Ruby で ANSIエスケープシーケンスを扱う

Ruby を使っているとき、Linux でのターミナル表示の処理の仕方をすぐ忘れてしまうので、簡単なライブラリを作った。

以下はこんな画面を作るコード。

require_relative 'es'

res = ES.reset

print ES.clear
puts ES.color(:style, :blink) + ES.color(:green, :bright) + "blink" + res
puts ES.color(:style, :underline) + ES.color(:blue, :background) + "undlerline"
print ES.down

print res
16.times do |i|
  puts (0...16).map {|j| ES.color(:ex_b, n = 16 * i + j) + "%02X" % n + res + " "}.join
end

print res + ES.push
print ES.cursor_r(5, 2)
print ES.color(:cyan) + ES.color(:style, :reverse) + "cursor move" + ES.pop

凡例。

• ES.color(:blue) で文字色を青にする。背景は ES.color(:red, :backgroud) という風に指定する。
• 拡張文字色（256色）は ES.color(:ex_c, n)、拡張背景色は ES.color(:ex_b, n)。
• 文字の点滅、下線、反転、太字は ES.color(:style, :blink), ES.color(:style, :underline), ES.color(:style, :reverse), ES.color(:style, :bold) のように。
• 指定を解除するには ES.reset とする。

• 画面クリアは ES.clear、行頭へのカーソル移動は ES.top。
• カーソルの一行上、一行下はそれぞれ ES.up, ES.down。
• カーソルの絶対位置の指定は ES.cursor(x, y)（x, y は自然数）、相対的な移動は ES.cursor_r(x, y)（x, y は 0 や負数も許す）。
• 状態の保存は ES.push、復帰は ES.pop。

その他、ここのサイトの記述を取り入れております。

ライブラリのコード

es.rb

require 'io/console'

module ES
  S = "\e["
  Col = %i(black red green yellow blue magenta cyan white ex_c ex_b reset style code)
  Cmd1 = %i(CUU CUD CUF CUB CNL CPL CHA CHT CBT ECH DCH IL DL SU SD REP DSR)
  Do1  = %w(A B C D E F G I Z X P L M S T b n)
  Cmd2 = %i(DECSC DECRC RIS DECALN IND NEL HTS VTS PLD PLU RI DSC SOS ST)
  Do2  = %w(7 8 c #8 D E H J K L M P X /)
  
  def color(col, opt = nil)
    ch = Col.map.with_index {|c, i| [c, i + 30]}.to_h[col]
    case ch
    when 38
      return S + "38;5;#{opt.to_i}m"
    when 39
      return S + "48;5;#{opt.to_i}m"
    when 40
      return S + "39;40m"
    when 41
      n = case opt
          when :bold           then 1
          when :italic         then 3
          when :blink          then 5
          when :reverse        then 7
          when :blink_stop     then 25
          when :underline      then 4
          when :bold_stop      then 22
          when :underline_stop then 24
          else opt
          end
      return S + "#{n}m"
    when 42
      return S + "#{opt}m"
    end
    raise "Undefind color name: #{col}" unless ch
    m = case opt
        when :background then        10
        when :bright     then        60
        when :bright_background then 70
        else 0
        end
    S + (ch + m).to_s + "m"
  end
  
  def csi(*args)
    cm = Cmd1.zip(Do1).to_h
    if (a = cm[args[0]])
      S + args[1].to_s + a
    else
      case args[0]
      when :CUP then S + "#{args[1]};#{args[2]}H"
      when :ED  then S + (args[1] ? args[1].to_s : "") + "J"
      when :EL  then S + (args[1] ? args[1].to_s : "") + "K"
      when :TBC then S + (args[1] ? args[1].to_s : "") + "g"
      when :DECSTBM
        S + (args[1] ? "#{args[1]};#{args[2]}" : "") + "r"
      when :DECTCEM
        S + "?25" + args[1]
      else
        raise "#{args[0]} is undefined CSI."
      end
    end
  end
  
  def cmd(given)
    cm = Cmd2.zip(Do2).to_h[given]
    cm ? "\e" + cm : raise("#{given} is undefined command.")
  end
  
  def esc(str)
    "\e" + str
  end
  
  def clear() ES.csi(:ED, 2) + ES.csi(:CUP, 1, 1) end
  def down()  ES.cmd(:NEL) end
  def up()    ES.cmd(:RI) end
  def reset() S + "0m" end
  def top()   ES.csi(:CHA, 1) end
  def home()  ES.cursor(0, 0) end
  def push()  ES.cmd(:DECSC) end
  def pop()   ES.cmd(:DECRC) end
  
  # カーソルの移動
  def cursor(x, y = nil)
    y ? ES.csi(:CUP, y, x) : ES.csi(:CHA, x)
  end
  
  # 相対的なカーソルの移動
  def cursor_r(x, y)
    st = ""
    st += if x > 0
      ES.csi(:CUF, x)
    elsif x < 0
      ES.csi(:CUB, -x)
    else
      ""
    end
    st += if y > 0
      ES.csi(:CUD, y)
    elsif y < 0
      ES.csi(:CUU, -y)
    else
      ""
    end
  end

  def console_size
    [`tput cols`, `tput lines`].map(&:to_i)
  end
  
  # スクロールする行の範囲を指定する（引数がなければ範囲の解除）
  def scroll(rn = nil)
    return case rn
           when Range then ES.csi(:DECSTBM, rn.first, rn.max)
           when 0     then ES.csi(:DECSTBM)
           else ES.push + ES.csi(:DECSTBM) + ES.pop
           end
  end
  
  def cursor_position
    puts "\x1B[6n"
    res = ""
    STDIN.raw do |io|
      until (c = io.getc) == 'R'
        res << c if c
      end
    end
    m = /(\d+);(\d+)/.match(res)
    [m[2], m[1]].map(&:to_i)
  end
  
  # 下にn行開けてカーソルを始めの位置にもってくる
  # （既に下にn行以上開いていたら何もしない）
  def safe_scroll(n)
    return "" if n <= 0
    str = ""
    y = ES.cursor_position[1]
    if (h = ES.console_size[1]) < y + n
      str = ES.scroll_up(n - 1)
      y = h - n
    end
    str + ES.cursor(1, y)
  end
  
  def scroll_up(n)  "\n" * n end
  def clear_below() ES.csi(:ED) end
  
  module_function :color, :csi, :cmd, :clear, :down, :up, :reset, :top,
    :cursor, :cursor_r, :home, :push, :pop, :esc, :console_size, :scroll,
    :scroll_up, :cursor_position, :clear_below, :safe_scroll
end

使用例1

これのコードは以下です。
ANSIエスケープシーケンスで遊ぶ · GitHub
　

使用例2

require_relative 'es'

y = ES.console_size[1]
print ES.safe_scroll(1)
print ES.push
print ES.scroll(1..y - 1) + ES.cursor(1, y) + ES.color(:green, :bright) + "FIXED"
print ES.reset + ES.pop
10.times do |i|
  puts i
  sleep(0.1)
end
print ES.scroll + ES.clear_below + ES.reset

　
※参考
ANSIエスケープコード - コンソール制御 - 碧色工房
VT100のエスケープシーケンス - BK class

クロスワードパズルを作成せよ！（Ruby）

アルゴリズム・パズルです。
　

クロスワードを作る場合、空白と黒マスについて次のルールがあります。

• 黒マスは縦横に連続しない。
• 黒マスによって盤面が分断されてはいけない。

黒マスルール - Wikipedia

これを「黒マスルール」といいます。
　
さて、縦 5、横 6 のクロスワードパズルを作るとき、空白と黒マスの配置の仕方（盤面）は何とおりあるでしょうか。

　
Ruby で解いてみました。コード。
q67.rb

X, Y = 6, 5
@field = Array.new(L = X * Y, 0)    #盤面。最初はすべて空白
@co = 0

#盤面が分断されていないか？
def check
  area = @field.dup
  set = ->(n) {
    area[n] = 2
    [-1, 1, X, -X].each do |dir|
      next if dir == -1 and (n % X).zero?
      next if dir ==  1 and n % X == X - 1
      next if dir ==  X and n >= L - X
      next if dir == -X and n < X
      m = n + dir
      set.(m) if area[m].zero?
    end
  }
  set.(area.find_index(0))
  !area.find_index(0)
end

def try(i)
  if i >= L
    @co += 1 if check
  else
    #空白をセットしてひとつ先へ
    try(i + 1)
    #可能であれば黒マスをセットしてひとつ先へ
    if ((i % X).zero? or @field[i - 1].zero?) and (i < X or @field[i - X].zero?)
      @field[i] = 1
      try(i + 1)
      @field[i] = 0
    end
  end
end

try(0)
puts @co

結果。

$ time ruby q67.rb
149283

real	0m9.822s
user	0m9.788s
sys	0m0.000s

　
結構むずかしかったですね。盤面の小さい場合で確かめながらコーディングしてようやくできました。
　

プログラマ脳を鍛える数学パズル シンプルで高速なコードが書けるようになる70問

浮動小数点演算の謎

30年前の名著「数値計算の常識」を読んでたらBASICで0.01を10000回足したら100.003になるとか書いてあった。まあ昔のPCなんてそんなものかなと思いながら、Visual Studio 2017で試してみたら同じ結果だったｗ pic.twitter.com/HBwJhlhZjc

— ｍはげ (@Tw_Mhage) 2018年11月17日

Ruby 2.5.1 でやってみたらこうなりました。

a = 0
10000.times {a += 0.01}
puts a    #=>100.00000000001425

笑。

しかし、Ruby には BigDecimal がある。

require 'bigdecimal'

a = BigDecimal("0")
10000.times {a += BigDecimal("0.01")}
puts a.to_s("F")    #=>100.0

きちんと正確に計算できました。
　

追記

Rational を使ってもよいね。

a = 0
10000.times {a += 1/100r}
puts a.to_f    #=>100.0

Ruby/SDL でランダム・ウォーク

Ruby/SDL（参照）を使ってランダム・ウォークしてみました。Linux Mint 19、Ruby 2.5.1 で確認しました。

コード。
sdl_random_walk.rb

require_relative 'sdl_draw'

WindowWidth = 300
FieldWidth = 50.0
N = 30

class Agent
  def initialize(ob)
    @x = @y = 0
    @slot = ob
  end
  
  def next_step
    @x += rand(-0.5..0.5)
    @y += rand(-0.5..0.5)
  end
  
  def paint
    ratio = WindowWidth / FieldWidth
    x = WindowWidth / 2 + @x * ratio
    y = WindowWidth / 2 - @y * ratio
    @slot.draw_circle(x, y, 5, @slot.color(255, 0, 0), true, true)
  end
end

draw(WindowWidth, WindowWidth) do
  agents = (1..N).map { Agent.new(self) }
  
  loop do
    fill_rect(0, 0, WindowWidth, WindowWidth, color(0, 0, 0))
    agents.each(&:next_step)
    agents.each(&:paint)
    flip
    sleep(0.05)
  end
end

sdl_draw.rb に関してはここを参照して下さい。簡単なライブラリみたいなものです。

平方根（ルート）を計算して遊ぶライブラリを作った（Ruby）

遊びで平方根（二乗根）を扱うクラス（Root）を Ruby で書いてみました。三乗根とかそれ以上は扱えません（笑）。

コードは下（Gist）にあります。
平方根の計算 · GitHub

オブジェクトの生成。Integer, Rational, Float のルートが扱えます。Root.new(n) または Root.new(a, b) でも、 Root(n) または Root(a, b) でもどちらでも OK です。分数（Rational）のルートを取った場合など、有理化は自動的になされます。Float の場合は to_r してルートを取ります。また、根号の外へ出せる数がある場合は自動的に外へ出します。

$ pry
[1] pry(main)> require_relative "root"
=> true
[2] pry(main)> Root.new(3)
=> Root(3)
[3] pry(main)> Root(7, 3)
=> (7)Root(3)
[4] pry(main)> Root(1/3r)
=> (1/3)Root(3)
[5] pry(main)> Root(2.5)
=> (1/2)Root(10)
[6] pry(main)> Root(12)
=> (2)Root(3)
[7] pry(main)> Root(4)
=> (2)Root(1)

根号の中はかならず自然数であり、係数は整数あるいは分数（Rational）です。
　
係数と根号の中身を取り出すことができます。

[4] pry(main)> x = Root(12)
=> (2)Root(3)
[5] pry(main)> x.content
=> 3
[6] pry(main)> x.coefficient
=> 2

　
掛け算（*）、割り算（/）、累乗（**）ができます。マイナスの単項演算子が使えます。

[2] pry(main)> a = Root(3)
=> Root(3)
[3] pry(main)> a * Root(6)
=> (3)Root(2)
[4] pry(main)> a * Root(3)
=> 3
[5] pry(main)> a * Root(1/5r)
=> (1/5)Root(15)
[6] pry(main)> a / Root(6)
=> (1/2)Root(2)
[7] pry(main)> a * 5
=> (5)Root(3)
[8] pry(main)> (2/7r) * a
=> (2/7)Root(3)
[9] pry(main)> a / 1.5
=> (2/3)Root(3)
[10] pry(main)> a ** 2
=> 3
[11] pry(main)> a ** 3
=> (3)Root(3)
[12] pry(main)> 3 / a
=> Root(3)
[13] pry(main)> 2 ** a
=> 3.3219970854839125
[14] pry(main)> a ** 1.5
=> 2.2795070569547775
[15] pry(main)> -a
=> (-1)Root(3)

　
計算できる場合に限り、足し算と引き算ができます。

[2] pry(main)> a = Root(3)
=> Root(3)
[3] pry(main)> a + Root(12)
=> (3)Root(3)
[4] pry(main)> a - Root(3) * 2
=> (-1)Root(3)
[5] pry(main)> 4 + Root(9)
=> 7
[6] pry(main)> 3.0 - Root(4)
=> 1.0
[7] pry(main)> Root(2) + 3.0
=> 4.414213562373095
[8] pry(main)> a + Root(5)
TypeError: Root(5) (Class Root) can not be used at this place.
from /home/***/Documents/Ruby/root.rb:197:in 'error'
[9] pry(main)> 3 - Root(5)
TypeError: (-1)Root(5) (Class Root) can not be used at this place.
from /home/***/Documents/Ruby/root.rb:224:in `error'

　
比較ができます。定義されている演算子は、< > <= >= == <=> です。

[1] pry(main)> Root(5) > Root(3)
=> true
[2] pry(main)> Root(3) > 2
=> false
[3] pry(main)> Root(3) <= 2
=> true
[4] pry(main)> Root(4) == 2
=> true
[5] pry(main)> Root(5) == Root(3)
=> false
[6] pry(main)> Root(3) > 1.7
=> true
[7] pry(main)> 2 < Root(5)
=> true
[8] pry(main)> 3 <=> Root(10)
=> -1

　
なのでソートもできます。

[2] pry(main)> a = [3.0, -1, Root(3), Root(12), Root(1/5r), 6.5]
=> [3.0, -1, Root(3), (2)Root(3), (1/5)Root(5), 6.5]
[3] pry(main)> a.sort
=> [-1, (1/5)Root(5), Root(3), 3.0, (2)Root(3), 6.5]

　
プラスの単項演算子は、オブジェクトが整数なら Integer に変換します。そうでなければ self をそのまま返します。

[2] pry(main)> a = Root(4)
=> (2)Root(1)
[3] pry(main)> +a
=> 2
[4] pry(main)> +Root(5)
=> Root(5)

なお、計算をする場合はこの変換が自動でなされます。

Float への変換は to_f。Integer への変換 to_i は内部で to_f.to_i になります（小数点以下切り捨て）。Integer, Rational, Float からのオブジェクトの生成は to_root。

[5] pry(main)> Root(7).to_f
=> 2.6457513110645907
[6] pry(main)> Root(7).to_i
=> 2
[7] pry(main)> 2.to_root
=> (2)Root(1)
[8] pry(main)> 1.5.to_root
=> (3/2)Root(1)

　
計算例。

[7] pry(main)> Root(6) * Root(1/3r) + 8 / Root(2)
=> (5/1)Root(2)
[8] pry(main)> Root(60) / Root(3/10r)
=> (10/1)Root(2)

　
例えばここのほとんどの計算ができます。

[2] pry(main)> Root(180)
=> (6)Root(5)
[3] pry(main)> Root(50) + Root(18)
=> (8)Root(2)
[6] pry(main)> Root(7, 3) - Root(27)
=> (4)Root(3)
[7] pry(main)> Root(5, 2) * Root(3, 2)
=> 30
[8] pry(main)> Root(4, 3) * Root(2, 5)
=> (8)Root(15)
[9] pry(main)> Root(4, 6) / Root(2, 2)
=> (2/1)Root(3)
[10] pry(main)> Root(4, 30) * Root(3, 21) / Root(6, 14)
=> (6/1)Root(5)
[11] pry(main)> 2 / Root(3)
=> (2/3)Root(3)
[12] pry(main)> Root(3) / Root(2, 7)
=> (1/14)Root(21)

作っていてなかなか楽しかったです。

31ゲーム（Go言語）

「たけしのコマ大数学科」の問題をいろいろ Ruby で解いているときに、こんな問題がありました。

問題：
１から６までのトランプ２４枚を使い、２人が交互に１枚ずつ取り、２人の取ったカードの合計を先に３１にした方が勝ち、というゲームをする。（31を超えたら負け。）
　
このゲームで先手が勝つためには始めに何を取ればよいか。

（問題の書いてあるサイトはここです。元記事に感謝します。）

「先手が勝つためには始めに何を取ればよいか」とあるように、このゲームは先手必勝です。ちなみにこの問題はここで Ruby で解いています。

で、実際にこのゲームをコンピュータ相手に対戦するためのプログラムを組んでみました。本当はこれも Ruby で書きたかったのですが、コンピュータの思考時間の関係で Ruby では（自分のスキルでは）無理だったので、Go で書いてみました。ソースコードはここにあります。
31ゲーム · GitHub
　
あなたが先手なので、先手必勝ということはわかっていますから、やり方によっては必ずあなたが勝てます。しかし、コンピュータ側は完璧な対応をしてくるので、ひとつでも手をまちがえれば絶対にコンピュータには勝てません。こんな感じです。

$ go build thirty_one_play.go
$ ./thirty_one_play

**第1手目**
合計： 0
カードを選んで下さい（1~6）：　[4 4 4 4 4 4]6

**第2手目**
---あなたの負けは確定しています
コンピュータの手は 4 です

**第3手目**
合計： 10
カードを選んで下さい（1~6）：　[4 4 4 3 4 3]4

**第4手目**
---あなたの負けは確定しています
コンピュータの手は 3 です

**第5手目**
合計： 17
カードを選んで下さい（1~6）：　[4 4 3 2 4 3]2

**第6手目**
---あなたの負けは確定しています
コンピュータの手は 5 です

**第7手目**
合計： 24
カードを選んで下さい（1~6）：　[4 3 3 2 3 3]1

**第8手目**
コンピュータの手は 6 です
合計 31 で、あなたの負けです！

こんな風に、あなたが一回でもミスをすると「あなたの負けは確定しています」と出ます。コンピュータのくせに、なまいきですね。なお、カードを選ぶところの例えば「[4 4 4 3 4 3]」というのは、左から順に 1~6 のカードの残りの枚数を表しています（この例の場合だと、4 と 6 のカードがそれぞれ 3 枚づつ残っていて、残りのカードはすべて 4 枚残っているということです。）

じつのところ、なかなか勝てないと思います。是非必勝法を編み出してみて下さい！

「たけしのコマ大数学科」の問題を Ruby で解く

marginalia.hatenablog.com
marginalia.hatenablog.com
marginalia.hatenablog.comいまこちらの記事で挑戦中です。「たけしのコマ大数学科」については Wikipedia でどうぞ。

問題例です。

10人が円卓に座って1人ずつ握手をするとき、全員の手が交差しないように握手する仕方は全部で何通りあるか？

1～1000の数字が振られている1000個の電球がある。すべてOFFの状態から始めて、1回目の操作で1の倍数の電球のスイッチのON/OFFを切り替え、2回目の操作では2の倍数の電球のON/OFFを切り替える。
　このように、n回目の操作でnの倍数の電球のON/OFFを切り替える操作を、1000回目までおこなったとき、最後にONの状態の電球の数は何個か。

直径ＡＢの円とＡの地点に点Ｐがある。直径（線分）ＡＢが円に沿って等速で一回転する間に点ＰもＡからＢへ等速で移動する。このときの点Ｐの軌跡を書きなさい。