Expense = {

data: function () {

let decoded = {};

if (localStorage.token) {

// トークン内のユーザー情報を基に変数へ配置

decoded = jwt_decode(localStorage.token);

}

return {

user: decoded.email || "",

id: decoded.id || "",

user_name: decoded.user_name || "",

date: "",

type: "",

amount: "",

description: "",

error: false,

};

},

// 経費を登録するメソッド

methods: {

expense: function () {

axios

.post(

`${baseUrl}/api/expense`,

{

user: this.user,

user_id: this.id,

user_name: this.user_name,

date: this.date,

type: this.type,

amount: this.amount,

description: this.description,

},

{

headers: {

Authorization: `Bearer ${localStorage.token}`,

},

}

)

.then((response) => {

if (response.status === 200) {

// 正常に登録できた場合は、変更が伴うフィールドをクリアーして、再度入力可能な状態にする

this.error = false;

console.log(response);

this.date = "";

this.type = "";

this.amount = "";

this.description = "";

}

})

.catch((response) => {

this.error = true;

console.log(response);

});

},

};

const router = new VueRouter({

routes: [

// 経費登録

{

path: "/expense",

component: Expense,

beforeEnter: (to, from, next) => {

// 認証前の場合は /login ページへ遷移する

if (!localStorage.token) {

next({

path: "/login",

query: { redirect: to.fullPath },

});

} else {

next();

}

},

（略）

});

図8　請求処理のHTMLテンプレート

<script type="text/x-template" id="expense">
  <div>
    <form @submit.prevent="expense">
      <input v-model="user_name" type="text" placeholder="Your Name" />
      <input v-model="user" type="email" placeholder="Your Email" />
      <input v-model="id" type="hidden" placeholder="Your User ID" />
      <input v-model="date" type="datetime-local" placeholder="経費利用日" autofocus="" />
      <input v-model="type" type="text" placeholder="費目" />
      <input v-model="amount" type="number" placeholder="金額" />
      <input v-model="description" type="text" placeholder="費用詳細" />
      <button type="submit">経費申請</button>
    </form>
    <p v-if="error" class="error">経費登録失敗</p>
  </div>
</script>

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</form>

<p v-if="error" class="error">経費登録失敗</p>

</div>

</script>

図9　支払処理のVueコンポーネントとVue Router定義

// 経費リストを axios を利用して取得する関数
const getPayments = function (callback) {
  axios
    .get(`${baseUrl}/api/payment`, {
      // JWTの認可ヘッダー
      headers: {
        Authorization: `Bearer ${localStorage.token}`,
      },
    })
    .then((response) => {
      if (response.status === 200) {
        // "response.data" 配下に経費リストが含まれる
        callback(null, response.data);
      } else {
        callback(true, response);
      }
    })
    .catch((response) => {
      callback(true, response);
    });
};

// 経費リスト用の Vueコンポーネント
const Payment = {
  template: "#payment",
  data: function () {
    return {
      loading: false,
      error: false,
      payments: function () {
        return [];
      },
    };
  },
  // 初期化されたときにデータを取得する
  created: function () {
    this.fetchData();
  },
  // ルーティングが変更されてきたときに再度データを取得する
  watch: {
    $route: "fetchData",
  },
  // 経費データを取得するメソッドのメイン部分
  methods: {
    fetchData: function () {
      this.loading = true;
      getPayments(
        function (err, payments) {
          this.loading = false;
          if (!err) this.payments = payments;
          else this.error = true;
        }.bind(this)
      );
    },
  },
};

const router = new VueRouter({
  routes: [
（略）
    {
      path: "/payment",
      component: Payment,
      beforeEnter: (to, from, next) => {
        // 認証前の場合は /login ページへ遷移する
        if (!localStorage.token) {
          next({
            path: "/login",
            query: { redirect: to.fullPath },
          });
        } else {
          next();
        }
      },
    },
（略）
  ],
});

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// 経費リストを axios を利用して取得する関数

const getPayments = function (callback) {

axios

.get(`${baseUrl}/api/payment`, {

// JWTの認可ヘッダー

headers: {

Authorization: `Bearer ${localStorage.token}`,

},

})

.then((response) => {

if (response.status === 200) {

// "response.data" 配下に経費リストが含まれる

callback(null, response.data);

} else {

callback(true, response);

}

})

.catch((response) => {

callback(true, response);

});

};

// 経費リスト用の Vueコンポーネント

const Payment = {

data: function () {

return {

loading: false,

error: false,

payments: function () {

return [];

},

};

},

// 初期化されたときにデータを取得する

created: function () {

this.fetchData();

},

// ルーティングが変更されてきたときに再度データを取得する

watch: {

$route: "fetchData",

},

// 経費データを取得するメソッドのメイン部分

methods: {

fetchData: function () {

this.loading = true;

getPayments(

function (err, payments) {

this.loading = false;

if (!err) this.payments = payments;

else this.error = true;

}.bind(this)

);

},

};

const router = new VueRouter({

routes: [

（略）

{

path: "/payment",

component: Payment,

beforeEnter: (to, from, next) => {

// 認証前の場合は /login ページへ遷移する

if (!localStorage.token) {

next({

path: "/login",

query: { redirect: to.fullPath },

});

} else {

next();

}

},

（略）

],

});

図10　支払処理のHTMLテンプレート

<script type="text/x-template" id="payment">
  <div>
    <table>
      <tr>
        <th>ユーザー名</th>
        <th>発生日</th>
        <th>費目</th>
        <th>経費</th>
        <th>詳細</th>
      </tr>
      <tr v-for="payment in payments">
        <td>{{payment.user_name}}</td>
        <td>{{payment.date}}</td>
        <td>{{payment.type}}</td>
        <td>{{payment.amount}}</td>
        <td>{{payment.description}}</td>
      </tr>
    </table>
    <div class="loading" v-if="loading">アクセス中...</div>
    <p v-if="error" class="error">経費取得失敗</p>
  </div>
</script>

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<table>

<tr>

<th>ユーザー名</th>

</tr>

<td>{{payment.user_name}}</td>

<td>{{payment.date}}</td>

<td>{{payment.type}}</td>

<td>{{payment.amount}}</td>

<td>{{payment.description}}</td>

</tr>

</table>

<div class="loading" v-if="loading">アクセス中...</div>

<p v-if="error" class="error">経費取得失敗</p>

</div>

</script>

図14　controllers/auth/authentication.tsファイルの追加・改修部分

import jwt from "jsonwebtoken";

export class Authentication {
（略）
  static verifyLocal(username: string, password: string, done: any) {
    User.findOne({
      where: {
        email: username,
        deleted_at: null,
      },
    })
      .then((user) => {
        if (user && bcrypt.compareSync(password, user.hash)) {
          const opts = {
            issuer: process.env.ISSUER,
            audience: process.env.AUDIENCE,
            expiresIn: process.env.EXPIRES,
          };
          const secret: string = process.env.SECRET || "secret";
          const token: string = jwt.sign(
            {
              email: user.email,
              id: user.id,
              user_name: user.last_name + " " + user.first_name,
            },
            secret,
            opts
          );
          return done(null, token);
        }
        return done(true, "authentication error");
      })
      .catch((err) => done(true, err));
  }
（略）
}

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import jwt from "jsonwebtoken";

export class Authentication {

（略）

static verifyLocal(username: string, password: string, done: any) {

User.findOne({

where: {

email: username,

deleted_at: null,

},

})

.then((user) => {

if (user && bcrypt.compareSync(password, user.hash)) {

const opts = {

issuer: process.env.ISSUER,

audience: process.env.AUDIENCE,

expiresIn: process.env.EXPIRES,

};

const secret: string = process.env.SECRET || "secret";

const token: string = jwt.sign(

{

email: user.email,

id: user.id,

user_name: user.last_name + " " + user.first_name,

},

secret,

opts

);

return done(null, token);

}

return done(true, "authentication error");

})

.catch((err) => done(true, err));

}

（略）

}

図15　controllers/auth/authorization.tsファイル

import { Request, Response, NextFunction } from "express";
import { User } from "../../models/user";
import passport from "passport";
import { Strategy as JWTStrategy, ExtractJwt } from "passport-jwt";

export class Authorization {
  // JWTトークンで該当するユーザーの有無をチェック
  static verifyJWT(req: Request, jwt_payload: any, done: any) {
    User.findOne({
      where: {
        email: jwt_payload.email,
        deleted_at: null,
      },
    }).then((user) => {
      if (!user) return done(null, false);

      return done(null, user.get());
    });
  }

  // JWT Strategyの定義
  static setJWTStrategy() {
    const field = {
      jwtFromRequest: ExtractJwt.fromAuthHeaderAsBearerToken(),
      issuer: process.env.ISSUER,
      audience: process.env.AUDIENCE,
      secretOrKey: process.env.SECRET || "secret",
      passReqToCallback: true,
    };
    passport.use(new JWTStrategy(field, this.verifyJWT));
  }

  // 認可チェック
  static isAuthorized(req: Request, res: Response, next: NextFunction) {
    passport.authenticate("jwt", { session: false }, (err, user) => {
      if (err) {
        res.status(401).json({ status: "10001" });
      }
      if (!user) {
        res.status(401).json({ status: "10002" });
      } else {
        return next();
      }
    })(req, res, next);
  }
}

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import { Request, Response, NextFunction } from "express";

import { User } from "../../models/user";

import passport from "passport";

import { Strategy as JWTStrategy, ExtractJwt } from "passport-jwt";

export class Authorization {

// JWTトークンで該当するユーザーの有無をチェック

static verifyJWT(req: Request, jwt_payload: any, done: any) {

User.findOne({

where: {

email: jwt_payload.email,

deleted_at: null,

},

}).then((user) => {

if (!user) return done(null, false);

return done(null, user.get());

});

}

// JWT Strategyの定義

static setJWTStrategy() {

const field = {

jwtFromRequest: ExtractJwt.fromAuthHeaderAsBearerToken(),

issuer: process.env.ISSUER,

audience: process.env.AUDIENCE,

secretOrKey: process.env.SECRET || "secret",

passReqToCallback: true,

};

passport.use(new JWTStrategy(field, this.verifyJWT));

}

// 認可チェック

static isAuthorized(req: Request, res: Response, next: NextFunction) {

passport.authenticate("jwt", { session: false }, (err, user) => {

if (err) {

res.status(401).json({ status: "10001" });

}

if (!user) {

res.status(401).json({ status: "10002" });

} else {

return next();

}

})(req, res, next);

}

図16　API用のモジュールとルーティング定義

// API用ルーティング先のモジュール
import auth from "./api/auth";
import payment from "./api/payment";
import expense from "./api/expense";

// APIルーティング
app.use("/api/auth", auth);
app.use("/api/expense", Authorization.isAuthorized, expense);
app.use("/api/payment", Authorization.isAuthorized, payment);

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// API用ルーティング先のモジュール

import auth from "./api/auth";

import payment from "./api/payment";

import expense from "./api/expense";

// APIルーティング

app.use("/api/auth", auth);

app.use("/api/expense", Authorization.isAuthorized, expense);

app.use("/api/payment", Authorization.isAuthorized, payment);

図18　請求処理（/api/expense.ts）

import { Request, Response, NextFunction } from "express";
import Express from "express";
import { Expense } from "../models/expense";
const router = Express.Router();

// POST 経費の入力
router.post("/", (req: Request, res: Response, next: NextFunction) => {
  Expense.create(req.body)
    .then((result) => {
      res.status(200).json(result);
    })
    .catch((err) => {
      console.log(err);
      res.status(400).json({ id: 20002, message: err });
    });
});

export default router;

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import { Request, Response, NextFunction } from "express";

import Express from "express";

import { Expense } from "../models/expense";

const router = Express.Router();

// POST 経費の入力

router.post("/", (req: Request, res: Response, next: NextFunction) => {

Expense.create(req.body)

.then((result) => {

res.status(200).json(result);

})

.catch((err) => {

console.log(err);

res.status(400).json({ id: 20002, message: err });

});

export default router;

図19　支払処理（/api/payment.ts）

import { Request, Response, NextFunction } from "express";
import Express from "express";
import { Expense } from "../models/expense";
const router = Express.Router();

// POST / ユーザーの認証処理
router.get("/", (req: Request, res: Response, next: NextFunction) => {
  Expense.findAll()
    .then((results) => {
      res.status(200).json(results);
    })
    .catch((err) => {
      res.status(400).json({ id: 20011, message: err });
    });
});

export default router;

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import { Request, Response, NextFunction } from "express";

import Express from "express";

import { Expense } from "../models/expense";

const router = Express.Router();

// POST / ユーザーの認証処理

router.get("/", (req: Request, res: Response, next: NextFunction) => {

Expense.findAll()

.then((results) => {

res.status(200).json(results);

})

.catch((err) => {

res.status(400).json({ id: 20011, message: err });

});

export default router;

図35　修正した/src/index.tsファイル

import { Request, Response, NextFunction } from "express";
import Express from "express";
const app = Express();
import logger from "morgan";
import { Authentication } from "./controllers/auth/authentication";
import { Authorization } from "./controllers/auth/authorization";

app.use(logger("dev"));
app.use(Express.json());
app.use(Express.urlencoded({ extended: true }));

Authentication.initialize(app);
Authentication.setLocalStrategy();
Authorization.setJWTStrategy();

app.use(Express.static("htdocs"));

// API用ルーティング
import auth from "./api/auth";
import payment from "./api/payment";
import expense from "./api/expense";

// API
app.use("/api/auth", auth);
app.use("/api/expense", Authorization.isAuthorized, expense);
app.use("/api/payment", Authorization.isAuthorized, payment);

app.use((req: Request, res: Response, next: NextFunction) => {
  var err: any = new Error("Not Found");
  err.status = 404;
  next(err);
});

// error handler
app.use((err: any, req: Request, res: Response, next: NextFunction) => {
  res.locals.message = err.message;
  res.locals.error = req.app.get("env") === "development" ? err : {};

  res.status(err.status || 500);
  res.json(err);
});

const port = process.env.PORT || 3000;
app.listen(port, () => {
  console.log(`http://localhost:${port}`);
});

export default app;

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import { Request, Response, NextFunction } from "express";

import Express from "express";

const app = Express();

import logger from "morgan";

import { Authentication } from "./controllers/auth/authentication";

import { Authorization } from "./controllers/auth/authorization";

app.use(logger("dev"));

app.use(Express.json());

app.use(Express.urlencoded({ extended: true }));

Authentication.initialize(app);

Authentication.setLocalStrategy();

Authorization.setJWTStrategy();

app.use(Express.static("htdocs"));

// API用ルーティング

import auth from "./api/auth";

import payment from "./api/payment";

import expense from "./api/expense";

// API

app.use("/api/auth", auth);

app.use("/api/expense", Authorization.isAuthorized, expense);

app.use("/api/payment", Authorization.isAuthorized, payment);

app.use((req: Request, res: Response, next: NextFunction) => {

var err: any = new Error("Not Found");

err.status = 404;

next(err);

});

// error handler

app.use((err: any, req: Request, res: Response, next: NextFunction) => {

res.locals.message = err.message;

res.locals.error = req.app.get("env") === "development" ? err : {};

res.status(err.status || 500);

res.json(err);

});

const port = process.env.PORT || 3000;

app.listen(port, () => {

console.log(`http://localhost:${port}`);

});

export default app;

Raspberry Piを100%活用しよう

特別企画 ESP32とラズパイで作る本格IoT

特別企画 ラズパイで作る簡単VPN環境

Part2 感染症対策システムを完成する

特集1 PowerShellを学ぼう

特集3 ラズパイでコロナ感染症対策

コラム「ユニケージは従来のやり方と何が違うのか（前編）」

目次

レポート

連載 Red Hatのプロダクト

Part1 Jetson ＆ Pi 電力測定ボードを動かす

Techパズル

特集1 Windows 10でWSL 2を使おう

特別企画　ESP32とラズパイで作る本格IoT

特別企画　ラズパイで作る簡単VPN環境

Part2　感染症対策システムを完成する

特集1　PowerShellを学ぼう

特集3　ラズパイでコロナ感染症対策

連載　Red Hatのプロダクト

Part1　Jetson ＆ Pi 電力測定ボードを動かす

特集1　Windows 10でWSL 2を使おう