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チューリング完全あくあたん

Posted by Osamu On Wednesday December 15th, 2021 Wednesday December 15th, 2021 Filed under aquarium, misc, software

Sorry, this entry is only available in Japanese.

この記事はあくあたん工房 Advent Calendar 2021の15日目です．

チューリング完全とは？

ある計算システムがチューリング完全であるとは，万能チューリングマシンと同じ計算能力を持つことを指します．万能チューリングマシンはチューリングマシンを模倣できるチューリングマシンであり，現在のどんな計算機が解ける問題でも解くことができると考えられています．

あるシステムがチューリング完全かを判定するのは難しい問題になるため，チューリング完全であることがすでに判明しているシステムの模倣ができる場合，そのシステムもチューリング完全であると言えます．

水槽カメラ昇降パターン

あくあたん義体はレールの上のマーカー(位置)を読み取って水平方向に進むことができます．また，レールの位置上でカメラの垂直方向を昇降させることができます．レールの位置はあくあたんbotからの指令により移動させることが多いですが，カメラの昇降については指令を飛ばすことが少なくなっています．そこで，カメラの昇降については，ランダムに近いけれども特定のルールを利用した動作をさせたいと思います．

レールの位置には1ビットの情報が付与できるものとします．あくあたんは位置上でカメラ垂直方向を上下させることができますので，ここではある位置において，カメラを1段上昇させるなら1，1段下降させるなら0とします．この情報をカメラ昇降パターンと呼びます．あくあたんはこの情報を使って，その位置を踏んだときにカメラ垂直位置を変更します．

各位置での昇降動作を初期状態としてあくあたんに教えることができます．

水槽カメラ昇降パターン更新規則

さて，このままではいつも同じ位置で上下するだけで面白くありません．
そこで，あくあたんが水槽の一番左か右(位置0か16)に到達した時点で，カメラを昇降させるパターンを変更したいと思います．

このパターンの変更は，各位置において，左右両隣の位置の状態に応じて変更するようにします．そうすると，次のような遷移表を書くことができます．3ビットの真ん中が当該位置であり，左右と自分自身の値に応じて，自分自身の変更後の値が決まります．

変更前(左，自身，右)	変更後
0, 0, 0	x, 1, x
0, 0, 1	x, 0, x
0, 1, 0	x, 1, x
0, 1, 1	x, 0, x
1, 0, 0	x, 1, x
1, 0, 1	x, 0, x
1, 1, 0	x, 1, x
1, 1, 1	x, 0, x

これを「カメラ昇降パターン更新規則（更新規則）」と呼びます．

例えば，上記更新規則では，ある時点のカメラ昇降パターンが「0001111000111100」であった場合，次のように更新されます．なお，実装の都合上，右端と左端はつながっており，ループしているものとします．

0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0
↓
1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1

更新規則は変更後のビットが取る値の並び8つで識別できます．上記の規則では01010101となります．すなわち 2^8 = 256個の更新規則のいずれかを採用することになります．この更新規則はビットの並びを2進数として読んだ値を10進表現した数字で表されます．例えば，上の表の更新規則は 01010101 ですから64+16+4+1 = 85で，更新規則85と呼びます．あくあたんにはこの更新規則番号を伝えれば，その更新規則を採用することになります．

あくあたんが一番左か一番右の位置へ移動すると，このカメラ昇降パターン更新規則が適用され，各位置でのカメラ昇降パターンが更新されることになります．

まとめると，あくあたん義体には「カメラ昇降パターンの初期状態」「カメラ昇降パターンの更新規則」を設定することができ，自律制御時のカメラ位置はこれに従って昇降させることになります．またあくあたん義体のレール上の移動に伴い，カメラ昇降パターンは次世代へと更新されることになります．

セル・オートマトン

ここまでで説明してきたカメラ昇降パターンを変化させる動作は，実は1次元セル・オートマトンと呼ばれるものと同じです．1次元セル・オートマトンは無限の1次元セルのビットパターンを更新規則によって変更し，世代を重ねていきます．2次元のセル・オートマトンの例としてはライフゲームなどがよく知られていますね．

1次元セル・オートマトンの256種類の規則は，どのような状態になるかで4つのクラスに分類されます．

クラス1: 最終的に全体が均質な状態に遷移するもの(規則248)など)
クラス2: 最終的に局所的なパターンを繰り返したり，安定状態になるもの(規則123)など)
クラス3: カオス的なパターンを示すもの(規則30)など)
クラス4: カオス的なパターンと規則的パターンが共存する(規則110)など)

クラス3に属する規則90は，1ビットのみが1の初期状態からフラクタル図形を生成することが知られています．クラス4は複雑な計算状態を内包することを表しています．そして，クラス4に分類される「規則110」はチューリング完全であることが証明されています．

規則110の遷移

変更前(左，自身，右)	変更後
0, 0, 0	x, 0, x
0, 0, 1	x, 1, x
0, 1, 0	x, 1, x
0, 1, 1	x, 1, x
1, 0, 0	x, 0, x
1, 0, 1	x, 1, x
1, 1, 0	x, 1, x
1, 1, 1	x, 0, x

チューリング完全あくあたん

つまり，あくあたんが「更新規則110」を採用していれば，あくあたんはチューリング完全であり，現代の計算機に匹敵する計算能力を持つことが証明されるのです．

あくあたんはまた1つ新しい高みに立ったのです．

あくあたんを崇めよ！
Make Aquatan Great Again!

(日本語) あくあたん名(迷)言集

Posted by Osamu On Monday December 6th, 2021 Sunday December 5th, 2021 Filed under misc, software

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この記事はあくあたん工房 Advent Calendar 2021 6日目の記事です。

ゆゆ君が2日目にあくあたんのリプについて触れていたので，そういえば昔のあくあたんの名言をスクショ保管してたなあと思ったので供養しておきます．

いろいろな人があくあたんと遊んでくれましたね…（遠い目）
スクショはいろいろな時代のが混ざっていますので，ツリーの表示方法も一様ではありません．
発言者は一様に隠させて頂きました．黒歴史だもんね．

煽り

のっけから厳しいの行きます．
あくあたんの伝統芸です．

誰であっても煽ります．

これも煽りだね．

もひとつ．

説教

おなかすいた

かわいい系．

おにぎりには一家言あるほう．

ありがとう

エロい？

変な学習しちゃった？

別の人とも

素直なあくあたん

癒やし

なんの癒やしだ．

なれ合い．

大きなカブ．

人生の意味

あくあたんだって悩みます．

帰れ

カエレ！

かわいい

暴言

その後

さらにその後．まさかのタクシオ氏．

さらにさらにその後．

一般の方と

おそらく相手はこっちがbotだと分かっていません．

思うところ

ｵﾏｴﾓﾅｰ

南無南無

弄ぶあくあたん

まどマギ

時代を感じる…しかし，この話題への追従性．

風邪

正論だ…

しりとり

基本的にあくあたんはしりとりする気が薄い．

2回目はダメよ．

ごめんなさい

はかない単位よー

LINEスタンプにもなった名言の瞬間．

つらい

ざるざる事件

某OG氏の最高傑作かもしれない，ざるざる事件．

未だにあくあたんの語彙にザルって出ることがあったり．

まとめ

あくあたん昔のほうがキレがあった気がします．
あくあたんがbotだと知らない一般人さんとかとも会話が続くのやばいですよね．
これはチューリングテストに合格しちゃいそうだな…
チューリングと言えば… (15日目に続く)

(日本語) Raspberry PiでビルドしたPygameでハマった話

Posted by Osamu On Sunday April 28th, 2019 Tuesday May 28th, 2019 Filed under software

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あくあたん在室モニターの話の続き．

なんとかSSLのhandshakeでエラーを出さなくなったので，次に進みます。
Python 3.7.3をソースからインストールしたので，pygameをインストールしないといけないです。

$ sudo apt install libsdl-dev libsdl-image1.2-dev libsdl-mixer1.2-dev libsdl-ttf2.0-dev libsmpeg-dev libportmidi-dev libavformat-dev libswscale-dev
(省略)
$ sudo pip3 install pygame
(省略)
Successfully installed pygame-1.9.6

インストールは正常に終了．
あくあたん在室モニターをおもむろに起動します．

Fatal Python error: (pygame parachute) Segmentation Fault

Thread 0x71523470 (most recent call first):
  File "monitor.py", line 444 in run
  File "/usr/local/lib/python3.6/threading.py", line 916 in _bootstrap_inner
  File "/usr/local/lib/python3.6/threading.py", line 884 in _bootstrap

Current thread 0x76ccd000 (most recent call first):
  File "monitor.py", line 1151 in draw_character
  File "monitor.py", line 1391 in draw
  File "monitor.py", line 192 in main
  File "monitor.py", line 1503 in <module>
Aborted

なんで落ちるの…．しかもSegmentation Faultとか、およそPythonのエラーとは思えない。
1151行目はこれ．画面に文字を1文字表示するルーチン．
なお，あくあたん在室モニターでは画面上にメッセージがでるときに，昔のRPG風に1文字ずつ表示しています。ここはその部分。

surf,rect = self.myfont.render(ch,self.color)

いやいや，他のところでちゃんと表示してるやん．なんでこの場所だけ落ちるの．
この文を含むメソッド(draw_character)の呼び出し元をチェックします。

self.msg_engine.draw_character(self.surface, (dx,dy), ch)

至って普通で特に問題が見受けられません。しかも，どうも途中までは表示してるぽいのです。ならば，何を表示したのか見てみましょう。

print("draw {},{} {} ({})".format(dx,dy,str(ch),hex(ord(ch))))
self.msg_engine.draw_character(self.surface, (dx,dy), ch)

これで実行したら、どこの文字で落ちたか分かります。

draw 6,6 あ (0x3042)
draw 22,6 く (0x304f)
draw 38,6 あ (0x3042)
draw 54,6 た (0x305f)
draw 70,6 ん (0x3093)
draw 86,6 が (0x304c)
draw 102,6 8 (0x38)
draw 118,6 - (0x2d)
draw 134,6 3 (0x33)
draw 150,6 2 (0x32)
draw 166,6 0 (0x30)
draw 182,6 へ (0x3078)
draw 198,6 　 (0x3000)
Fatal Python error: (pygame parachute) Segmentation Fault

落ちた！まさかの全角スペース．なぜなんだ…．その後，半角スペースでもダメなことが判明しました。空白文字全般がダメなのです。ただし、可視文字と一緒にスペースを混ぜた場合はきちんと動きます。あくまで、文字列全体で何も描画するものが無いものをrenderしようとすると落ちるのです。
症状を分かりやすくするために簡単に対話式でチェックしてみます。

>>> import pygame
pygame 1.9.6
Hello from the pygame community. https://www.pygame.org/contribute.html
>>> import pygame.freetype
>>> pygame.freetype.init()
>>> from pygame.locals import *
>>> myfont = pygame.freetype.Font("./font/rounded-mgenplus-1cp-bold.ttf",18)
>>> myfont.render("a",Color(255,255,255,255))
(<Surface(9x11x32 SW)>, <rect(0, 10, 9, 11)>)
>>> myfont.render(" ",Color(255,255,255,255))
Fatal Python error: (pygame parachute) Segmentation Fault

Current thread 0x76d49000 (most recent call first):
  File "<stdin>", line 1 in <module>
Aborted

これで再現しました。半角でも全角でも画面には表示されないスペースのみで構成される文字列をrenderしようとしたら，Segmentation Faultで落ちます。なお，これはRaspberry Pi上のPython 3.7.3 + pygame 1.9.6で発現したのですが，macOS上のPython 3.7.3 + pygame1.9.6では発現しません．どういう機種依存やねん、と悪態をつきつつ対策を考えます。

これ以上，なぜかを考えていても埒が明かないので，work aroundで対処します。chが空白文字のみだったらrenderをスキップしちゃえば良いのです。（dx,dyは事前に計算して位置決めしているので，これでも画面表示はくずれないようになっています。）

if ch != " " and ch != "　":
    self.msg_engine.draw_character(self.surface, (dx,dy), ch)

これで表示可能になりました。
めでたしめでたし。

(日本語) Raspberry PiのPython3でSSLv3 handshake failureを解決した話

Posted by Osamu On Sunday April 28th, 2019 Tuesday May 28th, 2019 Filed under software, 未分類

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あくあたん在室モニターは，Raspberry Piで動いています．
先日らぼのWebサーバがアップデートされたときから，うまく動作しなくなりました．

モニターでは，らぼのWebサーバで公開しているAPIを叩いて在室状況を取得します．
APIはhttpだけでなく，httpsも対応していました．

モニターのログを見ると，データ取得ルーチンが止まっています．

ssl.SSLError: [SSL: SSLV3_ALERT_HANDSHAKE_FAILURE] sslv3 alert handshake failure

おっ，SSLのエラーか．
新しいサーバではTLS1.0は捨てられました．そこに異議を唱えるつもりはないので，こちらで対応すべきですね．

普通に考えて，何かSSL周りが古いとかそういう状況が考えられます．
これまで，http.clientを使ってアクセスしていたのですが，requestsのほうが良い感じと聞いたので，書き換えてみました．実際，requestsは良い感じに書けます．

テストは次の方法でできます．

$ /usr/bin/python3
Python 3.5.3 (default, Sep 27 2018, 17:25:39)
[GCC 6.3.0 20170516] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import requests
>>> import ssl
>>> print(ssl.OPENSSL_VERSION)
OpenSSL 1.1.0j  20 Nov 2018
>>> requests.get('https://se.is.kit.ac.jp/')
Traceback (most recent call last):
  File "/home/pi/.local/lib/python3.5/site-packages/urllib3/connectionpool.py",
line 600, in urlopen
    chunked=chunked)
  File "/home/pi/.local/lib/python3.5/site-packages/urllib3/connectionpool.py",
line 343, in _make_request
    self._validate_conn(conn)
  File "/home/pi/.local/lib/python3.5/site-packages/urllib3/connectionpool.py",
line 839, in _validate_conn
    conn.connect()
  File "/home/pi/.local/lib/python3.5/site-packages/urllib3/connection.py", line
 344, in connect
    ssl_context=context)
  File "/home/pi/.local/lib/python3.5/site-packages/urllib3/util/ssl_.py", line
347, in ssl_wrap_socket
    return context.wrap_socket(sock, server_hostname=server_hostname)
  File "/usr/lib/python3.5/ssl.py", line 385, in wrap_socket
    _context=self)
  File "/usr/lib/python3.5/ssl.py", line 760, in __init__
    self.do_handshake()
  File "/usr/lib/python3.5/ssl.py", line 996, in do_handshake
    self._sslobj.do_handshake()
  File "/usr/lib/python3.5/ssl.py", line 641, in do_handshake
    self._sslobj.do_handshake()
ssl.SSLError: [SSL: SSLV3_ALERT_HANDSHAKE_FAILURE] sslv3 alert handshake failur$ (_ssl.c:720)

しかし，エラーは消えませんでした．

pipで関連するモジュールを最新にしてみました．

しかし，エラーは消えませんでした．

試しに，Macで同じコードを実行しました．

~> python3
Python 3.7.3 (default, Mar 27 2019, 09:23:15)
[Clang 10.0.1 (clang-1001.0.46.3)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import requests
>>> import ssl
>>> print(ssl.OPENSSL_VERSION)
OpenSSL 1.0.2r  26 Feb 2019
>>> requests.get('https://se.is.kit.ac.jp')
<Response [200]>
>>>

エラーは出ません．

たまたまPython3.4が動いているraspberry piが生きていたので，そこから同じコードを実行しました．

Python 3.4.2 (default, Oct 19 2014, 13:31:11)
[GCC 4.9.1] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import requests
>>> import ssl
>>> print (ssl.OPENSSL_VERSION)
OpenSSL 1.0.1t  3 May 2016
>>> requests.get('https://se.is.kit.ac.jp')
<Response [200]>
>>>

エラーは出ません．

古いpythonと古いsslでも動くのに，ちょうど今のpython3.5とopenssl 1.1.0jの組み合わせでは動かないの？？
問題が切り分けられずに頭が痛くなってきます．こうなったら初期化です．Raspberry Piの公式から最新のイメージをダウンロードして，SDを初期化します．

まっさらなraspbianの上でなら…

$ /usr/bin/python3
Python 3.5.3 (default, Sep 27 2018, 17:25:39)
[GCC 6.3.0 20170516] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import requests
>>> import ssl
>>> print(ssl.OPENSSL_VERSION)
OpenSSL 1.1.0j  20 Nov 2018
>>> requests.get('https://se.is.kit.ac.jp/')
Traceback (most recent call last):
  File "/home/pi/.local/lib/python3.5/site-packages/urllib3/connectionpool.py",
line 600, in urlopen
    chunked=chunked)
  File "/home/pi/.local/lib/python3.5/site-packages/urllib3/connectionpool.py",
line 343, in _make_request
    self._validate_conn(conn)
  File "/home/pi/.local/lib/python3.5/site-packages/urllib3/connectionpool.py",
line 839, in _validate_conn
    conn.connect()
  File "/home/pi/.local/lib/python3.5/site-packages/urllib3/connection.py", line
 344, in connect
    ssl_context=context)
  File "/home/pi/.local/lib/python3.5/site-packages/urllib3/util/ssl_.py", line
347, in ssl_wrap_socket
    return context.wrap_socket(sock, server_hostname=server_hostname)
  File "/usr/lib/python3.5/ssl.py", line 385, in wrap_socket
    _context=self)
  File "/usr/lib/python3.5/ssl.py", line 760, in __init__
    self.do_handshake()
  File "/usr/lib/python3.5/ssl.py", line 996, in do_handshake
    self._sslobj.do_handshake()
  File "/usr/lib/python3.5/ssl.py", line 641, in do_handshake
    self._sslobj.do_handshake()
ssl.SSLError: [SSL: SSLV3_ALERT_HANDSHAKE_FAILURE] sslv3 alert handshake failur$ (_ssl.c:720)

こらあかん．
ついに，Raspberry Pi上でPython 3.7をbuildし直すことにしました．

$ sudo apt update
$ sudo apt install -y libffi-dev libbz2-dev liblzma-dev libsqlite3-dev libncurses5-dev libgdbm-dev zlib1g-dev libreadline-dev libssl-dev tk-dev build-essential libncursesw5-dev libc6-dev openssl
$ cd Python-3.7.3
$ ./configure --enable-optimizations
$ make
$ sudo make install

インストールが終わったら，requestsモジュールをインストールします．

$ sudo /usr/local/bin/pip3 install requests

テストします．（ほんま許して）

$ /usr/local/bin/python3
Python 3.7.3 (default, Apr 27 2019, 21:00:58)
[GCC 6.3.0 20170516] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import requests
>>> import ssl
>>> print(ssl.OPENSSL_VERSION)
OpenSSL 1.1.0j  20 Nov 2018
>>> requests.get('https://se.is.kit.ac.jp/')
<Response [200]>
>>>

動いた…

なお，この後．新しいPython3.7.3ではもう1つのはまりポイント，pygameにて更に苦労することになります．
それはまた，別の話．

(日本語) Net::Twitter::Liteでのupdate_media

Posted by Osamu On Monday August 13th, 2018 Filed under software

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難しかった．

Net::Twitterで，update_with_media(media[])を長らく使っていたけど，これはもうdeprecatedなので，今回のstream廃止と同時に使わないようにしようと思った．

upload(media) → update() で行けるはずなのだけど，Net::Twitterのドキュメントみても”media”が何なのかがよく分からない．

Net::Twitter::Liteだと，これは upload_media(media[])となっている．これなら今までと同じなので，使える．

$tw->{status} = $s;
$tw->{media} = [undef,$fname, Content_Type => $ftype, Content => $image];
$nt->update_with_media($tw);

みたいなのを，

$tw->{status} = $s;
$tw->{media} = [undef,$fname, Content_Type => $ftype, Content => $image];
$img = $nt->upload_media($tw);
$tw->{media_ids} = $img->{media_id};
$nt->update_with_media($tw);

としたら，update_with_mediaがHTTP::Messageのエラーを吐く．

$tw->{status} = $s;
$tw->{media} = [undef,$fname, Content_Type => $ftype, Content => $image];
$img = $nt->upload_media($tw);
$tw->{media_ids} = $img->{media_id};
$tw->{media} = undef;
$nt->update_with_media($tw);

で動いた．横着せずに$twと生のイメージを分離しておくべきだった，ってこと．

あくあたん空調制御ユニット

Posted by Osamu On Friday June 20th, 2014 Friday June 20th, 2014 Filed under embedded, lab, software

3台目のraspberry piは壁に張り付いています。こいつの役目は空調パネルを物理的に押すこと。もちろん、水槽監視ユニットの計測した温度データに基づいてスイッチを入れたり切ったりできます。

あくあたん水槽監視・制御ユニット

Posted by Osamu On Thursday June 19th, 2014 Friday June 20th, 2014 Filed under embedded, software

こちらは2つめのRaspberry Piです．水槽や環境の状態をモニタして，照明・ファンの制御を行う部分です．センサーには温度センサーDS18B20が4基，大気圧センサMPL115A2が1基，湿度センサDHT11が1基搭載されています．また，MOSFETで3基の冷却ファンを制御し，ACリレーで3基のAC電源を制御できます．