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2009-10-21[n年前へ]

■無料のMathematicaカーネルとIronRubyでP2Pグリッド数式処理システムを作ってみよう　

少し前、「無料配布のMathematicaカーネルと（やはり同じく無料で使うことができる）.NET Framework上で動作するRubyであるIronRuby」を使い、「無料配布MathematicaカーネルとNET Framework実装IronRubyでグリッド・Matheatica計算環境は5分で作れる」という記事で、Mathematicaで並列計算を可能にするためのコード例を書きました。制御用マシンと計算用サーバ間の通信はhttpを使い、多数のサーバ群で高機能数式処理並列計算を実行することができるシステムを無料で構築しよう、というアイデア・実装です。

　今日は、その時書いたコードをもう少し書きなおしてみました。書き直した点をひとことで言えば、それは「制御用マシン（用ソフト）」「計算用サーバソフト」といった区別をなくしたクラスを作ってみたということになります。また、それに加えてコマンドの投げ方を替えた＆コマンドを投げる際にURLエンコードをかけるようにした、という変更を行いました。それが、下の(Iron)Rubyクラスです。

　というわけで、まずはこんなコードを書いてみましょう。名前は、mathnode.rbとでもしておきます。

class Mathematica
  require 'Wolfram.NETLink'
  include Wolfram::NETLink
  PAR="-linkmode launch -linkname
 'C:\\Program Files\\Wolfram Research\\
Mathematica Player\\7.0\\MathKernel.exe'"
  def initialize()    
  end
  def open
    @kernelLink=MathLinkFactory.CreateKernelLink(PAR)
    @kernelLink.WaitAndDiscardAnswer()
  end
 def do(q)
     @kernelLink.EvaluateToInputForm(q, 0)
  end
  def close
    @kernelLink.EvaluateToInputForm('MVClose[]', 0)
  end
end

class Mathnode
  require 'webrick'
  include WEBrick
  require 'net/http'
  require 'uri'  
  Net::HTTP.version_1_2
  attr_reader :server
  
  def initialize()    
    @m=Mathematica.new
    @m.open
  end

  def start(port)
    @server=Thread.new do
      @s=HTTPServer.new(:Port=>port, 
                             :DocumentRoot=>'',
                             :RequestTimeout=>600,
                             :MaxClients=>1)  
      @s.mount_proc("/restart") {@m.close;@m.open}
      @s.mount_proc("/shutdown") {@s.shutdown}
      @s.mount_proc("/"){|req,res|
        res.body='use /evaluate/command'
        res.body=URI.encode(@m.do(URI.decode(req.query['q']) )) if req.query['q']
      }
      trap("INT"){@m.close;@s.shutdown}
      @s.start
    end
  end

  def stop
    @server.shutdown
  end
  
  def sendCommand(host,port,q)
    result=''
    Net::HTTP.start(host,port){ |http| 
        r=http.get('/evaluate?q='+URI.encode(q))
        result=URI.decode( r.body )
    } 
    result
  end

end

　このクラスを使い、たとえば、こんなコードを書きます。

require 'mathnode.rb'
mathnode=Mathnode.new
mathnode.start(ARGV[0].to_i)
mathnode.server.join

名前は、node.rbとでもしておきましょうか。そして、コマンドラインから、こんな風に実行します。引数は、httpでコマンドを待ち受けるTCP/IPのポート番号です。

ir.exe node.rb 80

これで、ポート番号80を用い、プロトコルはhttpで、コマンドを待ち受け続けるサーバが立ち上がります。

　さて、同じmathnode.rbを使って、今度は計算をさせるための制御用コントローラを書いてみましょう。名前は、main.rbとでもしましょうか。

require 'mathnode.rb'
mathnode=Mathnode.new
puts mathnode.sendCommand(
　　'localhost',ARGV[0].to_i,
　　'Solve[x+y==3,x]')

これで、先ほど立ち上げた「計算用サーバ」に対して、x+y==3という一次代数方程式をxについて解かさせるプログラムのできあがり、です。使い方は、

ir.exe main.rb 80

です。これで、localhostの80番ポートでMathematicaコマンドを待ち受けるサーバに、x+y==3という一次代数方程式をxについて解かせるプログラムの出来上がりです。

　重要なのは、「計算用サーバ」と「制御用コントローラ」は、主従関係にあるようなクラスではなく、完全に同一のクラスである、ということです。ですから、peer to peer でデータ・命令を投げ合うグリッド計算システムを書き上げることもできるわけです。

　もちろん、前回「無料配布MathematicaカーネルとNET Framework実装IronRubyでグリッド・Matheatica計算環境は5分で作れる」で書いたようなプログラムとして、こんな風に書いても構いません。

require 'pp'
require 'net/http'
require 'uri'

Net::HTTP.version_1_2
result=[]
threads = []
command='Solve[x+y==3,x]'
uri=['localhost']
port=[80]
2.times do |i|
  threads.push( 
    Thread.new do
      Net::HTTP.start(uri[i],port[i]){ |http| 
        r=http.get('/evaluate?q='+URI.encode(command));
        result＜＜URI.decode( r.body );} 
    end
  )
end
threads.each do |t|  t.join end
pp result

　これでも、全く同じ計算結果を得ることができる、無料のMathematica並列計算環境ができあがります。

　実際の使い勝手としては、「制御用マシン」「計算用サーバ群」という作りでも良いような気もしますが、それだけではつまらないので、今日はP2Pグリッド数式処理システムを作ってみた、というわけです。無料で使える道具だけで作ることができて、なおかつ、広い可能性が感じられるもの、ではないでしょうか。

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2009-10-27[n年前へ]

■「無料MathematicaPlayer+IronRuby+AJAX」で数式処理フロントエンドを作ってみよう　

3行で書ける（WEBブラウザ・インターフェースの）数式処理フロントエンド

　ウルフラム・リサーチから無料で配布されているMathematica Playerには、最高に高度な数式処理プログラムである Mathematicaのエンジンが内蔵されています。そこで、そのMathematicaのエンジン部である MathKernel(Mathematica Playerと一緒に配布されている)を.NETのインターフェースを用いて操作し、（.NETによるRuby実装である）IronRubyで自由自在に数式処理をすることに挑戦してきました。その準備作業や使い方は、「無料配布のMathematicaカーネルをIronRubyから自由自在に使ってみよう」から始まる、いくつもの（ラクガキ）記事を読めばわかると思います。

　今日は、以前書いたコードを少し書き直してみました。ひとつは、Mathematicaで数式処理をするノード（サーバ）を書くためのIronRubyクラスです（mathnode2.rb）。128行ほどの短いコードですが、さすがにここにそのまま引用するには少し長いので、リンクするにとどめておきます（IronRubyのコードは、ここに置いておきました）。

　といっても、以前のバージョンから実際にはほとんど変わっていません。httpを介したWEB I/Fに関して、いくつか修正をしたことと、せっかく（速度や機能を犠牲にして）httpを介したI/F仕様にしたのだから、ユーザー・インターフェースを介しても計算環境を簡単に使うことができる(AJAXによる)コマンド＆結果表示機能を実装してみた、ということくらいです。もちろん、httpを通信プロトコルに採用しているからといって、「人間が操作することありき」で作成したわけではありません。単に、（たとえば「MathematicaPlayer+IronRubyでMathematica風AJAX WEBアプリ」の動作動画のように）色々と流用可能だから、実装コードの行数が短くて済みそうだったから、という理由です。

　「ユーザー・インターフェースを介しても計算環境を簡単に使うことができる機能」というのを具体的に書けば、AJAXを使ったMathematica Player フロントエンドもIronRubyコード中に実装してみたのです。CSSなどは使わず1ファイルで計算＆WEBサーバの機能を実装していますので、色々カスタマイズしがいのあるサンプルではないか、と思います。

　たとえば、今日書いた'mathnode2.rb'を使い（利用して）、たとえばこんなIronRubyコードを書いてみます（Mathematica Playerや.NET/LINK、あるいは、IronRubyの準備は前もってしておいてください）。

require 'mathnode2.rb'
mathnode=Mathnode.new
mathnode.start(ARGV[0].to_i)
mathnode.server.join

このコードを、"freeMathAlpha.rb"という名前でもつけ（このサンプルスクリプトも先のリンク先に置いてあります）、そのスクリプトを起動してみます。

ir.rb freeMathAlpha.rb 80

ここで、引数の80は（コマンド受信用として）httpで使うポート番号です。もちろん、80番である必要はありません。

　さて、こうすると、Mathematica計算用のノード（サーバ）が起動します。また、これまでに書いてきたように、異なるポートで複数立ち上げることもできます。

　この状態で、ためしにブラウザを立ち上げてhttp://localhost/にアクセスしてみましょう（たとえば、80番ポートで立ち上げたのでなく、81番ポートで立ち上げたのであれば、http://localhost:81/にアクセスしてみましょう。すると、ブラウザ上で下のスクリーンショットのような画面が現れ、あなたのブラウザ上でMathematicaを使うことができるようになります。入力も出力も、通常のMathematicaと同じような（似たような）画面構成ですから、Mathematicaを使ったことがある方であれば、簡単に使うことができると思います。

　さて、実際に使ってみると、有料版Mathematicaでは使うことができても、Mathematica Player付属のカーネルでは使うことができない関数がいくつもあることに気づかされます。けれど、その一方で、方程式を解いたり・数値処理をする分には、実にたくさんの機能を使うことができることにも、同時に気付かされます。本家 "WolframAlpha"ほどではないにしても、WEBベースの数式演算処理サーバが稼働し始めるのは、なかなかに楽しいものです。

　Matheatica Player、Ironruby、.NET/LINK、ブラウザ…どれも無料で使うことができるものばかりです。せっかくですから、一度は遊んでみると面白いのではないでしょうか。WEBブラウザ・インターフェースの数式処理フロントエンドもあることですし、ね。

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2009-10-29[n年前へ]

■「MathematicaPlayer+IronRubyでMathematica風AJAX WEBアプリ」の動作動画　

　「無料MathematicaPlayer+IronRuby+AJAX」で数式処理フロントエンドを作ってみよう　がどのように動作するか・どのように使うことができるのか、をわかりやすく眺め・わかりやすく感じることができるように、ブラウザ上で使っている最中の画面をキャプチャしてみました。それが、下に貼り付けた動画になります。

　IronRubyやMathematica、あるいは、.NETと言われても・・・何か敷居が高く感じてしまうという方も多いかもしれません。あるいは、使ってみたいけれど、ダウンロード・インストールするのが面倒だ・わかりにくい・・・、とか、そういった作業をする時間がないよ・・・という人も多いかもしれません。

　そこで、「とりあえず、どんな具合になるのか知りたい」という方のために、今日はとりあえず動作画面を誰でも眺めることができるようにしてみました。私がIronRubyで書いたコードもとても単純ですから、適当に直したり・カスタマイズしてみると、とても面白いのではないでしょうか。もちろん、「ここ修正すべし」といったアドバイスなど、大歓迎です。

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2009-10-30[n年前へ]

■Mac OS X で IronRuby　

　「OS X で IronRuby その１」

OS X で IronRuby を動かして遊んでみようと、ちょっくら試行錯誤してみました。まずは Mono の入手から。知らない間に 2.4 になってる。ダウンロードページから、OS X Intel 用 Mono 2.4.2.3 Framework の dmg を落としてきて、インストールした後、動作確認。

　「OS X で IronRuby その３」

　.NET Framework が入っている Windows 環境では、何にも気にせず実行できる ir.exe は、OS X 環境では、当然、mono コマンドから実行しなければならない。うーん。いちいち面倒。ということで、mir に変えちゃった。

　「OS X で IronRuby その2」

　これぞ IronRuby のスクリプトパワー。後付けで簡単にサクサクWindows.Formを拡張できる。

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キーワード(ブログ):Macintosh|OSX|IronRuby|.Net|Mono

2009-11-05[n年前へ]

■Mathematica Player+IronPython関連記事　

　Mathematica Player+IronPython関連記事が充実してきたBoxHeadRoom　蝸牛の一歩　から。

　「無料Mathematica　Player用のインタラクティブシェルをIronPythonで書いてみた」
「【Py】東京の年平均気温 60年分をプロットしてみた」
「無料のMathematicaPlayerを、IronPythonを使ってWeb APIに」
「無料のMathematica Playerで画像を出力してみた（IronPythonで）」

特に、「無料のMathematica Playerで画像を出力してみた（IronPythonで）」のアプローチはとても参考になったので、IronRubyで書き直してみようと思う。また、Pythonも使えるようになってみたいものだ。

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