GSLを使ってみよう
Visual C/C++で数値計算ライブラリを使う方法のメモ
九州大学大学院 工学研究院
航空宇宙工学部門 宇宙機ダイナミクス研究室
平山寛
2008/6/20
「車輪の再発明」をしていないか？
車輪の再発明（しゃりんのさいはつめい）とは、「広く受け入れられ確立した
技術や解決法を無視して、同様のものを再び一から作ってしまう事」の慣用
句。英語では Reinventing the wheel であり、世界中で使われる。
車輪を題材にして、「広く受け入れられ確立した技術や解決法を無視して、
同様のものを再び一から作ってしまう事」を示している。新たな付加価値が
何もないものを作成するのにコストをかけることから、皮肉的なニュアンスで
用いられる。再発明を行ってしまう理由としては、「既存のものの存在を知ら
ない」「既存のものの意味を誤解している」といったことが挙げられる。主に
IT
業界、特に
SE・プログラマの間で良く用いられる。これらの業界では、
ライブ
ラリや先行事例があるにもかかわらず、多様な理由でそれを利用せず、コー
ドやプログラミング技法を再び一から作ってしまう事
が多い。
教育の現場では、ある技術の意味を理解させるために、意図的に車輪の再
発明を行わせる場合がある。
ウィキペディアの解説より引用
数値計算の場合・・・
z我々の分野でよく使う数値計算
¾数値積分（微分方程式）
¾ベクトル・行列計算
¾ベッセル関数，ルジャンドル関数（摂動問題で）
zこれらは再発明しなくても、既存の数値計算
ライブラリが利用できる。有名なのは、
¾Numerical Recipes → 研究室に書籍があります
（ソースは書籍を見て打ち込むか、別途購入）
¾GSL → これを使ってみよう！
GSLって？
産総研・富永氏による和訳マニュアルから引用
GNUはUNIXの世界では
定評のある、フリーソフト
フェア開発の有志団体。
信用できるだろうか？
z ブラックボックスにならないか？
¾ ソースコードは公開されています。
¾ 数百ページに及ぶ詳細な説明書も公開されています。
•
つまり
Numerical Recipesを丸写しするのと透明度は違わない。
•
解説文書が不完全な、先輩のプログラムをもらうより良いかも。
z 最新版がダウンロードできる
¾ 改訂の遅いNumerical Recipesの書籍版（とくに日本語）
よりバグは少ないと考えられる。
•
Numerical Recipes も購入すればダウンロードできますが。
z 開発集団はボランティアとはいえ計算科学の専門家
¾ （恐らく）我々程度の生半可なプログラマが作るコードより
信頼できると考えます。
数値計算の理論そのものが
専門ではないという意味で。
入手方法
z
2008年6月現在 最新版はgsl-1.11
z ソースコード（GNU公式サイトから）
http://www.gnu.org/software/gsl/
¾
UNIXならソースからコンパイルしてインストール
z
Windows Visual C/C++用
コンパイル済みバイナリファイル（
CERNから）
http://service-spi.web.cern.ch/service-spi/external/distribution/
¾ ここからGSL_<version>__LCG_<platform>.tar.gz
というファイルをダウンロード
¾ 最新版はGSL_1.10__LCG_win32_vc71.tar.gz
ちなみにCERNは欧州の素粒子研究所で、
計算科学にも強く、WWW発祥の地。
展開
ztar.gzを展開できるソフトで、展開する。
z下図のようなディレクトリ構成になる。
¾include¥gsl
ディレクトリ内にはヘッダファイル
（拡張子 *.h）
¾lib
ディレクトリ内にはライブラリファイル
（拡張子 *.lib, *.dll）
ヘッダファイルの配置
z 展開した
gsl
フォルダを
(Visual Studioのインストール先)¥VC¥include
の中にコピー
z これで、ソースファイルからは
#include <gsl/gsl_***.h>
として参照できる。
静的ライブラリ（*.lib）の配置
z (Visual Studioのインストール先)¥VC¥lib
内に
gsl
フォルダを作る
z 展開した
lib
フォルダ内の
*.lib
ファイルを
(Visual Studioのインストール先)¥VC¥lib¥gsl
の中にコピー
*.exp ファイルは、ふつう使いませんが、
とりあえず一緒にコピー
動的ライブラリ（*.dll）の配置
z gsl.dll
と
gslcblas.dll
を実行PATHの通った所に置く。
定番の場所は、
¾ 今後よく使うようなら、
C:¥WINDOWS¥system32
内へコピー。
•
この場合、一度だけコピーすればよい。
¾ たまにしか使わないようなら、先にプロジェクトを作製（次頁以降）し、
コンパイルしてから、生成された実行ファイル（*.exe）と同じ場所へコピー。
•
プロジェクトフォルダ内の、
debug
ないし
release
というフォルダである。
•
この場合、新しいプロジェクトを作るたびに、DLLをコピーして入れる必要がある。
又は
system32
へ
gsltestというプロジェクトで使用する例
Visual C/C++での設定概要
z 以上で、GSLの使用準備は完了。
z 続いて、
Visual C/C++での作業となる。
1. 新規プロジェクトを作製
2. C/C++のプログラムソースを作成
（使用する関数のヘッダファイルをインクルードする）
3. プロジェクトのプリプロセッサを設定
4. 静的ライブラリを設定
5. コンパイル
6. （必要なら）DLLを実行フォルダにコピー
7. 実行
z これらの設定は、新規プロジェクトを作製するたび
に行うこと。３番以降の手順は、DebugからRelease
に切り換えたときも設定し直すこと。
プログラミング
zプロジェクトを作成する
z拡張子*.c ないし *.cpp のプログラムを作製
z使用する関数のヘッダファイルをインクルード
¾#include <gsl/gsl_***.h>
とします
¾***
のところは関数の説明書で調べること
（
gsl_matrix.hなど）
プリプロセッサの設定
z 「プロジェクト」メニューから「プロパティ」を開く
z 「構成プロパティ」→「C/C++」→「プリプロセッサ」
z 「プリプロセッサの定義」に
;GSL_DLL を追加
プロジェクトにC/C++のソースファイル
を追加してからでないと現れない
静的ライブラリの設定
z 「プロジェクト」メニューから「既存項目の追加」して
z ライブラリフォルダに保存してある
*.lib
ファイルを
プロジェクトに追加
¾ gsl.lib
GSL基本ライブラリ：必須
¾ gslcblas.lib
線形代数ライブラリ：必要に応じて
(BLAS = Basic Linear Algebra Subprogram)
gsl.exp
gslcblas.exp
gslML.lib
gslcblasML.lib
は、特殊なプロジェ
クトで使います。
とりあえず無視。
プロジェクトのプロパティで
設定する方法もあるけど、
難しいので説明省略します。
ドラッグ&ドロップでも追加できます
サンプルプログラム
#include <stdio.h> #include <gsl/gsl_rng.h> #include <gsl/gsl_vector.h> #include <gsl/gsl_blas.h> int main (void) {const gsl_rng_type * T = gsl_rng_default; gsl_rng * r = gsl_rng_alloc (T);
int i;
printf ("Here are ten random numbers in the range 0-99:¥n"); for (i = 0; i < 10; i++) { int k = gsl_rng_uniform_int (r, 100); printf(" %d", k); } printf("¥n"); { double x[5] = { 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0} ; double y[5] = { 5.5, 4.4, 3.3, 2.2, 1.1} ; gsl_vector_view v = gsl_vector_view_array(x, 5); gsl_vector_view w = gsl_vector_view_array(y, 5); printf("blas operation DAXPY¥n");
printf("x:"); for (i = 0; i < 5; i++) { printf(" %g", x[i]); } ; printf(" y:"); for (i = 0; i < 5; i++) { printf(" %g", y[i]); } ; gsl_blas_daxpy (1.0, &v.vector, &w.vector);
printf("¥n");
printf("a x + y:"); for (i = 0; i < 5; i++) { printf(" %g", y[i]); } ; } printf("¥n"); return 0; }
