2020年度 大気科学演習１

シェルスクリプト

• 全部の問題を解かなければならないというものではありません．
• とばしてもよいと思う問題には「＃」を付けています．
• 難しいと思う問題には「％」を付けています．
• かなり難しい問題も混ざっています．
• できる人はいろいろやってみてください．
• それ以外の人は，できる範囲でやってみてください．

練習問題１ー１

1 から 1024 の数字を順番に表示する

1
2
3
...
1023
1024

ヒント

• seq を使えるなら簡単である

$ seq 1 1024

• が，練習なので seq を使わずにシェルスクリプトを書いてみる
• while を使ってください
  • echo を1024回書いてもよいのだが，普通はそんなことはしない(と思う)

練習問題１ー１a

3 から 6 の数字を順番に表示する

3
4
5
6

ヒント１

• この数列の第n項は

n + 2

• 数列の最初の4項を表示するなら

n=0
while [ $n -lt 4 ]; do
  n=$(( n + 1 ))
  a=$(( n + 2 ))
  echo $a
done

シェルスクリプトにおいて = の意味は，右辺の値を左辺に代入する，である(「n = n + 1 は間違ってる」とか言わないように)．

ヒント２

• 同じ問題を違う方法で解いている
• ヒント１は数列の一般項を使ったが，漸化式を使ってみる
• 数列の第n項 a_n と 第n+1項の間の関係は

a_n+1 = a_n + 1

• 第n項の値を入れる変数を a，第n+1項の値を入れる変数を b とするなら

b=$(( a + 1 ))

• 漸化式を使って数列の各項を順番に表示するなら

n=1
b=3
echo $b
while [ $n -lt 4 ]; do
  n=$(( n + 1 ))
  a=$b
  b=$(( a + 1 ))
  echo $b
done

• ちなみに，n=$(( n + 1 )) と書いたのと同様にして数列 a を計算するなら，

n=1
b=3
echo $b
while [ $n -lt 4 ]; do
  n=$(( n + 1 ))
  b=$(( b + 1 ))
  echo $b
done

練習問題１ー１b

5 から 2 の数字を順番に表示する

5
4
3
2

ヒント

• 一般項は a_n = 6 - n
• 漸化式は a_n+1 = a_n - 1

練習問題１ー１c

数列

11
14
17
...
98

練習問題１ー２

数列の和を計算する

• 2 + 4 + 6 + 8 + ... + 20

ヒント１

• まず数列の各項を計算するコードを書いて，それを元に和を計算するコードを作る
• 数列の各項を入れる容れ物として変数 a を使うことにすると，数列の各項を計算するコードは

n=0
while [ $n -lt 10 ]; do
  n=$(( n + 1 ))
  a=$(( 2 * n ))
done

• 数列の和を入れる容れ物として変数 s を使うことにして，s に a を加えていく
  • 第n項までの和が変数 s に入っていて，数列の第n+1項の値が変数 a に入っているなら，第n+1項までの和は s + a

n=0
s=0
while [ $n -lt 10 ]; do
  n=$(( n + 1 ))
  a=$(( 2 * n ))
  s=$(( s + a ))
done
echo $s

ヒント２

• もちろん漸化式を使って解くこともできる
  • と言われたら，漸化式を使って解くコードも書きたくなりますよね？

練習問題１ー２a

数列の和を計算する

• 1 + 4 + 9 + 16 + ... + 100
• 1 + 8 + 27 + 64 + ... + 1000
• 1 + 2 + 4 + 8 + ... + 512

答え合わせ

• 2 + 4 + 6 + 8 + ... + 20 = 110
• 1 + 4 + 9 + 16 + ... + 100 = 385
• 1 + 8 + 27 + 64 + ... + 1000 = 3025
• 1 + 2 + 4 + 8 + ... + 512 = 1023

練習問題１ー３

九九の表を作るスクリプトを書く．

以下のような出力ができたらよい．

1  2  3  4  5  6  7  8  9
2  4  6  8 10 12 14 16 18
3  6  9 12 15 18 21 24 27
4  8 12 16 20 24 28 32 36
5 10 15 20 25 30 35 40 45
6 12 18 24 30 36 42 48 54
7 14 21 28 35 42 49 56 63
8 16 24 32 40 48 56 64 72
9 18 27 36 45 54 63 72 81

とりあえず，列が揃っていなくてもよい(ちょっとした小技を知っていると列を揃えるのは簡単であるが)．

ヒント１

• 九九を式で書いたら n x m
• n の値を順番に変更していくループと，m の値を順番に変更していくループを入れ子にする
  • ループの入れ子はシェルスクリプトを書いてみる2
• echoコマンドはそのまま使うと改行する．

echo Hello
echo World

改行しないようにするにはオプション -n をつける

echo -n Hello
echo -n World

• echoコマンドで空白を出すときはクォーテーションで括る

echo ' '

ヒント２

• シェルスクリプトを書いてみる2に出てきた

1 1
1 2
1 3
2 1
2 2
2 3

と出力するスクリプトを書き換えることを考える

• 変数 i と変数 j を出力する代わりに，i と j を掛け算して得られる値を入れる変数として k を用意して，変数 k の値を出力する

#/bin/bash
i=0
while [ $i -lt 2 ]; do
  i=$(( i + 1 )
  j=0
  while [ $j -lt 3 ]; do
    j=$(( j + 1 ))
    k=$(( i * j ))
    echo $k
  done
done

• 改行する/しないを使い分ける

#/bin/bash
i=0
while [ $i -lt 2 ]; do
  i=$(( i + 1 )
  j=0
  while [ $j -lt 3 ]; do
    j=$(( j + 1 ))
    k=$(( i * j ))
    echo -n $k
  done
  echo
done

• 数字の間にスペースを追加

#/bin/bash
i=0
while [ $i -lt 2 ]; do
  i=$(( i + 1 )
  j=0
  while [ $j -lt 3 ]; do
    j=$(( j + 1 ))
    k=$(( i * j ))
    echo -n ' '
    echo -n $k
  done
  echo
done

練習問題１ー４

Fibonacci sequence (フィボナッチ数)

• 10番目までのフィボナッチ数を計算して表示する
  • フィボナッチ数： 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, ...
    • 最初の2項(0と1)は定義されている
    • その後の項はその前にある２つの項の和(第n項は第n-1項と第n-2項の和)
    • 式で書くと

F_0 = 0, F_1 = 1
F_{n+2} = F_n + F_{n+1}

ヒント

• フィボナッチ数列は隣接３項間の漸化式として定義されている
• 漸化式で表された数列の求め方は，練習問題１ー１aのヒント２にある
• フィボナッチ数列の場合，第n-1項に加えて第n-2項も必要となる
• 第n-2項の値を入れる変数を a，第n-1項の値を入れる変数を b，第n項の値を入れる変数を c とすると，

c=$(( a + b ))

• 第1項と第2項は定義されているので，計算するのは第3項からである．第4項の計算までをコードで書くと，

n=1
c=0
echo $c
n=$(( n + 1 ))
b=$c
c=1
echo $c
n=$(( n + 1 ))
a=$b
b=$c 
c=$(( a + b ))
echo $c
n=$(( n + 1 ))
a=$b
b=$c 
c=$(( a + b ))
echo $c

スクリプトのちょっとやりすぎな気もする解説

• 繰り返しの部分をwhileで書く

n=1
c=0
echo $c
n=$(( n + 1 ))
b=$c
c=1
echo $c
while [ $n -lt 10 ]; do
  n=$(( n + 1 ))
  a=$b
  b=$c
  c=$(( a + b ))
  echo $c
done

練習問題１ー４a

トリボナッチ数

T_0 = T_1 = 0, T_2 = 1
T_{n+3} = T_n + T_{n+1} + T_{n+2}

練習問題１ー４b

テトラナッチ数

T_0 = T_1 = T_2 = 0, T_3 = 1
T_{n+4} = T_n + T_{n+1} + T_{n+2} + T_{n+3} 

＃練習問題１ー４c

Fibonacci sequence (フィボナッチ数)

• 100番目までのフィボナッチ数を計算して表示する

ヒント

• 表示された数字を見て，問題かないかどうか必ず確認すること．
• 書いているコードによっては問題が発生することがある(問題が発生したときは，すぐにわかる)．
• 足し算を

$(( x + y ))

から

$( echo  "$x + $y" | bc )

に変更してみる．

練習問題１ー５

/work2/atmos/data/skymonitor 以下に保存されている，スカイモニターで撮影された画像の枚数を数える

• 日毎に撮影した枚数を数え，「年月日　枚数」を出力する．

20161014  255
20161015  1092
20161016  1093
20161017  1362
20161107  351
20161108  426
...

ヒント

• まず，2016年10月だけに限定して考える
• 日付を表示する

#!/bin/bash                                                                     
days=$( ls /work2/atmos/data/skymonitor/2016/10 )
for yyyymmdd in $days ; do
  echo $yyyymmdd
done

実行したら

20161014
20161015
20161016
20161017

• ファイルの数も数える

#!/bin/bash                                                                     
days=$( ls /work2/atmos/data/skymonitor/2016/10 )
for yyyymmdd in $days ; do
  num=$( ls /work2/atmos/data/skymonitor/2016/10/${yyyymmdd}/*.jpg | wc -l )
  echo $yyyymmdd $num
done

実行したら

20161014 255
20161015 1092
20161016 1093
20161017 1362

• 先のことを考えて，年と月を変数にしてみる

yyyy=2016
mm=10
days=$( ls /work2/atmos/data/skymonitor/${yyyy}/${mm} )
for yyyymmdd in $days ; do
  num=$( ls /work2/atmos/data/skymonitor/${yyyy}/${mm}/${yyyymmdd}/*.jpg | wc -l )
  echo $yyyymmdd $num
done

• 次は，2016年の各月を出力する

#!/bin/bash                                                                     
yyyy=2016
months=$( ls /work2/atmos/data/skymonitor/${yyyy} )
for mm in $months ; do
  days=$( ls /work2/atmos/data/skymonitor/${yyyy}/${mm} )
  for yyyymmdd in $days ; do
    num=$( ls /work2/atmos/data/skymonitor/${yyyy}/${mm}/${yyyymmdd}/*.jpg | wc -l )
    echo $yyyymmdd $num
  done
done

• 2016年以外も出力する

#!/bin/bash                                                                     
years=$( ls /work2/atmos/data/skymonitor )
for yyyy in $years ; do
  months=$( ls /work2/atmos/data/skymonitor/${yyyy} )
  for mm in $months ; do
    days=$( ls /work2/atmos/data/skymonitor/${yyyy}/${mm} )
    for yyyymmdd in $days ; do
      num=$( ls /work2/atmos/data/skymonitor/${yyyy}/${mm}/${yyyymmdd}/*.jpg | wc -l )
      echo $yyyymmdd $num
    done
  done
done

• 動かしてみると

ls: cannot access '/work2/atmos/data/skymonitor/2019/07/20190705/*.jpg': No such file or directory

のようなメッセージが吐き出されたかもしれない．メッセージをみたらだいたいわかると思うが，指定したファイルは存在しないと言われている．ディレクトリはあるけどファイルがない，という場合があるということである．

• エラーメッセージを表示しないようにするには 2>/dev/null のおまじないを追加する

num=$( ls /work2/atmos/data/skymonitor/${yyyy}/${mm}/${yyyymmdd}/*.jpg 2>/dev/null | wc -l )

練習問題１ー５a

• 各年に撮影した枚数を数え，「年　枚数」を出力する

2016 21682
2017 499525
2018 428194
2019 381291
2020 388234

ヒント

• 賢い人はワイルドカードを使って

num=$( ls /work2/atmos/data/skymonitor/${yyyy}/*/*/*.jpg | wc -l )

のようなことをしたかもしれない．理屈は正しくて，これでうまくいくべきなのであるが，実際には

Argument list too long

のようなメッセージが表示されたりして，うまっくいかない．メッセージを見たら察しはつくと思うが，これはファイルの数が多すぎてダメと言われている．それくらいなんとかしてくれと思わなくもないが，ダメなものはダメなので，違う方法(小分けにして溢れないようにして，足し算する)を考えてください．

＃％練習問題１ー５b

• 各月に撮影した枚数を数え，「月　枚数」を出力する．

01 164756
02 160271
03 145159
04 134472
05 104755
06 129331
07 156557
08 176002
09 145356
10 133105
11 122978
12 146184

＃％練習問題１ー５c

• 時間(0時台，1時台，．．．23時台)ごとに撮影した枚数を数え，「時間　枚数」を出力する

00 71951
01 71851
02 71864
03 71826
04 71806
05 71753
06 71645
07 71435
08 71431
09 71480
10 71579
11 71465
12 71329
13 71061
14 70814
15 70750
16 70846
17 71371
18 71795
19 72216
20 72336
21 72220
22 72088
23 72014