NumPyでランダム画像を生成

いつも忘れるのでメモ。値域が0以上255以下で、縦がheight, 横がwidthのランダム画像を生成するには

np.random.randint(256, size=(height, width, 3)).astype(np.uint8)

とします。以下でも同じことです。

np.random.randint(low=0, high=256, size=(height, width, 3)).astype(np.uint8)

以下は一例です。

>>> np.random.randint(256, size=(height, width, 3)).astype(np.uint8)
array([[[153,  62, 250],
        [ 82, 185, 178],
        [ 84, 166,  35],
        [ 56, 184,  51],
        [ 13, 251,  95]],

       [[201, 196,  79],
        [ 98,  54,  85],
        [246, 210, 101],
        [129, 206,   9],
        [ 46,  44,  92]],

       [[ 44, 136,  11],
        [149,  30,  43],
        [153, 164, 173],
        [177,  92, 237],
        [ 53,  47, 237]],

       [[103, 108, 115],
        [242,  38, 244],
        [ 31,  37, 176],
        [ 90,  67, 184],
        [248,  75,  17]]], dtype=uint8)

2022年の振り返り

今年の簡単な振り返りです。

競技プログラミング

今年はAtCoder Algorithmのratedに24回出場。レートは昨年末の1565から今年末は1585に変動しました。

月に一回くらいしか出てない感覚だったので思ったより出ていて驚きでした。しかしコンテストに出る以外のことはほぼなにもできておらず、勉強もせず実力テストを受け続ける学生みたいな駄目なことになっていました。

Google Code Jamは、Round 1すべて不戦敗。一番楽しみにしているコンテストなのでこれは残念でした。

来年も同じ状況になりそうですが、たまに青パフォは取れるくらいの実力は保っておきたいところです。

ブログ

月に一本記事を書くストリークを途切れさせないことを目標にしていますが、とにかくPCを触る時間がなくて簡単な記事でお茶を濁してばかりでした。この目標が強迫観念になっていたので目標自体がよくなかったかもしれません。この記事も目標達成のノルマのために書いています。

勉強

家事をしながらYouTubeで学習コンテンツを流し見するというのを試していました。よく見ていたのは以下です。

• https://youtube.com/@yobinori
• https://youtube.com/@AIcia_Solid
• https://youtube.com/@satlinuxtube5260

いずれも説明が丁寧で、たまにディスプレイを見るくらいでも半分くらいの意味はつかめるので助かりました。

ただ、ながら聞きは結構疲れるので、最近はお休み中です。

高校数学・大学数学はきちんと時間を取って復習したいと思いつつ、なかなか難しいです…

C++のbitsetに関するメモ

競技プログラミングで使いたいと思いつつずっと未履修だったbitsetの使い方を勉強しました。

基本操作

以下ではすべて以下が書かれているものとします。

#include <bitset>
#include <iostream>
using namespace std;

初期化は、文字列を与えるか、整数を与えるかで行えます。

int main(void)
{
    bitset<8> bs1("10001111");
    cout << bs1 << endl;  // 10001111

    bitset<8> bs2(127);
    cout << bs2 << endl;  // 01111111

    return 0;
}

n桁目を1にするにはset, n桁目を0にするにはresetを使うのがシンプルです。

int main(void)
{
    bitset<8> bs("10001111");
    cout << bs << endl;  // 10001111

    bs.set(4); // 4番目の桁を1に変更
    cout << bs << endl;  // 10011111

    bs.reset(2); // 2番目の桁を0に変更
    cout << bs << endl;  // 10011011

    return 0;
}

n番目の桁を1にするか0にするかを変数で制御したい場合は、引数が2個バージョンのset()を使います。

int main(void)
{
    bitset<8> bs("10001111");
    cout << bs << endl;  // 10001111

    bs.set(4, 1); // 4番目の桁を1に変更
    cout << bs << endl;  // 10011111

    bs.set(2, 0); // 2番目の桁を0に変更
    cout << bs << endl;  // 10011011

    return 0;
}

引数なしでset(), reset()を呼ぶと、ビットが1または0で埋められます。

int main(void)
{
    bitset<8> bs("10001111");
    cout << bs << endl;;  // 10001111

    bs.set();
    cout << bs << endl;  // 11111111

    bs.reset();
    cout << bs << endl;  // 00000000

    return 0;
}

n番目の桁が0か1かを確かめるには、添字かtest()を使います。

int main(void)
{
    bitset<8> bs("10001111");
    cout << bs << endl;

    // 1,1,1,1,0,0,0,1, と表示される
    for(size_t i = 0; i < bs.size(); ++i) {
        cout << bs[i] << ",";
    }
    cout << endl;

    // 同上
    for(size_t i = 0; i < bs.size(); ++i) { 
        cout << bs.test(i) << ",";
    }

    return 0;
}

当然、ビット演算も可能です。

int main(void)
{
    bitset<8> bs1("10001111");
    bitset<8> bs2("01010101");

    cout << (bs1 & bs2) << endl;  // 00000101
    cout << (bs1 | bs2) << endl;  // 11011111
    cout << (bs1 ^ bs2) << endl;  // 11011010

    return 0;
}

count()で1が立ったビットの数を数えられるのはかなり便利です。

int main(void)
{
    bitset<8> bs(127);
    cout << bs.count() << endl;  // 7
    return 0;
}

その他、使う可能性が高そうな便利機能です。

int main(void)
{
    bitset<8> bs("10001111");
    cout << bs << endl;  // 10001111

    // 0と1を反転
    bs.flip();
    cout << bs << endl;  // 01110000

    // 左に2個シフト
    bs <<= 2;
    cout << bs << endl;  // 11000000

    // 右に2個シフト
    bs >>= 2;
    cout << bs << endl;  // 00110000

    // 整数に変換
    unsigned long n = bs.to_ulong();
    cout << n << endl;  // 48

    // 文字列に変換
    string str = bs.to_string();
    cout << str << endl;  // 00110000

    // 文字列に変換する際、0, 1それぞれを任意の記号にすることも可能
    string str2 = bs.to_string('a', 'z');
    cout << str2 << endl;  // aazzaaaa

    return 0;
}

応用例

ビット全探索

2の5乗をビット探索するときは以下のように書きます。

int main(void)
{
    for(int i = 0; i < (1 << 5); ++i) {
        bitset<5> s(i);
        cout << s << endl;
    }
    return 0;
}

出力は以下です。

00000
00001
00010
00011
...
11110
11111

参考URL

• bitset::to_string - cpprefjp C++日本語リファレンス
• AC - 3.05.ビット演算
• 厳選！C++ アルゴリズム実装に使える 25 の STL 機能【前編】 - Qiita
• C++ bitset interesting facts - GeeksforGeeks
• convert bitset to int in c++ - Stack Overflow

nkfの使い方のメモ

ファイルの文字コードと改行コードを調べる

nkf --guessを使います。

$ nkf --guess a.cpp
UTF-8 (CRLF)

UTF-8 (BOM付)の場合は以下のように表示されます。

$ nkf --guess a.cpp
UTF-8 (BOM) (CRLF)

文字コードや改行コードを変換する

例えば改行コードをCRLFに変換する場合は-Lwを使って以下のように書きます。

$ nkf -Lw before.cpp > after.cpp

直接ファイルを書き換える場合は、以下のように--overwriteをつけます。

$ nkf -Lw a.cpp --overwrite

以下、個人的によく使うオプションです。

引数	結果
-Lu	改行コードをUnix(LF)に変換
-Lw	改行コードをWindows(CRLF)に変換
-Lm	改行コードをMac(CR)に変換
-w	文字コードをUTF-8コードに変換
-w8	文字コードをUTF-8コード(BOM有)に変換
-s	文字コードをShift-JISコードに変換

lessとlvの使い方の比較

これまで私はずっとlvというテキストビューワーを癖で使い続けてきました。 lvはShift_JISやeuc_jpのファイルも文字化けなしで閲覧できるメリットがありますが、 最近はそもそもutf-8以外のファイルを扱うことがほぼなくなってきて、このメリットが薄くなってきました。 また、おそらくv.4.51 (Jan.16th,2004) から更新がないツールを使い続けるのもやや不安です。 初めからインストールされているlessを使っていけるように、lessのことを調べた結果を以下にまとめます。

lessとlvで同じ

内容	コマンド
文字列の前方検索	/
文字列の後方検索	?
30行目に移動	30g
ファイルの冒頭から20%地点に移動	20p|
ファイル先頭に移動	g または <
ファイル末尾に移動	G または >

lessとlvで異なる

内容	lvのコマンド	lessのコマンド
ファイルの行番号を表示	できなさそう。nl (ファイルパス) | lvするしかない?	起動時にless -N、または閲覧中に-NしてEnter
ヘルプ表示	なし?	h

lessでの文字列の検索Tips

例えば"a.txt"という文字列を検索したい場合、a.txtとそのまま検索すると、.が正規表現扱いになりどんな文字ともマッチしてしまいます。代わりに a[.]txt とすれば.をエスケープできます。これはlvでは無理な模様。

参考URL

• LV Homepage (in Japanese)
• 【Linux FAQ】lessコマンドで「行番号」を表示するにはどうすればいいですか？ | LFI

Pythonのインデント系エラーと戦う

Pythonスクリプトを書いてflake8にかけると、インデント量や改行タイミングの微妙な違反によって

• E125 continuation line with same indent as next logical line
• E129 visually indented line with same indent as next logical line

といったエラーが出ます。エラー例と直し方の例をまとめていきます。

例1

def function_having_very_long_name(
    arg_having_very_very_very_very_very_very_very_long_name):
    pass

関数名・引数名の両方が長いときは、上記のように(の直後で改行を入れたくなります。 しかしこのコードにflake8をかけると

E125 continuation line with same indent as next logical line

と怒られます。

直し方は以下があります。

直し方1

def function_having_very_long_name(
        arg_having_very_very_very_very_very_very_very_long_name):
    pass

引数を4個後ろにずらす方法です。yapfやautopep8というフォーマッタはこう直しました。

直し方2

def function_having_very_long_name(
    arg_having_very_very_very_very_very_very_very_long_name,
):
    pass

これはblackというフォーマッタの直し方です。引数の最後に','が追加されていますがこれはblackの趣味だと思います。

例2

ifの条件部分がとても長い場合を考えます。

a = b = c = d = e = f = g = h = 100
if (a == 100 and b == 200 and c == 300 and d == 400 and
    e == 500 and f == 500 and g == 600 and h == 700):
    print("ok")

と改行して書きたくなりますが、これをflake8にかけると

E129 visually indented line with same indent as next logical line

とエラーが出てしまいます。e == 200とprint('ok')の文頭の位置が揃ってしまったのが原因です。

このエラーは遭遇する人が多いようで、 https://stackoverflow.com/q/181530 や E125 overreaches pep8 · Issue #126 · PyCQA/pycodestyle でいろんな直し方の議論があります。

今回はフォーマッタにお伺いを立てました。

直し方1

a = b = c = d = e = f = g = h = 100
if (a == 100 and b == 200 and c == 300 and d == 400 and
        e == 500 and f == 500 and g == 600 and h == 700):
    print("ok")

e == 500の部分を4つ後ろにずらす方法です。autopep8はこの方法をとりました。私も多分こうすると思います。

yapfの結果も似ていますが、改行の位置を勝手にいじりました。

a = b = c = d = e = f = g = h = 100
if (a == 100 and b == 200 and c == 300 and d == 400 and e == 500 and f == 500
        and g == 600 and h == 700):
    print("ok")

直し方2

blackは、以下のように条件部をすべて縦に並べるよう整形しました。一貫性はありますが、無駄に行数を使うのが嫌です。

a = b = c = d = e = f = g = h = 100
if (
    a == 100
    and b == 200
    and c == 300
    and d == 400
    and e == 500
    and f == 500
    and g == 600
    and h == 700
):
    print("ok")

NumPyで2つのベクトル配列に対して順に内積を計算

2つの同型のベクトル配列a, bがあったとします。shapeは、ベクトルの次元をD、ベクトルの数をNとして(N, D)だとします。

0番目からN-1番目まで順に内積を取っていき長さNの結果を得ることを考えます。専用の命令があるのかと思ったらどうやらないようで、 https://stackoverflow.com/questions/35090401/how-to-calculate-the-dot-product-of-two-arrays-of-vectors-in-python にある方法を使うのが正解のようです。