関数型言語の勉強は楽しい！

正確に言うと、今までやったことの無いタイプの言語の勉強は楽しい。です。
オブジェクト脳（オブ脳）というのがあるように関数型言語脳というのがあるらしいとわかってきたのでとても楽しくなっています。
たとえば前回やった練習問題に「読み込んだファイルをnバイトごとに改行して出力せよ。」というのがあって、僕は手続き型言語脳なのでRubyでいうなら下記のように、nバイトあるかどうか調べ、その結果によって改行を加えるというHaskellのコードを書いたんです。

しかし、参加者の1人の方が関数型言語を普段から使われている方で、その人が書いたコードは「読み込んだ文字列をnバイトずつ取り出して改行を加える。それが空リストになるまで繰り返す」というものでした。

リストを操作して、それが空になるまでなにかを繰り返す。うーん！美しい！
これが関数型言語脳かぁぁ！と感動しました。

そしてさらにうれしいのは、僕はそんな方法はまったく思いつかなかったものの、教えてもらえばすごく当然で美しい方法だと簡単に理解できたことです。そんな関数型言語に片足をつっこんでいる今の状態はすごく愉快です。プログラマーの人ならこの感覚わかってもらえるんじゃないでしょうか。

やっぱりプログラミングは楽しい

さっきまでまったく分からなかったことが、今になってみると「なぜ分からなかったのか」すらわからなくなるぐらいの勢いで理解するというような、脳みそのミソが一瞬で上質でマイルドな感じに変わる超体験がプログラミングの学習のときにはよく起こる。僕はまだヘッポコプログラマとはいえ、ヘッポコゆえにそういう理解の壁を越える体験を何度もしてきたので「ああ、またこの感覚か～」と理解の神様の降臨の予兆を感じると楽しくてしょうがなかったりします。
いつかはわからないし、まだ何ヶ月もかかるかもしれないけど、あるとき突然脳みそに新しい考え方がすっかりインストールされる時がくるってのを確信する。そんな時僕はいつもアバッキオの同僚の言葉を思い出します。

「 『結果』だけを求めていると、人は近道をしたがるものだ…近道した時、真実を見失うかもしれない。やる気も次第に失せていく。大切なのは『真実に向かおうとする意志』だと思っている。向かおうとする“意志さえあれば”いつかはたどり着くだろう？向かっているわけだからな…違うかい？」

まぁちょっとポジティブすぎるし、「Haskellごときで幸せになれていいね～」という先輩方の声も聞こえてきそうですが、最近はそんな感じで楽しくてしかたない勉強会なので「PHPerにもできる！Haskell勉強会」是非ご参加ください。という勧誘で本エントリーを締めさせていただきます。

キューとは

キューとは最初に入れたデータを最初に取り出すと言う特徴を持つデータ構造。行列などに例えられる。
「先入れ先出し」「First in first out(FIFO)」などと呼ばれる

キューではデータを入力することを「エンキュー」「push」などと表現し、出力させることを「デキュー」「pop」と表現する。
スタックに比べるとキューはWi○MXのあれとかプリンタのあれとか、そもそもqueueの直訳が待ち行列ですって感じで説明しやすい。

キューのデータ構造を配列で表現しようとするととても大きな配列が必要になるため、適当な大きさの配列の頭とお尻をくっつけて使う「リングバッファ」という方法がよくとられます。
リストを使ってキューを実現すればこの問題は発生しないのですが、今回は勉強なのでリングバッファを使ったキューを実装しました。

コード

実行画面

まとめ

キューを使うようなプログラムを書いてみたいと思った。キューかっこいい！
あと、BASICみたいなプログラムが書けておもしろかった。

※このシリーズは私がRubyでアルゴリズムとデータ構造を基礎から学ぶ記録です。全体の目次はこちらへ。

前回リストを使ったスタックを作りましたが今回はRubyの配列Stackを使います。

コード

#>ruby stack.rb < example.html
って感じで使います。

まとめ

与えられた入力を1文字ずつ処理し、開き括弧（＜）が来たらスタックにプッシュし、閉じ括弧（＞）が来たらポップします。そうすると正しいHTMLの場合は最後にスタックが空になります。
なのでスタックアンダーフローの時と、最後にスタックにデータが残った場合はHTMLにエラーがあるということになるというアルゴリズムです。

括弧の対応を調べるスクリプトを書けと言われるとなんだか複雑なものを考えてしまいますがスタックを使うとこんなに簡単に書けるんだということですね。スタック便利。

※このシリーズは私がRubyでアルゴリズムとデータ構造を基礎から学ぶ記録です。全体の目次はこちらへ。

スタックとは

スタックとは最後に入れたデータが最初に取り出される特徴をもつデータ構造の一つ。
「後入れ先出し」「Last in first out(LIFO)」などと呼ばれる。
スタックではデータを入力することを「積む」「Push」などと表現し、出力させることを「取り出す」「Pop」と表現する。
スタックが空なのにデータを取り出そうとしてしまうことをスタックアンダーフロー、逆にスタックが一杯になっているのにデータを積もうとしてしまうことをスタックオーバーフローと言う。

Rubyの場合は配列にpopとpushメソッドが標準であるため配列をスタックとして簡単に使うことができる。
さらにRubyの場合には配列のサイズも動的に変更できるため、いつも以上に無駄な感じがするので前回作ったリストを使って（まじめに？）スタックを書いた。

コード

応用

スタックに配列を使い、データの出し入れに配列のpopとpushメソッドを使用した場合と比較しました。
それぞれ１から10000までのデータをpushしてpopするというものです。以下Ruby配列版のコードです。

私の環境でRuby配列版が4.79秒、リスト版が1.79秒と2倍以上の差が開く結果になりました。
配列のサイズをガンガン広げるより早いんじゃないかと期待したんですが・・・Rubyのコードを読めばわかるのかな？

まとめ

スタックはとても単純で「だからなんなの？」という感じもしなくもないんですが、すごい便利な使い方があったりして驚かされます。
次回はこの応用として、括弧の対応調べとか逆ポーランド電卓にチャレンジしてみます。

※このシリーズは私がRubyでアルゴリズムとデータ構造を基礎から学ぶ記録です。全体の目次はこちらへ。

やりたいこと

• 縮小画像をPHPで自動生成したい
• 毎回自動生成するのは嫌だからキャッシュしたい

手順

便利なライブラリを入手

Gen-X-Design | Ian Selby » PHP Thumbnailer Class v2.0
これは画像縮小用のライブラリ。ファイルを１つインクルードするだけで使える。しかもサンプルコードが超簡単。

ファイルの配置＋ファイル作成

PHP Thumbnailerをダウンロードしたら下図のように配置します。.htaccessとcacheフォルダも作ります。cacheは書き込み可能にしておいてください。これらはPHP THumbnailerにキャッシュ機能を追加するために使います。

使ってみます。

./img/csnagoya.jpgってファイルを400x300に縮小して表示したいと仮定して、こんな感じでHTMLを書きます。（cacheにはこんなファイルはありませんが気にしなくて大丈夫です）

index.html

.htaccess

.htaccessをこんな感じにします。んで、次が最後です

show_image.php

以上で終わりです。これで一回目のアクセスのときにcache以下に400x300_csnagoya.jpgというファイルが作られて、二回目以降のアクセスにはキャッシュを読みに行くという構成になりました。phpThumbではキャッシュを読むときもphpを読み込む必要があったりしますが、この方法ならphpを読み込まずしてキャッシュを表示できるので高速です。

注意

• ファイル数が多いときには注意（cache内をディレクトリで分けたり）
• cacheが勝手に消えない

参考サイト

画像もDBに格納して管理する ―扱いがめんどうなLOB(ラージオブジェクト)は使わない方法

• CRの改行コードに対応していない
• SJISだと、いわゆる５C問題にひっかかる

という問題があるので、CSVファイルを扱うときはいきなりfgetcsvで読み込むのでなくいったんファイルを作成して、それを読み直すのがよいと思います。以下がファイルを読み込んで改行コードと文字コードを変換してfgetcsvで読み直すサンプルです。

コード

今回はアルゴリズムをバックトラック法という方法を使うように変更しました。 バックトラック法というのはとにかく候補を順番に試していって矛盾が発生したら一つ戻るという方法です。矛盾が発生したらそれ以降の（矛盾を含んだ）パターンの探索は行わないので総当りと比べて効率がよく、どんなパターンであっても解を求めることができるのが特長です。

コード

まとめ

１３行目付近で初期の配置から候補を絞って、それを探索に使っているのだけど、この問題の場合でいうとこれをすると約６秒、やらないと約１２秒とかなり計算時間に差が出た。今後はこの調子で計算時間を縮めたい。ちなみにこの問題での再帰の回数は14764回でした、がんばってるねー！

※このコードでは解けない問題があることがわかったのでコードを書き直しました。
新しいコードはこちら「Rubyで数独（ナンプレ）を解く（本当の解決編）」

前回はそもそもナンプレを１度しかやったことがないこともあってルールを間違えており解けませんでした。
今回やっと解決編としてナンプレを解くコードを掲載します。

アルゴリズム

(1)全マスについて候補を求め、候補リスト（配列）を作成
（２）全マスについて、そのマスに関係するマスの候補リストから置ける数字を調べる
（３）（２）をマス数回行う < -このへんが頭悪い感じが出ているので改良候補

コード

PLAIN TEXT

RUBY:

1. class Numpla
2.     def initialize(sheet)
3.         @sheet = sheet
4.         @size = Math.sqrt(sheet.size).to_i
5.         @side_size = Math.sqrt(@size).to_i
6.         @possible = Array.new
7.     end
8.    
9.     def resolve
10.     81.times{
11.             (0...@sheet.length).each do |i|
12.                 if @sheet[i] == 0
13.                     @possible[i] = get_possibles(get_neighbors(i))
14.                 else
15.                     @possible[i] = []
16.                 end
17.             end
18.            
19.             (0...@sheet.length).each do |i|
20.                 if @possible[i].size> 0
21.                     if @possible[i].size == 1
22.                         @sheet[i] = @possible[i].pop
23.                     else
24.                         @sheet[i] = get_answer(i,get_neighbors(i))
25.                     end
26.                 end
27.             end
28.             }
29.             @sheet
30.     end
31.    
32.     def get_answer(index,neighbors)
33.         answer = @possible[index]
34.         possibles = Array.new
35.         neighbors.each do |i|
36.             possibles |= @possible[i]
37.         end
38.         possibles.each do |v|
39.             answer.delete(v)
40.         end
41.      result = (answer.size == 1) ? answer.pop : 0;
42.      return result
43.     end
44.    
45.     def get_neighbors(index)
46.         get_neighbors_h(index) | get_neighbors_v(index) | get_neighbors_b(index)
47.     end
48.    
49.     def get_neighbors_h(index)
50.         neighbors = Array.new
51.         horizone = index / @size * @size
52.         @size.times {|i|
53.             neighbors.push(i + horizone)
54.         }
55.         neighbors.delete(index)
56.         neighbors
57.     end
58.    
59.     def get_neighbors_v(index)
60.         neighbors = Array.new
61.         vertical = index % @size
62.         @size.times {|i|
63.             neighbors.push(@size * i + vertical);
64.         }
65.         neighbors.delete(index)
66.         neighbors
67.     end
68.  
69.  
70.     def get_neighbors_b(x)
71.           tf = x / @side_size * @side_size
72.           offset = tf / @size % @side_size
73.           fc = tf - @size * offset
74.  
75.           neighbors = Array.new
76.           (0..(@side_size-1)).each do |j|
77.             (fc+@size*j..fc+@size*j+(@side_size-1)).each do |i| neighbors.push(i) end
78.           end
79.  
80.           neighbors
81.     end
82.  
83.     def get_possibles(neighbors)
84.         possibles = Array.new
85.         (1..@size).each{|i| possibles.push i }
86.         neighbors.each do |i|
87.             possibles.delete(@sheet[i])
88.         end
89.        
90.         possibles
91.     end
92. end
93.  
94. sheet = Array.new
95. sheet.concat [3,7,0,6,2,0,0,0,1]
96. sheet.concat [0,0,8,0,5,0,0,6,9]
97. sheet.concat [4,0,0,0,7,0,0,8,0]
98. sheet.concat [0,6,0,0,0,4,0,3,8]
99. sheet.concat [8,0,0,0,3,0,0,0,6]
100. sheet.concat [5,2,0,0,8,6,0,9,0]
101. sheet.concat [0,4,0,0,1,0,0,0,3]
102. sheet.concat [9,3,0,0,6,0,8,0,0]
103. sheet.concat [6,0,0,0,4,2,0,7,5]
104. width = 9
105. height= 9
106.  
107.  
108. foo = Numpla.new(sheet)
109.  
110. result = foo.resolve
111.  
112. count = 1
113. result.each do |x|
114.   print x
115.   print ","
116.   print "\n" unless count % 9> 0
117.   count += 1
118. end

出力

まとめ

コードを書いていてとても楽しかった。仕事ではWebアプリを書くことが多いのですが、Webアプリではアルゴリズムを自分で考えるということがあまりないんだなというのを改めて思い知らされました。ショッピングサイトでない限り掛け算や割り算はおろか足し算引き算もしなかったりしますからね。

とりあえず問題を解けるようになったので、まずは他のナンプレの解法をみて比較したり改良してもっとRubyっぽくしてみたいと思います。

デモ

※白黒画像ですがカメラを許可して画面をクリックすると画像が保存されます。
動作サンプルはこちら

成果物

ステージをクリックするとWebカメラに表示されている内容が白黒でサーバ上に保存されます。
パーマリンクとかつけてあげると普通に便利なサイトが出来上がりそうです。

コード

receive.php

解説

as3corelibのJPGEncoderクラスというのをBitmapからJpegへの変換に使用しているのでhttp://code.google.com/p/as3corelib/source/checkoutからチェックアウトして下図の様に配置しておいてください。

まとめ

勉強会とかもみんなWebCamでバシバシとったら面白いんじゃないかと思った。いまどきは動画もいけるんだけどやっぱ写真の面白さはまた別にありますよね。

参考サイト

Flashから画像ファイルを保存する - FICC LABS

この３つさえなければ僕はWebアプリが大好きです。

CakePHP1.2での簡単なやり方

CakePHP1.2ならLIKE文なんかをある程度作ってくれるのでWHER 1=1 AND...とか書かなくてOKで少しうれしいです。

コード

usernameとpasswordが入ったUserモデルとuser_idとかnameとかname_ruby,tel_mobileとかが入ったProfileモデルに対してAND検索をする例。

/admin_index.ctp

/users_controller.php

まとめ

likeのところは、or,not,in,between,regexp,<>にも対応しています。また今回はand検索でしたがもちろんorでもいけます。

みんなには嫌われているけど現場では他に選択肢がないため大活躍なジャックバウワーのような存在「PHP＋CakePHP」、今日も助かったよ！