AWKコマンド練習問題：5 数値演算をやってみよう

久しぶりのAWKシリーズ第５回目、今回はAWKで数値演算を試してみましょう。

四則演算

AWKでは一般的な四則演算の数式をそのまま記述することで、計算結果を出力することが可能です。

例えば、((198 * 256) + (214 * 319)) * 18 - 931を計算してみると2140241となりますが、実際にこの数式をawkコマンドで計算してみると

# awk 'BEGIN {print ((198 * 256) + (214 * 319)) * 18 - 931}'
2140241

1 2	# awk 'BEGIN {print ((198 * 256) + (214 * 319)) * 18 - 931}' 2140241

結果が正しく出力されました。

数式はコマンドの引数として計算することも可能です。

こちらをcalc.shとして保存して

#!/bin/bash

awk "BEGIN {print $*}"

#!/bin/bash

awk "BEGIN {print $*}"

このスクリプトに数式を引数として実行すると

# bash ./calc.sh '((198 * 256) + (214 * 319)) * 18 - 931'
2140241

1 2	# bash ./calc.sh '((198 * 256) + (214 * 319)) * 18 - 931' 2140241

ご覧のように計算結果が出力されます。

数値演算関数

AWKでは三角関数、指数や対数の数値演算系の関数が用意されています。

これらを用いればもっと複雑な計算もできそうです。

三角関数

正弦を表すsin()関数と余弦を表すcos()関数があります。ただし、正接を表す(tan)関数は存在しません。正接を導き出す際にはsin を cos で割ります。

# awk 'BEGIN {print sin(1) / cos(1)}'
1.55741

1 2	# awk 'BEGIN {print sin(1) / cos(1)}' 1.55741

また、sin()とcos()に渡す引数は角度(deg)ではなくラジアン(rad)です。

角度からラジアンへの変換式はrad = deg * π / 180です。

このπは属に3.14という決め打ちの値になりがちですが、atan2()関数を用いて計算することが可能です。

atan2の細かい部分は割愛しますが、ここではatan2(0, -0) = πになることがポイントです。

awk 'BEGIN {print atan2(0, -0)}'
3.14159

1 2	awk 'BEGIN {print atan2(0, -0)}' 3.14159

これを使えば任意の角度のラジアンを求めることができます。

例えば、45度では

# awk 'BEGIN {print 45 * atan2(0, -0) / 180}'
0.785398

1 2	# awk 'BEGIN {print 45 * atan2(0, -0) / 180}' 0.785398

という風にrad = deg * π / 180の式に当てはめるだけです。

指数、対数

ネイピア数eを底とする対数をlog()関数で表現でき、eの指数関数はexp()として表現できます。

複雑は数式に当てはめるところがあれば使えるかもです。（多分使わないでしょう・・

# awk 'BEGIN {print exp(1)}'
2.71828

1 2	# awk 'BEGIN {print exp(1)}' 2.71828

# awk 'BEGIN {print log(256)/log(2)}'
8

1 2	# awk 'BEGIN {print log(256)/log(2)}' 8

乱数

rand()関数を使って0 ~ 1 (0 <= rand < 1)までの乱数を生成できます。・・・が、何度実行しても同じ値になるため、事前にsrand()関数で乱数の種となるものを初期化する必要があります。

1から100までの乱数を出力したい場合はこのように表現します。

# awk 'BEGIN {srand(); print int(100 * rand()) + 1}'
77

1 2	# awk 'BEGIN {srand(); print int(100 * rand()) + 1}' 77

int()関数は少数のうち、整数部分を抜き出すのに使えます。

練習問題

そんなこんなで、数値計算を使った問題を解いてみましょう。

問題１

以下の教育テストのCSVデータ(test.csv)を用います。

name,kokugo,sugaku,eigo,rika,shakai
tarou,89,70,80,85,75
hanako,77,90,83,70,85
takashi,85,80,73,80,81
shingo,63,75,98,68,89

name,kokugo,sugaku,eigo,rika,shakai

tarou,89,70,80,85,75

hanako,77,90,83,70,85

takashi,85,80,73,80,81

shingo,63,75,98,68,89

全員の合計点を"名前合計点"のフォーマット(スペース区切りで良い)で出力してください。
sortコマンドを利用して合計点が降順にして1の結果を出力してください。
平均点(整数)を"名前平均点"のフォーマットにし、sortコマンドを利用して平均点の降順で出力してください。

問題2

以下の辺a, 辺bおよびaとbの角度を表す三角形のCSVデータ(sankaku.csv)を用います。

edge_a,edge_b,angle
14,18,45
9,21,28
30,30,79

edge_a,edge_b,angle

14,18,45

9,21,28

30,30,79

atan2()関数を用いて角度(deg)をラジアン(rad)に変換して出力してください。* 角度とラジアンの変換関数はrad = deg * π / 180である。
それぞれの三角形の面積を出力してください。* 三角形の面積(S)はS = (a* b * sin(θ)) /2で求められる。

問題3 (難)

次の大アルカナの表(arcana.txt)を用いて以下の仕様をみたすタロット占いを行うスクリプト(arcana.sh)を作成してください。

0 THE_FOOL
1 THE_MAGICIAN
2 THE_PRIESTESS
3 THE_EMPRESS
4 THE_EMPEROR
5 THE_HIEROPHANT
6 THE_LOVERS
7 THE_CHARIOT
8 STRENGTH
9 THE_HERMIT
10 WHEEL_OF_FORTUNE
11 JUSTICE
12 THE_HANGDE_MAN
13 DEATH
14 TEMPERANCE
15 THE_DEVIL
16 THE_TOWER
17 THE_STAR
18 THE_MOON
19 THE_SUN
20 THE_JUDGEMENT
21 THE_WORLD

0 THE_FOOL

1 THE_MAGICIAN

2 THE_PRIESTESS

3 THE_EMPRESS

4 THE_EMPEROR

5 THE_HIEROPHANT

6 THE_LOVERS

7 THE_CHARIOT

8 STRENGTH

9 THE_HERMIT

10 WHEEL_OF_FORTUNE

11 JUSTICE

12 THE_HANGDE_MAN

13 DEATH

14 TEMPERANCE

15 THE_DEVIL

16 THE_TOWER

17 THE_STAR

18 THE_MOON

19 THE_SUN

20 THE_JUDGEMENT

21 THE_WORLD

実行に用いる引数は無し（ファイル名のみで実行)
カード番号(0から21)を表す乱数r1と正位置(1~5)、逆位置(6~10)を表す乱数r2を用いる
出力形式はアルカナ名位置で表す。例：JUSTICE POSITIVE

できましたかね・・それでは解答例はこちら！

問題1

1 全員の合計点を"名前合計点"のフォーマット(スペース区切りで良い)で出力してください。

# cat test.csv | awk -F ',' 'NR>=2{print $1, $2+$3+$4+$5+$6}'
tarou 399
hanako 405
takashi 399
shingo 393

# cat test.csv | awk -F ',' 'NR>=2{print $1, $2+$3+$4+$5+$6}'

tarou 399

hanako 405

takashi 399

shingo 393

CSVを読み取っているのでフィールドパターンはカンマ(,)で2行目から出力するための条件としてNR>=2をつけましょう。

2 sortコマンドを利用して合計点が降順にして1の結果を出力してください。

# cat test.csv | awk -F ',' 'NR>=2{print $1, $2+$3+$4+$5+$6}' | sort -k 2 -r
hanako 405
tarou 399
takashi 399
shingo 393

# cat test.csv | awk -F ',' 'NR>=2{print $1, $2+$3+$4+$5+$6}' | sort -k 2 -r

hanako 405

tarou 399

takashi 399

shingo 393

1で出力した結果をパイプで繋いでsortコマンドに渡してやればOKです。

-k 列番号でソートしたい列を指定、-rで昇順の反対である降順を指定できます。

3 平均点(整数)を"名前平均点"のフォーマットにし、sortコマンドを利用して平均点の降順で出力してください。

# cat test.csv | awk -F ',' 'NR>=2{print $1, ($2+$3+$4+$5+$6) / 5}' | sort -k 2 -r
hanako 81
tarou 79.8
takashi 79.8
shingo 78.6

# cat test.csv | awk -F ',' 'NR>=2{print $1, ($2+$3+$4+$5+$6) / 5}' | sort -k 2 -r

hanako 81

tarou 79.8

takashi 79.8

shingo 78.6

2の計算式の部分を5で割ってやればOKです。

問題2

1 atan2()関数を用いて角度(deg)をラジアン(rad)に変換して出力してください。

# cat sankaku.csv | awk -F ',' 'NR>=2{print $3 * atan2(0, -0) / 180}'
0.785398
0.488692
1.37881

# cat sankaku.csv | awk -F ',' 'NR>=2{print $3 * atan2(0, -0) / 180}'

0.785398

0.488692

1.37881

計算式に3列目を割り当てるだけですね。

それぞれの三角形の面積を出力してください。

# cat sankaku.csv | awk -F ',' 'NR>=2{rad=($3 * atan2(0, -0) / 180);print $1 * $2 * sin(rad) / 2}'
89.0955
44.3651
441.732

# cat sankaku.csv | awk -F ',' 'NR>=2{rad=($3 * atan2(0, -0) / 180);print $1 * $2 * sin(rad) / 2}'

89.0955

44.3651

441.732

1の計算結果をradという変数に格納して、計算式に当てはめれば求められます。

問題3

シェルスクリプトの知識と、AWKでの条件分岐の知識など必要なのでググりながらやりましょう。

#!/bin/bash

r1=$(awk 'BEGIN {srand(); print int(rand() * 22) + 1}') # arcana.txtは1~22行なので
r2=$(awk 'BEGIN {srand(); print int(rand() * 10) + 1}')
arcana=$(cat arcana.txt | awk 'NR=='"$r1"' {print $2}')
position=$(awk 'BEGIN {if(1 <= '"$r2"' && '"$r2"' <= 5){result="POSITIVE"}else{result="NEGATIVE"};print result}')

echo "$arcana $position"

#!/bin/bash

r1=$(awk 'BEGIN {srand(); print int(rand() * 22) + 1}') # arcana.txtは1~22行なので

r2=$(awk 'BEGIN {srand(); print int(rand() * 10) + 1}')

arcana=$(cat arcana.txt | awk 'NR=='"$r1"' {print $2}')

position=$(awk 'BEGIN {if(1 <= '"$r2"' && '"$r2"' <= 5){result="POSITIVE"}else{result="NEGATIVE"};print result}')

echo "$arcana $position"

r1に1~22までの乱数(アルカナの番号は0 ~ 21ですが、arcana.txtの該当する行を抽出するため)、r2に1~10までの乱数を入れます。

変数arcanaにaracana.txtを読み込んでr1の行番号になったものを出力して格納し、

変数positionにr2が1 ~ 5なら"POSITIVE"、6 ~ 10なら"NEGATIVE"を格納し、

最後にそれらを"アルカナ名位置"で出力すれば完成です。

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