R – 因子型(Factor型)

2016-09-20 / tau / 2件のコメント

準備

以下のように文字列型のベクトルを準備。

> s <- "sun"
> m <- "mon"
> t <- "tue"
> (x <- c(s, m, t, m, s, m))
[1] "sun" "mon" "tue" "mon" "sun" "mon"

> s <- "sun"

> m <- "mon"

> t <- "tue"

> (x <- c(s, m, t, m, s, m))

[1] "sun" "mon" "tue" "mon" "sun" "mon"

因子型への変換

factor()関数を使って因子型へ返還。このとき因子の順番はシステムで自動的に割り振られ、ソートするとその順番で並べ替えられる。

> (y <- factor(x))
[1] sun mon tue mon sun mon
Levels: mon sun tue
> str(y)
 Factor w/ 3 levels "mon","sun","tue": 2 1 3 1 2 1
> sort(y)
[1] mon mon mon sun sun tue
Levels: mon sun tue

> (y <- factor(x))

[1] sun mon tue mon sun mon

Levels: mon sun tue

> str(y)

Factor w/ 3 levels "mon","sun","tue": 2 1 3 1 2 1

> sort(y)

[1] mon mon mon sun sun tue

Levels: mon sun tue

因子を指定した要素の抽出

要素の抽出は因子のラベルを指定して行う。
因子のオーダでの指定はできない。

> y[y == "sun"]
[1] sun sun
Levels: mon sun tue
> y[y == 2]
factor(0)
Levels: mon sun tue

> y[y == "sun"]

[1] sun sun

Levels: mon sun tue

> y[y == 2]

factor(0)

Levels: mon sun tue

因子の順序の指定

factor()関数のlevels指定で明示的に因子の順序を指定できる。

> (z <- factor(x, levels=c(s, m, t)))
[1] sun mon tue mon sun mon
Levels: sun mon tue
> str(z)
 Factor w/ 3 levels "sun","mon","tue": 1 2 3 2 1 2
> sort(z)
[1] sun sun mon mon mon tue
Levels: sun mon tue

> (z <- factor(x, levels=c(s, m, t)))

[1] sun mon tue mon sun mon

Levels: sun mon tue

> str(z)

Factor w/ 3 levels "sun","mon","tue": 1 2 3 2 1 2

> sort(z)

[1] sun sun mon mon mon tue

Levels: sun mon tue

因子の大小関係の指定

上記のベクトルyやzの各因子は順序関係を持っているが、それらは順序については特定できるが大小判定は行えない。

大小判定可能な値とするにはordered()関数を通す必要がある。

> sort(z)
[1] sun sun mon mon mon tue
Levels: sun mon tue
> z[z > "sun"]
[1] <NA> <NA> <NA> <NA> <NA> <NA>
Levels: sun mon tue
 警告メッセージ: 
 Ops.factor(z, "sun") で:  ‘>’ not meaningful for factors
> z <- ordered(z)
> z[z > "sun"]
[1] mon tue mon mon
Levels: sun < mon < tue

> sort(z)

[1] sun sun mon mon mon tue

Levels: sun mon tue

> z[z > "sun"]

[1] <NA> <NA> <NA> <NA> <NA> <NA>

Levels: sun mon tue

警告メッセージ:

Ops.factor(z, "sun") で: ‘>’ not meaningful for factors

> z <- ordered(z)

> z[z > "sun"]

[1] mon tue mon mon

Levels: sun < mon < tue

Factorベクトルの新規生成

一つ目の要素を定義する場合

通常紹介されている方法は、文字列型などのベクトルがあらかじめ準備されていて、それをFactor型に変換するというもの。

一つ目の要素を定義して、以降付け足していきたい場合は以下のようにする。

> (y <- factor(c("sun"), levels=c("sun", "mon", "tue")))
[1] sun
Levels: sun mon tue
> y[2] <- "mon"
> y[3] <- "tue"
> y[4] <- "mon"
> y[5] <- "sun"
> y[6] <- "mon"
> 
> y
[1] sun mon tue mon sun mon
Levels: sun mon tue

> (y <- factor(c("sun"), levels=c("sun", "mon", "tue")))

[1] sun

Levels: sun mon tue

> y[2] <- "mon"

> y[3] <- "tue"

> y[4] <- "mon"

> y[5] <- "sun"

> y[6] <- "mon"

> y

[1] sun mon tue mon sun mon

Levels: sun mon tue

またlevelsを指定しないと、初期値以外はNAとなって警告が出る。

> (y <- factor(c("sun")))
[1] sun
Levels: sun
> y[1] <- "sun"
> y[2] <- "mon"
 警告メッセージ: 
 `[<-.factor`(`*tmp*`, 2, value = "mon") で: 
  invalid factor level, NA generated
> y[3] <- "tue"
 警告メッセージ: 
 `[<-.factor`(`*tmp*`, 3, value = "tue") で: 
  invalid factor level, NA generated
> y[4] <- "sun"
> 
> y
[1] sun  <NA> <NA> sun 
Levels: sun

> (y <- factor(c("sun")))

[1] sun

Levels: sun

> y[1] <- "sun"

> y[2] <- "mon"

警告メッセージ:

`[<-.factor`(`*tmp*`, 2, value = "mon") で:

invalid factor level, NA generated

> y[3] <- "tue"

警告メッセージ:

`[<-.factor`(`*tmp*`, 3, value = "tue") で:

invalid factor level, NA generated

> y[4] <- "sun"

> y

[1] sun <NA> <NA> sun

Levels: sun

またlevelsで指定した以外のラベルを指定するとNAとなり、最初の要素は無視され、その後追加しようとした要素はNAとして保存される。

> (y <- factor(c("wed"), levels=c("sun", "mon", "tue")))
[1] <NA>
Levels: sun mon tue
> y[1] <- "sun"
> y[2] <- "mon"
> y[3] <- "tue"
> y[4] <- "wed"
 警告メッセージ: 
 `[<-.factor`(`*tmp*`, 4, value = "wed") で: 
  invalid factor level, NA generated
> 
> y
[1] sun  mon  tue  <NA>
Levels: sun mon tue

> (y <- factor(c("wed"), levels=c("sun", "mon", "tue")))

[1] <NA>

Levels: sun mon tue

> y[1] <- "sun"

> y[2] <- "mon"

> y[3] <- "tue"

> y[4] <- "wed"

警告メッセージ:

`[<-.factor`(`*tmp*`, 4, value = "wed") で:

invalid factor level, NA generated

> y

[1] sun mon tue <NA>

Levels: sun mon tue

要素数ゼロから定義する場合

最初からFactor型のベクトルを定義してゼロから要素を追加するには、以下のようにするとよい。

下記の例では、factor()関数の第1引数に仮のベクトルをnumeric(0)で与えているが、character(0)でも同じ結果となり、単なるプレースホルダとなっているらしい。

> (y <- factor(numeric(0), levels=c("sun", "mon", "tue")))
factor(0)
Levels: sun mon tue
> y[1] <- "sun"
> y[2] <- "mon"
> y[3] <- "tue"
> y[4] <- "mon"
> y[5] <- "sun"
> y[6] <- "mon"
> 
> y
[1] sun mon tue mon sun mon
Levels: sun mon tue

> (y <- factor(numeric(0), levels=c("sun", "mon", "tue")))

factor(0)

Levels: sun mon tue

> y[1] <- "sun"

> y[2] <- "mon"

> y[3] <- "tue"

> y[4] <- "mon"

> y[5] <- "sun"

> y[6] <- "mon"

> y

[1] sun mon tue mon sun mon

Levels: sun mon tue

データフレーム生成の場合の因子化について

データフレーム生成時に、文字列型ベクトルが自動的に因子型に変換される。これを抑止する方法についてはこちらを参照。

R – 画面表示

2016-09-18 / tau / コメントする

オブジェクトの直接表示

オブジェクトを直接入力すると、その内容が表示される。

> c(1, 2, 3)
[1] 1 2 3
> x = 1:5
> x
[1] 1 2 3 4 5
> (y = seq(1, 5))
[1] 1 2 3 4 5

> c(1, 2, 3)

[1] 1 2 3

> x = 1:5

> x

[1] 1 2 3 4 5

> (y = seq(1, 5))

[1] 1 2 3 4 5

スクリプトファイルでも行頭にオブジェクトを書くと、その行の実行時点でオブジェクトの内容が表示される。

ただし条件判断やループの場合は、文でもブロックでも表示はされない。

例えば以下のスクリプトの場合、

1:5

for (i in 1:5) {
  1:i
}

for (i in 1:5) 1:i

1:5

for (i in 1:5) {

1:i

}

for (i in 1:5) 1:i

表示されるのは1行目だけ。

> 1:5print
[1] 1 2 3 4 5
> 
> for (i in 1:5) {
+   1:i
+ }
> 
> for (i in 1:5) 1:i

> 1:5print

[1] 1 2 3 4 5

> for (i in 1:5) {

+ 1:i

+ }

> for (i in 1:5) 1:i

print()～一般的な表示

オブジェクトの内容をそのまま表示する。

デフォルトでは文字列が””で囲われるが、quote=Fを指定すると””が表示されなくなる。

> x <- c("one", "two", "three")
> print(x)
[1] "one"   "two"   "three"
> x <- c("one", "two", "three")
> print(x)
[1] "one"   "two"   "three"
> print(x, quote=F)
[1] one   two   three

> x <- c("one", "two", "three")

> print(x)

[1] "one" "two" "three"

> x <- c("one", "two", "three")

> print(x)

[1] "one" "two" "three"

> print(x, quote=F)

[1] one two three

page()～別ウィンドウでの表示

page()関数ごとに別ウィンドウが立ち上がり、オブジェクトが表示される。大量のデータを表示するときに便利。

デフォルトではmethod="dput"が指定され、オブジェクトの定義表現が表示される。

オブジェクトの内容を表示するときは、明示的にmethod="print"を指定する。

x <- 1:100
page(x, method="dput")
page(x, method="print")

x <- 1:100

page(x, method="dput")

page(x, method="print")

1つ目のpage()関数で別ウィンドウが立ち上がり、以下のように表示される。

1:100

1:100

2つ目のpage()関数で2つ目の別ウィンドウが立ち上がり、以下のように表示される。

  [1]   1   2   3   4   5   6   7   8   9  10  11  12  13  14  15  16  17  18
 [19]  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36
 [37]  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54
 [55]  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72
 [73]  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90
 [91]  91  92  93  94  95  96  97  98  99 100

[1] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

[19] 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

[37] 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54

[55] 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72

[73] 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90

[91] 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

cat()～文字列の表示

cat()関数は、括弧内の文字列をそのまま出力する。

catは最後に改行をつけないので、改行させたい時は”\n”を付ける。

> cat("This is test for cat()\n")
This is test for cat()

1 2	> cat("This is test for cat()\n") This is test for cat()

str()～オブジェクト情報付き表示

要約されたオブジェクトの情報を付けて内容を表示する。

> str(seq(1, 5))
 int [1:5] 1 2 3 4 5
> str(c("one", "two", "three"))
 chr [1:3] "one" "two" "three"

> str(seq(1, 5))

int [1:5] 1 2 3 4 5

> str(c("one", "two", "three"))

chr [1:3] "one" "two" "three"

summary()～データの要約を表示する。

オブジェクトの内容に応じた要約情報を表示する。

summaryは特に統計データの要約に重要。たとえば▲データフレームの集計▲を参照。

> summary(seq(1, 5))
   Min. 1st Qu.  Median    Mean 3rd Qu.    Max. 
      1       2       3       3       4       5 
> summary(c("one", "two", "three"))
   Length     Class      Mode 
        3 character character

> summary(seq(1, 5))

Min. 1st Qu. Median Mean 3rd Qu. Max.

1 2 3 3 4 5

> summary(c("one", "two", "three"))

Length Class Mode

3 character character

R – データフレームの参照・変更

2016-09-15 / tau / コメントする

データフレーム全体の参照

データフレームの名前そのもので、データフレームの内容を参照できる。列名(name, age)や項目名(“1″～”3”)も含めて参照される。

> name.data <- c("John", "Alice", "Dick")
> age.data <- c(35, 28, 42)
> data <- data.frame(name=name.data, age=age.data)
> data$name <- as.character(data$name)
> 
> data
   name age
1  John  35
2 Alice  28
3  Dick  42

> name.data <- c("John", "Alice", "Dick")

> age.data <- c(35, 28, 42)

> data <- data.frame(name=name.data, age=age.data)

> data$name <- as.character(data$name)

> data

name age

1 John 35

2 Alice 28

3 Dick 42

データフレームの行数・列数の参照

nrow()関数、ncol()関数でデータフレームの行数、列数を参照できる。dim()関数は(行数, 列数)のベクトルを返す。

> nrow(data)
[1] 3
> ncol(data)
[1] 2
> dim(data)
[1] 3 2

> nrow(data)

[1] 3

> ncol(data)

[1] 2

> dim(data)

[1] 3 2

データフレームの内容の参照・変更

列名・項目名の参照・変更

列名はnames()関数かcolnames()関数で、項目名はrownames()関数で取得できる。

> name.data <- c("John", "Alice", "Dick")
> age.data <- c(35, 28, 42)
> data <- data.frame(name=name.data, age=age.data)
> data$name <- as.character(data$name)
> 
> data
   name age
1  John  35
2 Alice  28
3  Dick  42
> 
> names(data)
[1] "name" "age" 
> 
> colnames(data)
[1] "name" "age" 
> 
> rownames(data)
[1] "1" "2" "3"

> name.data <- c("John", "Alice", "Dick")

> age.data <- c(35, 28, 42)

> data <- data.frame(name=name.data, age=age.data)

> data$name <- as.character(data$name)

> data

name age

1 John 35

2 Alice 28

3 Dick 42

> names(data)

[1] "name" "age"

> colnames(data)

[1] "name" "age"

> rownames(data)

[1] "1" "2" "3"

列名や項目名は、それぞれの参照関数にベクトルを代入することで変更できる。

> names(data) <- c("NAME", "AGE")
> rownames(data) <- c("a", "b", "c")
> data
   NAME AGE
a  John  35
b Alice  28
c  Dick  42

> names(data) <- c("NAME", "AGE")

> rownames(data) <- c("a", "b", "c")

> data

NAME AGE

a John 35

b Alice 28

c Dick 42

データフレームの要素の参照・変更

行・列を直接指定して参照する場合、列の場合は列名を指定するか列番号で、行の場合は行番号を指定して参照する。行・列の番号を指定して1つのデータを取得することもできる。

行番号を指定する場合は後ろに、列番号を指定する場合は前に”,”をつける必要があり、これは後述の行の抽出の場合に重要になる。

なお、参照した要素の右に代入文を書くことで、その要素や業・列の内容を変更できる。

> name.data <- c("John", "Alice", "Dick")
> age.data <- c(35, 28, 42)
> data <- data.frame(name=name.data, age=age.data)
> data$name <- as.character(data$name)
> 
> data
   name age
1  John  35
2 Alice  28
3  Dick  42
> 
> data$age
[1] 35 28 42
> 
> data[,2]
[1] 35 28 42
> 
> data[1,]
  name age
1 John  35
> 
> data[3,2]
[1] 42

> name.data <- c("John", "Alice", "Dick")

> age.data <- c(35, 28, 42)

> data <- data.frame(name=name.data, age=age.data)

> data$name <- as.character(data$name)

> data

name age

1 John 35

2 Alice 28

3 Dick 42

> data$age

[1] 35 28 42

> data[,2]

[1] 35 28 42

> data[1,]

name age

1 John 35

> data[3,2]

[1] 42

行・列の追加と削除

行・列の追加

行の追加はrbind()関数で、列の追加はcbind()関数で行う。

これらの関数は元のデータフレームを変更せず、新たなデータフレームを結果として返す。

rbindの注意点として、文字型を意図した項目はあらかじめFactor型から文字型に変更しておかないと、文字列を含んだデータを結合しようとするとエラーになる。

cbindの注意点としては、デフォルトでは引数の変数名が項目名にあてられる。直接c(…)と書いたりすると、それがそのまま項目名になってしまう。

【追記】　以下の例ではrbindの引数にベクトルを渡しているが、文字列と数値が混在している下記のような例では、これは危ない→rbindについてを参照

> name.data <- c("John", "Alice", "Dick")
> age.data <- c(35, 28, 42)
> data <- data.frame(name=name.data, age=age.data)
> data$name <- as.character(data$name)
> 
> data
   name age
1  John  35
2 Alice  28
3  Dick  42
> 
> rbind(data, c("Elen", 32))
   name age
1  John  35
2 Alice  28
3  Dick  42
4  Elen  32
> 
> height <- c(180, 162, 172)
> cbind(data, height)
   name age height
1  John  35    180
2 Alice  28    162
3  Dick  42    172

> name.data <- c("John", "Alice", "Dick")

> age.data <- c(35, 28, 42)

> data <- data.frame(name=name.data, age=age.data)

> data$name <- as.character(data$name)

> data

name age

1 John 35

2 Alice 28

3 Dick 42

> rbind(data, c("Elen", 32))

name age

1 John 35

2 Alice 28

3 Dick 42

4 Elen 32

> height <- c(180, 162, 172)

> cbind(data, height)

name age height

1 John 35 180

2 Alice 28 162

3 Dick 42 172

行・列の削除

行や列の番号を指定して削除する場合は、番号にマイナスをつける。範囲指定も可能。

行・列の追加と同じく、これらの操作も元のデータフレームを変更せず、新たなデータフレームを結果として返す。

> name.data <- c("John", "Alice", "Dick")
> age.data <- c(35, 28, 42)
> height.data <- c(180, 162, 172)
> data <- data.frame(name=name.data, age=age.data, height=height.data)
> 
> data
   name age height
1  John  35    180
2 Alice  28    162
3  Dick  42    172
> 
> data[-2,]
  name age height
1 John  35    180
3 Dick  42    172
> 
> data[,-2]
   name height
1  John    180
2 Alice    162
3  Dick    172
> 
> data[-1:-2,]
  name age height
3 Dick  42    172

> name.data <- c("John", "Alice", "Dick")

> age.data <- c(35, 28, 42)

> height.data <- c(180, 162, 172)

> data <- data.frame(name=name.data, age=age.data, height=height.data)

> data

name age height

1 John 35 180

2 Alice 28 162

3 Dick 42 172

> data[-2,]

name age height

1 John 35 180

3 Dick 42 172

> data[,-2]

name height

1 John 180

2 Alice 162

3 Dick 172

> data[-1:-2,]

name age height

3 Dick 42 172

データの抽出

列項目の条件を指定して、要素を抽出することができる。

指定の条件の後に”,”をつけるのを忘れないこと。これは行要素に対して条件指定していることを表している。

> name.data <- c("John", "Gene", "Jack", "Luice", "Elen")
> gender.data <- c("M", "F", "M", "M", "F")
> height.data <- c(165, 160, 170, 178, 157)
> weight.data <- c(62, 56, 75, 82, 58)
> qualified.data <- c(T, F, T, F, T)
> 
> data <- data.frame(
+   name=name.data,
+   gender=gender.data,
+   height=height.data,
+   weight=weight.data,
+   qualified=qualified.data
+ )
> data$name <- as.character(data$name)
> 
> data
   name gender height weight qualified
1  John      M    165     62      TRUE
2  Gene      F    160     56     FALSE
3  Jack      M    170     75      TRUE
4 Luice      M    178     82     FALSE
5  Elen      F    157     58      TRUE
> 
> data[data$name=="Luice",]
   name gender height weight qualified
4 Luice      M    178     82     FALSE
> 
> data[data$gender=="F",]
  name gender height weight qualified
2 Gene      F    160     56     FALSE
5 Elen      F    157     58      TRUE
> 
> data[data$height>160,]
   name gender height weight qualified
1  John      M    165     62      TRUE
3  Jack      M    170     75      TRUE
4 Luice      M    178     82     FALSE
> 
> data[weight>=60 & qualified==T,]
  name gender height weight qualified
1 John      M    165     62      TRUE
3 Jack      M    170     75      TRUE

> name.data <- c("John", "Gene", "Jack", "Luice", "Elen")

> gender.data <- c("M", "F", "M", "M", "F")

> height.data <- c(165, 160, 170, 178, 157)

> weight.data <- c(62, 56, 75, 82, 58)

> qualified.data <- c(T, F, T, F, T)

> data <- data.frame(

+ name=name.data,

+ gender=gender.data,

+ height=height.data,

+ weight=weight.data,

+ qualified=qualified.data

+ )

> data$name <- as.character(data$name)

> data

name gender height weight qualified

1 John M 165 62 TRUE

2 Gene F 160 56 FALSE

3 Jack M 170 75 TRUE

4 Luice M 178 82 FALSE

5 Elen F 157 58 TRUE

> data[data$name=="Luice",]

name gender height weight qualified

4 Luice M 178 82 FALSE

> data[data$gender=="F",]

name gender height weight qualified

2 Gene F 160 56 FALSE

5 Elen F 157 58 TRUE

> data[data$height>160,]

name gender height weight qualified

1 John M 165 62 TRUE

3 Jack M 170 75 TRUE

4 Luice M 178 82 FALSE

> data[weight>=60 & qualified==T,]

name gender height weight qualified

1 John M 165 62 TRUE

3 Jack M 170 75 TRUE

抽出操作はもとのデータフレームに影響を与えず、結果は新たなデータフレームとして返される。

> subdata <- data[data$gender=="F",]
> 
> data
   name gender height weight qualified
1  John      M    165     62      TRUE
2  Gene      F    160     56     FALSE
3  Jack      M    170     75      TRUE
4 Luice      M    178     82     FALSE
5  Elen      F    157     58      TRUE
> 
> subdata
  name gender height weight qualified
2 Gene      F    160     56     FALSE
5 Elen      F    157     58      TRUE

> subdata <- data[data$gender=="F",]

> data

name gender height weight qualified

1 John M 165 62 TRUE

2 Gene F 160 56 FALSE

3 Jack M 170 75 TRUE

4 Luice M 178 82 FALSE

5 Elen F 157 58 TRUE

> subdata

name gender height weight qualified

2 Gene F 160 56 FALSE

5 Elen F 157 58 TRUE

R – データフレームの集計

2016-09-15 / tau / コメントする

summary()関数で、データ全体の集計が行える。

> name.data <- c("John", "Gene", "Jack", "Luice", "Elen")
> gender.data <- c("M", "F", "M", "M", "F")
> height.data <- c(165, 160, 170, 178, 157)
> weight.data <- c(62, 56, 75, 82, 58)
> qualified.data <- c(T, F, T, F, T)
> 
> data <- data.frame(
+   name=name.data,
+   gender=gender.data,
+   height=height.data,
+   weight=weight.data,
+   qualified=qualified.data
+ )
> data$name <- as.character(data$name)
> 
> summary(data)
     name           gender     height        weight     qualified      
 Length:5           F:2    Min.   :157   Min.   :56.0   Mode :logical  
 Class :character   M:3    1st Qu.:160   1st Qu.:58.0   FALSE:2        
 Mode  :character          Median :165   Median :62.0   TRUE :3        
                           Mean   :166   Mean   :66.6   NA's :0        
                           3rd Qu.:170   3rd Qu.:75.0                  
                           Max.   :178   Max.   :82.0

> name.data <- c("John", "Gene", "Jack", "Luice", "Elen")

> gender.data <- c("M", "F", "M", "M", "F")

> height.data <- c(165, 160, 170, 178, 157)

> weight.data <- c(62, 56, 75, 82, 58)

> qualified.data <- c(T, F, T, F, T)

> data <- data.frame(

+ name=name.data,

+ gender=gender.data,

+ height=height.data,

+ weight=weight.data,

+ qualified=qualified.data

+ )

> data$name <- as.character(data$name)

> summary(data)

name gender height weight qualified

Length:5 F:2 Min. :157 Min. :56.0 Mode :logical

Class :character M:3 1st Qu.:160 1st Qu.:58.0 FALSE:2

Mode :character Median :165 Median :62.0 TRUE :3

Mean :166 Mean :66.6 NA's :0

3rd Qu.:170 3rd Qu.:75.0

Max. :178 Max. :82.0

by()関数によって、特定のデータの層別に集計することができる。

> by(data, data$gender, summary)
data$gender: F
     name           gender     height          weight     qualified      
 Length:2           F:2    Min.   :157.0   Min.   :56.0   Mode :logical  
 Class :character   M:0    1st Qu.:157.8   1st Qu.:56.5   FALSE:1        
 Mode  :character          Median :158.5   Median :57.0   TRUE :1        
                           Mean   :158.5   Mean   :57.0   NA's :0        
                           3rd Qu.:159.2   3rd Qu.:57.5                  
                           Max.   :160.0   Max.   :58.0                  
--------------------------------------------------------- 
data$gender: M
     name           gender     height          weight     qualified      
 Length:3           F:0    Min.   :165.0   Min.   :62.0   Mode :logical  
 Class :character   M:3    1st Qu.:167.5   1st Qu.:68.5   FALSE:1        
 Mode  :character          Median :170.0   Median :75.0   TRUE :2        
                           Mean   :171.0   Mean   :73.0   NA's :0        
                           3rd Qu.:174.0   3rd Qu.:78.5                  
                           Max.   :178.0   Max.   :82.0

> by(data, data$gender, summary)

data$gender: F

name gender height weight qualified

Length:2 F:2 Min. :157.0 Min. :56.0 Mode :logical

Class :character M:0 1st Qu.:157.8 1st Qu.:56.5 FALSE:1

Mode :character Median :158.5 Median :57.0 TRUE :1

Mean :158.5 Mean :57.0 NA's :0

3rd Qu.:159.2 3rd Qu.:57.5

Max. :160.0 Max. :58.0

---------------------------------------------------------

data$gender: M

name gender height weight qualified

Length:3 F:0 Min. :165.0 Min. :62.0 Mode :logical

Class :character M:3 1st Qu.:167.5 1st Qu.:68.5 FALSE:1

Mode :character Median :170.0 Median :75.0 TRUE :2

Mean :171.0 Mean :73.0 NA's :0

3rd Qu.:174.0 3rd Qu.:78.5

Max. :178.0 Max. :82.0

もちろん、個別の数値データについて各種代表値を計算することもできる。

> max(data$height)
[1] 178
> min(data$height)
[1] 157
> range(data$height)
[1] 157 178
> sum(data$height)
[1] 830
> mean(data$height)
[1] 166
> var(data$height)
[1] 69.5
> sd(data$height)
[1] 8.336666

> max(data$height)

[1] 178

> min(data$height)

[1] 157

> range(data$height)

[1] 157 178

> sum(data$height)

[1] 830

> mean(data$height)

[1] 166

> var(data$height)

[1] 69.5

> sd(data$height)

[1] 8.336666

R – データフレームの列の非因子化

2016-09-15 / tau / コメントする

ベクトルから生成する場合

データフレームを複数のベクトルから生成する場合、文字列のベクトルがFactor型(因子型)になってしまう。

> name <- c("John", "Alice", "Dick")
> age <- c(35, 28, 42)
> data <- data.frame(name=name, age=age)
> str(data)
'data.frame':   3 obs. of  2 variables:
 $ name: Factor w/ 3 levels "Alice","Dick",..: 3 1 2
 $ age : num  35 28 42

> name <- c("John", "Alice", "Dick")

> age <- c(35, 28, 42)

> data <- data.frame(name=name, age=age)

> str(data)

'data.frame': 3 obs. of 2 variables:

$ name: Factor w/ 3 levels "Alice","Dick",..: 3 1 2

$ age : num 35 28 42

これを文字型に直すのに、以下の3つの方法がある。

as.charactor()関数

as.charactor()関数で指定した列がcharacter化されるので、それを元の列に代入。

> data$name <- as.character(data$name)
> str(data$name)
 chr [1:3] "John" "Alice" "Dick"

> data$name <- as.character(data$name)

> str(data$name)

chr [1:3] "John" "Alice" "Dick"

levels()関数

仕組みはよくわかっていない。

> data$name <- levels(data$name)[data$name]
> str(data$name)
 chr [1:3] "John" "Alice" "Dick"

> data$name <- levels(data$name)[data$name]

> str(data$name)

chr [1:3] "John" "Alice" "Dick"

transform()関数

データフレーム全体に適用。

> data <- transform(data, name=levels(name)[name])
> str(data$name)
 chr [1:3] "John" "Alice" "Dick"

> data <- transform(data, name=levels(name)[name])

> str(data$name)

chr [1:3] "John" "Alice" "Dick"

ファイルから読み込む場合

ファイルから読み込んだ後に上記の操作を行ってもよいが、読み込み時にFactor型への変換を抑止するため、引数にstringsAsFactors = Fを指定する方法もある。

個の引数指定は、read.table、read.delim、read.csvの何れでも指定できる。

> data <- read.csv("data/demo-dataframe1.csv", stringsAsFactors=F)
> str(data$name)
 chr [1:5] "John" "Gene" "Jack" "Luice" "Elen"

> data <- read.csv("data/demo-dataframe1.csv", stringsAsFactors=F)

> str(data$name)

chr [1:5] "John" "Gene" "Jack" "Luice" "Elen"

R – データフレームの生成

2016-09-15 / tau / コメントする

ベクトル列から生成する方法

同じ長さのベクトルを各列として、データフレームを生成可能。

name.data <- c("John", "Gene", "Jack", "Luice", "Elen")
gender.data <- c("M", "F", "M", "M", "F")
height.data <- c(165, 160, 170, 178, 157)
weight.data <- c(62, 56, 75, 82, 58)
qualified.data <- c(T, F, T, F, T)

data <- data.frame(
  name=name.data,
  gender=gender.data,
  height=height.data,
  weight=weight.data,
  qualified=qualified.data
)

data

name.data <- c("John", "Gene", "Jack", "Luice", "Elen")

gender.data <- c("M", "F", "M", "M", "F")

height.data <- c(165, 160, 170, 178, 157)

weight.data <- c(62, 56, 75, 82, 58)

qualified.data <- c(T, F, T, F, T)

data <- data.frame(

name=name.data,

gender=gender.data,

height=height.data,

weight=weight.data,

qualified=qualified.data

)

data

上記の結果は以下の通り。

> data
   name gender height weight qualified
1  John      M    165     62      TRUE
2  Gene      F    160     56     FALSE
3  Jack      M    170     75      TRUE
4 Luice      M    178     82     FALSE
5  Elen      F    157     58      TRUE

> data

name gender height weight qualified

1 John M 165 62 TRUE

2 Gene F 160 56 FALSE

3 Jack M 170 75 TRUE

4 Luice M 178 82 FALSE

5 Elen F 157 58 TRUE

ファイルからの読み込み

通常、作業ディレクトリかその下にあるディレクトリにあるファイルを扱う。扱いやすいのはタブ区切りテキスト、CSV。

read.tableによる方法

TAB区切り／ヘッダなし

John	M	165	62	T
Gene	F	160	56	F
Jack	M	170	75	T
Luice	M	178	82	F
Elen	F	157	58	T

John M 165 62 T

Gene F 160 56 F

Jack M 170 75 T

Luice M 178 82 F

Elen F 157 58 T

read.tableでそのまま読み込む。項目名はRが勝手につけてくれる。

デフォルトでTABが区切り文字になってるが、明示する場合は引数にsep="\t"を追加。

> data <- read.table("data/demo-dataframe0.txt")
> data
     V1 V2  V3 V4    V5
1  John  M 165 62  TRUE
2  Gene  F 160 56 FALSE
3  Jack  M 170 75  TRUE
4 Luice  M 178 82 FALSE
5  Elen  F 157 58  TRUE

> data <- read.table("data/demo-dataframe0.txt")

> data

V1 V2 V3 V4 V5

1 John M 165 62 TRUE

2 Gene F 160 56 FALSE

3 Jack M 170 75 TRUE

4 Luice M 178 82 FALSE

5 Elen F 157 58 TRUE

CSV／ヘッダなし

John,M,165,62,T
Gene,F,160,56,F
Jack,M,170,75,T
Luice,M,178,82,F
Elen,F,157,58,T

John,M,165,62,T

Gene,F,160,56,F

Jack,M,170,75,T

Luice,M,178,82,F

Elen,F,157,58,T

read.tableで引数にsep=","を付けて読み込む。

> data <- read.table("data/demo-dataframe0.csv", sep=",")
> data
     V1 V2  V3 V4    V5
1  John  M 165 62  TRUE
2  Gene  F 160 56 FALSE
3  Jack  M 170 75  TRUE
4 Luice  M 178 82 FALSE
5  Elen  F 157 58  TRUE

> data <- read.table("data/demo-dataframe0.csv", sep=",")

> data

V1 V2 V3 V4 V5

1 John M 165 62 TRUE

2 Gene F 160 56 FALSE

3 Jack M 170 75 TRUE

4 Luice M 178 82 FALSE

5 Elen F 157 58 TRUE

TAB区切り／ヘッダあり

name	gender	height	weight	qualified
John	M	165	62	T
Gene	F	160	56	F
Jack	M	170	75	T
Luice	M	178	82	F
Elen	F	157	58	T

name gender height weight qualified

John M 165 62 T

Gene F 160 56 F

Jack M 170 75 T

Luice M 178 82 F

Elen F 157 58 T

read.tableでheader=Tを付けて読み込む。sep="\t"を指定してもよい。

> data <- read.table("data/demo-dataframe1.txt", header=T)
> data
   name gender height weight qualified
1  John      M    165     62      TRUE
2  Gene      F    160     56     FALSE
3  Jack      M    170     75      TRUE
4 Luice      M    178     82     FALSE
5  Elen      F    157     58      TRUE

> data <- read.table("data/demo-dataframe1.txt", header=T)

> data

name gender height weight qualified

1 John M 165 62 TRUE

2 Gene F 160 56 FALSE

3 Jack M 170 75 TRUE

4 Luice M 178 82 FALSE

5 Elen F 157 58 TRUE

この形式の場合、wrapperクラスのread.delimでファイルのみ指定して読み込める。

> data <- read.delim("data/demo-dataframe1.txt")
> data
   name gender height weight qualified
1  John      M    165     62      TRUE
2  Gene      F    160     56     FALSE
3  Jack      M    170     75      TRUE
4 Luice      M    178     82     FALSE
5  Elen      F    157     58      TRUE

> data <- read.delim("data/demo-dataframe1.txt")

> data

name gender height weight qualified

1 John M 165 62 TRUE

2 Gene F 160 56 FALSE

3 Jack M 170 75 TRUE

4 Luice M 178 82 FALSE

5 Elen F 157 58 TRUE

CSV／ヘッダあり

name,gender,height,weight,qualified
John,M,165,62,T
Gene,F,160,56,F
Jack,M,170,75,T
Luice,M,178,82,F
Elen,F,157,58,T

name,gender,height,weight,qualified

John,M,165,62,T

Gene,F,160,56,F

Jack,M,170,75,T

Luice,M,178,82,F

Elen,F,157,58,T

read.tableでsep=","とheader=Tを指定して読み込む。

> data <- read.table("data/demo-dataframe1.csv", sep=",", header=T)
> data
   name gender height weight qualified
1  John      M    165     62      TRUE
2  Gene      F    160     56     FALSE
3  Jack      M    170     75      TRUE
4 Luice      M    178     82     FALSE
5  Elen      F    157     58      TRUE

> data <- read.table("data/demo-dataframe1.csv", sep=",", header=T)

> data

name gender height weight qualified

1 John M 165 62 TRUE

2 Gene F 160 56 FALSE

3 Jack M 170 75 TRUE

4 Luice M 178 82 FALSE

5 Elen F 157 58 TRUE

この形式の場合、wrapperクラスのread.csvでファイルのみ指定して読み込める。

> data <- read.csv("data/demo-dataframe1.csv")
> data
   name gender height weight qualified
1  John      M    165     62      TRUE
2  Gene      F    160     56     FALSE
3  Jack      M    170     75      TRUE
4 Luice      M    178     82     FALSE
5  Elen      F    157     58      TRUE

> data <- read.csv("data/demo-dataframe1.csv")

> data

name gender height weight qualified

1 John M 165 62 TRUE

2 Gene F 160 56 FALSE

3 Jack M 170 75 TRUE

4 Luice M 178 82 FALSE

5 Elen F 157 58 TRUE

注意点：Factor型への自動変換

ベクトルからの生成にしても、ファイルからの読み込みにしても、文字列のデータを持ったベクトルをデータフレームに取り込むと、自動的にFactor型(因子型)にされてしまう。

> data <- read.csv("data/demo-dataframe1.csv")
> str(data$name)
 Factor w/ 5 levels "Elen","Gene",..: 4 2 3 5 1

> data <- read.csv("data/demo-dataframe1.csv")

> str(data$name)

Factor w/ 5 levels "Elen","Gene",..: 4 2 3 5 1

これを解決するための方法は列の非因子化を参照。

CoffeeScript – コマンドライン引数

2016-09-08 / tau / コメントする

process.argv[n]にコマンドラインの入力が格納される。

argv[0]　コマンド(“coffee”)
argv[1]　ファイル名(“パス/ファイル名”)
argv[2]　1つ目の引数
・・・

指定していない引数を参照するとundefined

console.log(process.argv[0]) # coffee
console.log(process.argv[1]) # パス/ファイル名
console.log(process.argv[2]) # 第1引数
console.log(process.argv[3]) # 第2引数

console.log(process.argv[0]) # coffee

console.log(process.argv[1]) # パス/ファイル名

console.log(process.argv[2]) # 第1引数

console.log(process.argv[3]) # 第2引数

Boids 3.1 – コード説明

2016-08-18 / tau / コメントする

概要

Boids 3.1で、いよいよEnemyを導入する。大まかな流れは以下の通り。

Creatureクラスを継承したEnemyCreatureクラスを定義する
EnemyCreature特有の行動はEnemy同士の分離(separation)のみ
BoidCreatureはEnemyCreatureを避ける行動をとる
BoidCreatureの群とEnemyCreatureの群を、それぞれのClusterオブジェクトに登録。

EnemyCreatureクラスの追加

Creatureクラスを継承したEnemyCreatureクラスを追加する。そのメソッド構成は以下の通り。specificBehaviorについては、Enemyに特別な行動ルールはなく、分離(separation)のみ実装している。separation()メソッドはBoidCreatureとまったく同じロジック。

  class EnemyCreature extends Creature
    constructor: (cluster, field) ->

    draw: (ctx) ->

    specificBehavior: (intervalInSec) ->
      @separation()
      ....

    separation: ->
      ....

class EnemyCreature extends Creature

constructor: (cluster, field) ->

draw: (ctx) ->

specificBehavior: (intervalInSec) ->

@separation()

....

separation: ->

....

Controlerクラスの変更

パラメータ関係

Controlerクラスのパラメータ設定用setterを追加(後述)

Enemy発生用メソッドの追加

BoidCreatureクラスと同じ内容で、createEnemyCreature()メソッドを追加

`generate()`メソッドを変更

generate()メソッドで、Boidに加えてEnemyも指定個体数だけ発生させるよう追加。

  class Controler
    ....

    createBoidCreature: ->
      ....

    createEnemyCreature: ->
      cr = new EnemyCreature(@enemyCluster, @field)
      x = Math.floor(Math.random() * @field.xMax)
      y = Math.floor(Math.random() * @field.yMax)
      v = Math.random() * (EnemyCreature.vMax - EnemyCreature.vMin) + EnemyCreature.vMin
      ang = Math.random() * Math.PI * 2
      cr.setPosition(x, y)
      cr.setVelocity(v * Math.cos(ang), v * Math.sin(ang))
      return cr

    generate: (boidPopulation, enemyPopulation) ->
      @enemyCluster.clearCreatures()
      if enemyPopulation > 0
        for i in [1..enemyPopulation]
          cr = @createEnemyCreature()
          @enemyCluster.addCreature(cr)

      @boidCluster.clearCreatures()
      for i in [1..boidPopulation]
        cr = @createBoidCreature()
        @boidCluster.addCreature(cr)
      # 個体発生後に画面をクリアして描画
      @context.fillStyle = "#000080"
      @context.fillRect(0, 0, @canvas.width, @canvas.height)
      @boidCluster.draw(@context)
      @enemyCluster.draw(@context)

      ....

class Controler

....

createBoidCreature: ->

....

createEnemyCreature: ->

cr = new EnemyCreature(@enemyCluster, @field)

x = Math.floor(Math.random() * @field.xMax)

y = Math.floor(Math.random() * @field.yMax)

v = Math.random() * (EnemyCreature.vMax - EnemyCreature.vMin) + EnemyCreature.vMin

ang = Math.random() * Math.PI * 2

cr.setPosition(x, y)

cr.setVelocity(v * Math.cos(ang), v * Math.sin(ang))

return cr

generate: (boidPopulation, enemyPopulation) ->

@enemyCluster.clearCreatures()

if enemyPopulation > 0

for i in [1..enemyPopulation]

cr = @createEnemyCreature()

@enemyCluster.addCreature(cr)

@boidCluster.clearCreatures()

for i in [1..boidPopulation]

cr = @createBoidCreature()

@boidCluster.addCreature(cr)

# 個体発生後に画面をクリアして描画

@context.fillStyle = "#000080"

@context.fillRect(0, 0, @canvas.width, @canvas.height)

@boidCluster.draw(@context)

@enemyCluster.draw(@context)

....

BoidがEnemyから逃げる動作

BoidCreatureクラスに新たにavoidEnemy()メソッドを追加し、specificBehavior()でこれを呼び出すよう変更。avoidEnemy()メソッドの内容は以下の通り。

基本のロジックはsepration()メソッドと同じ
ただし分離の相手方がEnemyの群になる
敵から回避する角度は、仲間との分離の角度より大きくする(パラメータで与える)

  class BoidCreature extends Creature
    ....

    specificBehavior: (intervalInSec) ->
      @separation()
      @cohesion()
      @alignment()
      @avoidEnemy()
      return

    ....

    avoidEnemy: ->
      # 回避行動の方向転換計算用cos/sin
      cs = Math.cos(BoidCreature.antiEnemyAngle)
      sn = Math.sin(BoidCreature.antiEnemyAngle)
      # 自身に最も近いEnemyの個体
      @nearestCreature = null

      # Enemyのすべての個体についてサーチ
      for enemy in @enemyCluster.creatures
        # その個体が自分の前方にいるなら
        if enemy.isInFrontOf(this)
          d = Vector.distance(this.pos, enemy.pos)
          # その個体が視野の中にいるなら
          if d <= BoidCreature.antiEnemyFieldDepth
            # 既に個体がセットされていて、今回の個体の方が近ければ入れ替え
            # 最初に認識した個体ならそのままセット
            if @nearestEnemy?
              if d <= Vector.distance(@nearestEnemy.pos, this.pos)
                @nearestEnemy = enemy
            else
              @nearestEnemy = enemy
      # 近くの個体が視野内に存在するなら回避計算
      if @nearestEnemy?
        # Enemyが自分の右にいるなら左へ、自分の左にいるなら右へ向きを変更
        if @nearestEnemy.isOnTheRightOf(this)
          vx = @v.x * cs - @v.y * sn
          vy = @v.x * sn + @v.y * cs
        else
          vx =  @v.x * cs + @v.y * sn
          vy = -@v.x * sn + @v.y * cs
        @v.x = vx
        @v.y = vy

class BoidCreature extends Creature

....

specificBehavior: (intervalInSec) ->

@separation()

@cohesion()

@alignment()

@avoidEnemy()

return

....

avoidEnemy: ->

# 回避行動の方向転換計算用cos/sin

cs = Math.cos(BoidCreature.antiEnemyAngle)

sn = Math.sin(BoidCreature.antiEnemyAngle)

# 自身に最も近いEnemyの個体

@nearestCreature = null

# Enemyのすべての個体についてサーチ

for enemy in @enemyCluster.creatures

# その個体が自分の前方にいるなら

if enemy.isInFrontOf(this)

d = Vector.distance(this.pos, enemy.pos)

# その個体が視野の中にいるなら

if d <= BoidCreature.antiEnemyFieldDepth

# 既に個体がセットされていて、今回の個体の方が近ければ入れ替え

# 最初に認識した個体ならそのままセット

if @nearestEnemy?

if d <= Vector.distance(@nearestEnemy.pos, this.pos)

@nearestEnemy = enemy

else

@nearestEnemy = enemy

# 近くの個体が視野内に存在するなら回避計算

if @nearestEnemy?

# Enemyが自分の右にいるなら左へ、自分の左にいるなら右へ向きを変更

if @nearestEnemy.isOnTheRightOf(this)

vx = @v.x * cs - @v.y * sn

vy = @v.x * sn + @v.y * cs

else

vx = @v.x * cs + @v.y * sn

vy = -@v.x * sn + @v.y * cs

@v.x = vx

@v.y = vy

実行部分

ページ読み込み時の実行部分は以下の通りで、2つのボタンのクリックに対する処理を定義。

GENERATEボタンが押された時は、BoidCreatureの群とEnemyCreatureの群を発生させる
START/STOPボタンが押されたときは、ControlerクラスのstartAndStop()メソッドを呼び出す

  # Generateボタンが押されたとき、指定された数でBoidとEnemyの群をつくる
  # Boids3.1では、VMax = VMinとして、全個体が同じ速さを持つようにしている
  $("#bd31_generate").click ->
    v = $("#bd31_boid_velocity").val()
    v = Math.max(v, BD31_BOID_VMIN)
    v = Math.min(v, BD31_BOID_VMAX)
    $("#bd31_boid_velocity").val(v)
    controler.setBoidVMax(v)
    controler.setBoidVMin(v)
    boidPop = $("#bd31_boid_population").val()
    boidPop = Math.max(boidPop, BD31_BOID_POPULATION_MIN)
    boidPop = Math.min(boidPop, BD31_BOID_POPULATION_MAX)
    $("#bd31_boid_population").val(boidPop)

    v = $("#bd31_enemy_velocity").val()
    v = Math.max(v, BD31_ENEMY_VMIN)
    v = Math.min(v, BD31_ENEMY_VMAX)
    $("#bd31_enemy_velocity").val(v)
    controler.setEnemyVMax(v)
    controler.setEnemyVMin(v)
    enemyPop = $("#bd31_enemy_population").val()
    enemyPop = Math.max(enemyPop, BD31_ENEMY_POPULATION_MIN)
    enemyPop = Math.min(enemyPop, BD31_ENEMY_POPULATION_MAX)
    $("#bd31_enemy_population").val(enemyPop)

    controler.generate(boidPop, enemyPop)

  # Start/Stopボタンが押されたとき、アニメーションの動作を切り替える
  $("#bd31_start_and_stop").click ->
    controler.startAndStop()

# Generateボタンが押されたとき、指定された数でBoidとEnemyの群をつくる

# Boids3.1では、VMax = VMinとして、全個体が同じ速さを持つようにしている

$("#bd31_generate").click ->

v = $("#bd31_boid_velocity").val()

v = Math.max(v, BD31_BOID_VMIN)

v = Math.min(v, BD31_BOID_VMAX)

$("#bd31_boid_velocity").val(v)

controler.setBoidVMax(v)

controler.setBoidVMin(v)

boidPop = $("#bd31_boid_population").val()

boidPop = Math.max(boidPop, BD31_BOID_POPULATION_MIN)

boidPop = Math.min(boidPop, BD31_BOID_POPULATION_MAX)

$("#bd31_boid_population").val(boidPop)

v = $("#bd31_enemy_velocity").val()

v = Math.max(v, BD31_ENEMY_VMIN)

v = Math.min(v, BD31_ENEMY_VMAX)

$("#bd31_enemy_velocity").val(v)

controler.setEnemyVMax(v)

controler.setEnemyVMin(v)

enemyPop = $("#bd31_enemy_population").val()

enemyPop = Math.max(enemyPop, BD31_ENEMY_POPULATION_MIN)

enemyPop = Math.min(enemyPop, BD31_ENEMY_POPULATION_MAX)

$("#bd31_enemy_population").val(enemyPop)

controler.generate(boidPop, enemyPop)

# Start/Stopボタンが押されたとき、アニメーションの動作を切り替える

$("#bd31_start_and_stop").click ->

controler.startAndStop()

コード全体

HTML

<!DOCTYPE html>

<html lang="ja">

<head>
  <meta charset="utf-8">
  <title>Boids 3.1/CoffeeScript</title>
  <script type="text/javascript" src="../lib/jquery.js"></script>
  <script type="text/javascript" src="../lib/taustation_geom2d.js"></script>
</head>


<body>
  <h2>Boids 3.1</h2>

  <script>
  //<![CDATA[
  BD31_WALL_DETECTION_LENGTH = 100;
  BD31_WALL_REPULSION_PARAM = 16;
  BD31_BOID_VMAX = 200;
  BD31_BOID_VMIN = 50;
  BD31_BOID_SIZE = 10;
  BD31_BOID_COLOR = "#FFFFFF";
  BD31_BOID_POPULATION_MIN = 1;
  BD31_BOID_POPULATION_MAX = 300;
  BD31_BOID_SEPARATION_FIELD_DEPTH = 50;
  BD31_BOID_SEPARATION_ANGLE = 12 * Math.PI / 180;
  BD31_COHESION_ANGLE = 5 * Math.PI / 180;
  BD31_ALIGNMENT_FIELD_DEPTH = 250;
  BD31_ALIGNMENT_ANGLE = 5 * Math.PI / 180;
  BD31_ANTI_ENEMY_FIELD_DEPTH = 50;
  BD31_ANTI_ENEMY_ANGLE = 30 * Math.PI / 180;
  BD31_ENEMY_VMAX = 200;
  BD31_ENEMY_VMIN = 50;
  BD31_ENEMY_SIZE = 15;
  BD31_ENEMY_COLOR = "#FF0000";
  BD31_ENEMY_POPULATION_MIN = 0;
  BD31_ENEMY_POPULATION_MAX = 5;
  BD31_ENEMY_SEPARATION_FIELD_DEPTH = 50;
  BD31_ENEMY_SEPARATION_ANGLE = 10 * Math.PI / 180;
  BD31_INTERVAL_SEC = 0.05;
  //]]>
  </script>

  <!-- Boids3.1の入力表示部 -->
  <p>
    <label><code>個体数　　：</code></label><input type="number" id="bd31_boid_population" value="100" min="1" max="300" /><br />
    <label><code>個体の速さ：</code></label><input type="number" id="bd31_boid_velocity" value="100" min="50" max="200" /><br />
    <label><code>敵の数　　：</code></label><input type="number" id="bd31_enemy_population" value="0" min="0" max="5" /><br />
    <label><code>敵の速さ　：</code></label><input type="number" id="bd31_enemy_velocity" value="75" min="50" max="200" /><br />
    <input type="button" id="bd31_generate" value="Generate" />
    <input type="button" id="bd31_start_and_stop" value="Start/Stop" />
  </p>
  <canvas id="bd31_canvas" width="600" height="400" style="background-color: #000080">
  </canvas>

  <script type="text/javascript" src="../coffee/boids/boids_3_1.js"></script>
</body>

</html>

<!DOCTYPE html>

<head>

<title>Boids 3.1/CoffeeScript</title>

</head>

<body>

<h2>Boids 3.1</h2>

//<![CDATA[

BD31_WALL_DETECTION_LENGTH = 100;

BD31_WALL_REPULSION_PARAM = 16;

BD31_BOID_VMAX = 200;

BD31_BOID_VMIN = 50;

BD31_BOID_SIZE = 10;

BD31_BOID_COLOR = "#FFFFFF";

BD31_BOID_POPULATION_MIN = 1;

BD31_BOID_POPULATION_MAX = 300;

BD31_BOID_SEPARATION_FIELD_DEPTH = 50;

BD31_BOID_SEPARATION_ANGLE = 12 * Math.PI / 180;

BD31_COHESION_ANGLE = 5 * Math.PI / 180;

BD31_ALIGNMENT_FIELD_DEPTH = 250;

BD31_ALIGNMENT_ANGLE = 5 * Math.PI / 180;

BD31_ANTI_ENEMY_FIELD_DEPTH = 50;

BD31_ANTI_ENEMY_ANGLE = 30 * Math.PI / 180;

BD31_ENEMY_VMAX = 200;

BD31_ENEMY_VMIN = 50;

BD31_ENEMY_SIZE = 15;

BD31_ENEMY_COLOR = "#FF0000";

BD31_ENEMY_POPULATION_MIN = 0;

BD31_ENEMY_POPULATION_MAX = 5;

BD31_ENEMY_SEPARATION_FIELD_DEPTH = 50;

BD31_ENEMY_SEPARATION_ANGLE = 10 * Math.PI / 180;

BD31_INTERVAL_SEC = 0.05;

//]]>

</script>

<p>

<label><code>個体の速さ：</code></label><input type="number" id="bd31_boid_velocity" value="100" min="50" max="200" /><br />

</p>

</canvas>

</body>

</html>

CoffeeScript

クラス構成

Boids31 = {}

# パッケージBoids30の本体
do ->
  # 独自クラスのエイリアス
  # パッケージtaustation_geom2d.jsが必要。
  Vector = taustation_geom2d.Vector
  MovingAgent = taustation_geom2d.MovingAgent

  # Boidsが活動する空間のクラス
  # このバージョンでは長方形
  class Field

  # Field内の壁を避けながら移動する一般化Creeatureクラス
  # Boids3.0で、それまでのCreatureクラスをCreatureとBoidCreatureに分けて継承させた
  # Boidsの行動ルールは、このクラスを継承したBoidsCreatureクラスで実装する
  class Creature extends MovingAgent

  # Boidの個体を実現するクラス
  # Boids3.0で、Creatureクラスを継承するように変更
  # 敵を回避するためのプロパティやメソッドを追加
  class BoidCreature extends Creature

  # Boids3.1で導入
  # Boidsに対する「敵」を表すクラス
  class EnemyCreature extends Creature

  # BoidsとEnemyの群を管理するクラスで、以下を保持する
  # - 群を構成する複数の個体
  # - 個体を描画するcanvasのcontextオブジェクト
  class Cluster

  # Boidsアプリケーションの動作を統括するクラス
  # 唯一、ブラウザから直接呼び出され、初期値の設定やClusterの操作を担当
  class Controler

  # 外部からアクセス可能な名前の設定
  Boids31.Controler = Controler


# スクリプトが読み込まれた時の実行部分
jQuery ($) ->
  # Controlerを作成し、canvasオブジェクトを渡す
  canvas = $("#bd31_canvas")[0]
  context = canvas.getContext("2d") if canvas.getContext
  controler = new Boids31.Controler(canvas, context)
  # 固定パラメータのセット
  # パラメータの値は、Javascript形式でHTMLに埋め込まれている想定
  controler.setWallDetectionLength(BD31_WALL_DETECTION_LENGTH)
  controler.setWallRepulsionParam(BD31_WALL_REPULSION_PARAM)
  controler.setBoidSize(BD31_BOID_SIZE)
  controler.setBoidColor(BD31_BOID_COLOR)
  controler.setBoidSeparationFieldDepth(BD31_BOID_SEPARATION_FIELD_DEPTH)
  controler.setBoidSeparationAngle(BD31_BOID_SEPARATION_ANGLE)
  controler.setCohesionAngle(BD31_COHESION_ANGLE)
  controler.setAlignmentFieldDepth(BD31_ALIGNMENT_FIELD_DEPTH)
  controler.setAlignmentAngle(BD31_ALIGNMENT_ANGLE)
  controler.setAntiEnemyFieldDepth(BD31_ANTI_ENEMY_FIELD_DEPTH)
  controler.setAntiEnemyAngle(BD31_ANTI_ENEMY_ANGLE)
  controler.setEnemySize(BD31_ENEMY_SIZE)
  controler.setEnemyColor(BD31_ENEMY_COLOR)
  controler.setEnemySeparationFieldDepth(BD31_ENEMY_SEPARATION_FIELD_DEPTH)
  controler.setEnemySeparationAngle(BD31_ENEMY_SEPARATION_ANGLE)
  controler.setIntervalSec(BD31_INTERVAL_SEC)

  # Generateボタンが押されたとき、指定された数でBoidとEnemyの群をつくる
  # Boids3.1では、VMax = VMinとして、全個体が同じ速さを持つようにしている
  $("#bd31_generate").click ->
    v = $("#bd31_boid_velocity").val()
    v = Math.max(v, BD31_BOID_VMIN)
    v = Math.min(v, BD31_BOID_VMAX)
    $("#bd31_boid_velocity").val(v)
    controler.setBoidVMax(v)
    controler.setBoidVMin(v)
    boidPop = $("#bd31_boid_population").val()
    boidPop = Math.max(boidPop, BD31_BOID_POPULATION_MIN)
    boidPop = Math.min(boidPop, BD31_BOID_POPULATION_MAX)
    $("#bd31_boid_population").val(boidPop)

    v = $("#bd31_enemy_velocity").val()
    v = Math.max(v, BD31_ENEMY_VMIN)
    v = Math.min(v, BD31_ENEMY_VMAX)
    $("#bd31_enemy_velocity").val(v)
    controler.setEnemyVMax(v)
    controler.setEnemyVMin(v)
    enemyPop = $("#bd31_enemy_population").val()
    enemyPop = Math.max(enemyPop, BD31_ENEMY_POPULATION_MIN)
    enemyPop = Math.min(enemyPop, BD31_ENEMY_POPULATION_MAX)
    $("#bd31_enemy_population").val(enemyPop)

    controler.generate(boidPop, enemyPop)

  # Start/Stopボタンが押されたとき、アニメーションの動作を切り替える
  $("#bd31_start_and_stop").click ->
    controler.startAndStop()

Boids31 = {}

# パッケージBoids30の本体

do ->

# 独自クラスのエイリアス

# パッケージtaustation_geom2d.jsが必要。

Vector = taustation_geom2d.Vector

MovingAgent = taustation_geom2d.MovingAgent

# Boidsが活動する空間のクラス

# このバージョンでは長方形

class Field

# Field内の壁を避けながら移動する一般化Creeatureクラス

# Boids3.0で、それまでのCreatureクラスをCreatureとBoidCreatureに分けて継承させた

# Boidsの行動ルールは、このクラスを継承したBoidsCreatureクラスで実装する

class Creature extends MovingAgent

# Boidの個体を実現するクラス

# Boids3.0で、Creatureクラスを継承するように変更

# 敵を回避するためのプロパティやメソッドを追加

class BoidCreature extends Creature

# Boids3.1で導入

# Boidsに対する「敵」を表すクラス

class EnemyCreature extends Creature

# BoidsとEnemyの群を管理するクラスで、以下を保持する

# - 群を構成する複数の個体

# - 個体を描画するcanvasのcontextオブジェクト

class Cluster

# Boidsアプリケーションの動作を統括するクラス

# 唯一、ブラウザから直接呼び出され、初期値の設定やClusterの操作を担当

class Controler

# 外部からアクセス可能な名前の設定

Boids31.Controler = Controler

# スクリプトが読み込まれた時の実行部分

jQuery ($) ->

# Controlerを作成し、canvasオブジェクトを渡す

canvas = $("#bd31_canvas")[0]

context = canvas.getContext("2d") if canvas.getContext

controler = new Boids31.Controler(canvas, context)

# 固定パラメータのセット

# パラメータの値は、Javascript形式でHTMLに埋め込まれている想定

controler.setWallDetectionLength(BD31_WALL_DETECTION_LENGTH)

controler.setWallRepulsionParam(BD31_WALL_REPULSION_PARAM)

controler.setBoidSize(BD31_BOID_SIZE)

controler.setBoidColor(BD31_BOID_COLOR)

controler.setBoidSeparationFieldDepth(BD31_BOID_SEPARATION_FIELD_DEPTH)

controler.setBoidSeparationAngle(BD31_BOID_SEPARATION_ANGLE)

controler.setCohesionAngle(BD31_COHESION_ANGLE)

controler.setAlignmentFieldDepth(BD31_ALIGNMENT_FIELD_DEPTH)

controler.setAlignmentAngle(BD31_ALIGNMENT_ANGLE)

controler.setAntiEnemyFieldDepth(BD31_ANTI_ENEMY_FIELD_DEPTH)

controler.setAntiEnemyAngle(BD31_ANTI_ENEMY_ANGLE)

controler.setEnemySize(BD31_ENEMY_SIZE)

controler.setEnemyColor(BD31_ENEMY_COLOR)

controler.setEnemySeparationFieldDepth(BD31_ENEMY_SEPARATION_FIELD_DEPTH)

controler.setEnemySeparationAngle(BD31_ENEMY_SEPARATION_ANGLE)

controler.setIntervalSec(BD31_INTERVAL_SEC)

# Generateボタンが押されたとき、指定された数でBoidとEnemyの群をつくる

# Boids3.1では、VMax = VMinとして、全個体が同じ速さを持つようにしている

$("#bd31_generate").click ->

v = $("#bd31_boid_velocity").val()

v = Math.max(v, BD31_BOID_VMIN)

v = Math.min(v, BD31_BOID_VMAX)

$("#bd31_boid_velocity").val(v)

controler.setBoidVMax(v)

controler.setBoidVMin(v)

boidPop = $("#bd31_boid_population").val()

boidPop = Math.max(boidPop, BD31_BOID_POPULATION_MIN)

boidPop = Math.min(boidPop, BD31_BOID_POPULATION_MAX)

$("#bd31_boid_population").val(boidPop)

v = $("#bd31_enemy_velocity").val()

v = Math.max(v, BD31_ENEMY_VMIN)

v = Math.min(v, BD31_ENEMY_VMAX)

$("#bd31_enemy_velocity").val(v)

controler.setEnemyVMax(v)

controler.setEnemyVMin(v)

enemyPop = $("#bd31_enemy_population").val()

enemyPop = Math.max(enemyPop, BD31_ENEMY_POPULATION_MIN)

enemyPop = Math.min(enemyPop, BD31_ENEMY_POPULATION_MAX)

$("#bd31_enemy_population").val(enemyPop)

controler.generate(boidPop, enemyPop)

# Start/Stopボタンが押されたとき、アニメーションの動作を切り替える

$("#bd31_start_and_stop").click ->

controler.startAndStop()

Fieldクラス

  # Boidsが活動する空間のクラス
  # このバージョンでは長方形
  class Field
    constructor: (width, height) ->
      @xMin = 0
      @yMin = 0
      @xMax = width
      @yMax = height

# Boidsが活動する空間のクラス

# このバージョンでは長方形

class Field

constructor: (width, height) ->

@xMin = 0

@yMin = 0

@xMax = width

@yMax = height

Creatureクラス

  # Field内の壁を避けながら移動する一般化Creeatureクラス
  # Boids3.0で、それまでのCreatureクラスをCreatureとBoidCreatureに分けて継承させた
  # Boidsの行動ルールは、このクラスを継承したBoidsCreatureクラスで実装する
  class Creature extends MovingAgent
    # 壁の衝突回避を認識する距離
    @wallDetectionLength: 100
    # 反発力パラメータ
    @wallRepulsionParam: 4

    constructor: (field) ->
      super()
      # 加速度ベクトル
      @a = new Vector(0, 0)
      @field = field

    # 個体を動かすメソッド
    # 群を表すClusterクラスのmove()メソッドから呼ばれる
    move: (intervalInSec) ->
      # 壁を避ける
      @wallAvoidance(intervalInSec)

      # このクラスを継承した具象クラスでの行動は、このメソッドをオーバーライド
      @specificBehavior(intervalInSec)

      # 最終的な位置を決定
      @determinePosition(intervalInSec)

    # 壁を避ける行動
    # 壁からの距離に応じた斥力を(repulsion)想定し、ｘ/ｙ方向の加速度を計算
    wallAvoidance: (intervalInSec) ->
      if @pos.x <= Creature.wallDetectionLength
        @a.x =
          Creature.wallRepulsionParam *
          (Creature.wallDetectionLength / @pos.x) ** 2
      else if @pos.x >= @field.xMax - Creature.wallDetectionLength
        @a.x =
          -Creature.wallRepulsionParam *
          (Creature.wallDetectionLength / (@field.xMax - @pos.x)) ** 2
      else
        @a.x = 0

      if @pos.y <= Creature.wallDetectionLength
        @a.y =
          Creature.wallRepulsionParam *
          (Creature.wallDetectionLength / @pos.y) ** 2
      else if @pos.y >= @field.yMax - Creature.wallDetectionLength
        @a.y =
          -Creature.wallRepulsionParam *
          (Creature.wallDetectionLength / (@field.yMax - @pos.y)) ** 2
      else
        @a.y = 0

      # 加速度を考慮した速度の変化を計算
      # 速度の絶対値が増え続けないようにキャップで抑える
      # 速度成分の符号を得るのに、Math.signがサポートされていないブラウザが多いため、
      # 値/絶対値で符号を得ている
      @v.plusEq(@a.times intervalInSec)
      @v.x = @v.x / Math.abs(@v.x) * Math.min(Math.abs(@v.x), BoidCreature.vMax)
      @v.y = @v.y / Math.abs(@v.y) * Math.min(Math.abs(@v.y), BoidCreature.vMax)

    # このクラスを継承するサブクラスで、このメソッドをオーバーライドする
    specificBehavior: (intervalInSec) ->
      console.log("specificBehavior() of Creature class is abstract.")

    # Creatureクラスの現在位置と速度から、次の時間ステップでの位置を決定する
    determinePosition: (intervalInSec) ->
    # インターバルの間の移動量を計算
      @pos.plusEq(@v.times intervalInSec)

      # 壁にぶつかった場合は全反射
      if @pos.x <= @field.xMin
        @pos.x = @field.xMin * 2 - @pos.x
        @v.x = -@v.x
      else if @pos.x >= @field.xMax
        @pos.x = @field.xMax * 2 - @pos.x
        @v.x = -@v.x
      if @pos.y <= @field.yMin
        @pos.y = @field.yMin * 2 - @pos.y
        @v.y = -@v.y
      else if @pos.y >= @field.yMax
        @pos.y = @field.yMax * 2 - @pos.y
        @v.y = -@v.y

# Field内の壁を避けながら移動する一般化Creeatureクラス

# Boids3.0で、それまでのCreatureクラスをCreatureとBoidCreatureに分けて継承させた

# Boidsの行動ルールは、このクラスを継承したBoidsCreatureクラスで実装する

class Creature extends MovingAgent

# 壁の衝突回避を認識する距離

@wallDetectionLength: 100

# 反発力パラメータ

@wallRepulsionParam: 4

constructor: (field) ->

super()

# 加速度ベクトル

@a = new Vector(0, 0)

@field = field

# 個体を動かすメソッド

# 群を表すClusterクラスのmove()メソッドから呼ばれる

move: (intervalInSec) ->

# 壁を避ける

@wallAvoidance(intervalInSec)

# このクラスを継承した具象クラスでの行動は、このメソッドをオーバーライド

@specificBehavior(intervalInSec)

# 最終的な位置を決定

@determinePosition(intervalInSec)

# 壁を避ける行動

# 壁からの距離に応じた斥力を(repulsion)想定し、ｘ/ｙ方向の加速度を計算

wallAvoidance: (intervalInSec) ->

if @pos.x <= Creature.wallDetectionLength

@a.x =

Creature.wallRepulsionParam *

(Creature.wallDetectionLength / @pos.x) ** 2

else if @pos.x >= @field.xMax - Creature.wallDetectionLength

@a.x =

-Creature.wallRepulsionParam *

(Creature.wallDetectionLength / (@field.xMax - @pos.x)) ** 2

else

@a.x = 0

if @pos.y <= Creature.wallDetectionLength

@a.y =

Creature.wallRepulsionParam *

(Creature.wallDetectionLength / @pos.y) ** 2

else if @pos.y >= @field.yMax - Creature.wallDetectionLength

@a.y =

-Creature.wallRepulsionParam *

(Creature.wallDetectionLength / (@field.yMax - @pos.y)) ** 2

else

@a.y = 0

# 加速度を考慮した速度の変化を計算

# 速度の絶対値が増え続けないようにキャップで抑える

# 速度成分の符号を得るのに、Math.signがサポートされていないブラウザが多いため、

# 値/絶対値で符号を得ている

@v.plusEq(@a.times intervalInSec)

@v.x = @v.x / Math.abs(@v.x) * Math.min(Math.abs(@v.x), BoidCreature.vMax)

@v.y = @v.y / Math.abs(@v.y) * Math.min(Math.abs(@v.y), BoidCreature.vMax)

# このクラスを継承するサブクラスで、このメソッドをオーバーライドする

specificBehavior: (intervalInSec) ->

console.log("specificBehavior() of Creature class is abstract.")

# Creatureクラスの現在位置と速度から、次の時間ステップでの位置を決定する

determinePosition: (intervalInSec) ->

# インターバルの間の移動量を計算

@pos.plusEq(@v.times intervalInSec)

# 壁にぶつかった場合は全反射

if @pos.x <= @field.xMin

@pos.x = @field.xMin * 2 - @pos.x

@v.x = -@v.x

else if @pos.x >= @field.xMax

@pos.x = @field.xMax * 2 - @pos.x

@v.x = -@v.x

if @pos.y <= @field.yMin

@pos.y = @field.yMin * 2 - @pos.y

@v.y = -@v.y

else if @pos.y >= @field.yMax

@pos.y = @field.yMax * 2 - @pos.y

@v.y = -@v.y

BoidCreatureクラス

  # Boidの個体を実現するクラス
  # Boids3.0で、Creatureクラスを継承するように変更
  # 敵を回避するためのプロパティやメソッドを追加
  class BoidCreature extends Creature
    # private ｓtaticなクラス・プロパティ
    @vMax: 0
    @vMin: 0
    # 描画の基本となるサイズと色
    @drawSize: 8
    @color: "#000000"
    # 視野の深さと分離行動の回避角
    @separationFieldDepth: 100
    @separationAngle: 0
    # 結合行動の変化角
    @cohesionAngle: 0
    # 整列高度の視野の長さと変化角
    @alignmentFieldDepth: 100
    @alignmentAngle: 0
    # 敵を回避する視野の深さと変化角
    @antiEnemyFieldDepth: 100
    @antiEnemyAngle: 0

    # 自分が属する群と敵の群への参照を保持する
    constructor: (boidCluster, enemyCluster, field) ->
      super(field)
      @boidCluster = boidCluster
      @enemyCluster = enemyCluster
      @nearestCreature = null

    # 個体を描画するメソッド
    # canvasのコンテキストを引数で受け取る
    draw: (ctx) ->
      v = @v.abs()
      sx = BoidCreature.drawSize * @v.x / v
      sy = BoidCreature.drawSize * @v.y / v
      p = 0.25

      ctx.fillStyle = BoidCreature.color
      ctx.beginPath()
      ctx.moveTo(@pos.x + (1 - p) * sx, @pos.y + (1 - p) * sy)
      ctx.lineTo(@pos.x + (-sx - sy) * p, @pos.y + (sx - sy) * p)
      ctx.lineTo(@pos.x + (-sx + sy) * p, @pos.y + (-sx - sy) * p)
      ctx.closePath()
      ctx.fill()
      return

    # 個体を動かすメソッド
    # 親クラスのメソッドをオーバーライド
    # 親クラスClusterのmove()メソッドから呼ばれる
    # intervalInSecは秒単位のアニメーション・フレームのインターバル
    specificBehavior: (intervalInSec) ->

      # 分離行動(separation)
      @separation()

      # 結合行動(cohesion)
      @cohesion()

      # 整列行動(alignment)
      @alignment()

      # 敵回避
      @avoidEnemy()

      return

    # 分離行動(separation)
    # 前方視角180度内で一定距離内の視野の中で、最も近い個体を避けるよう方向を変える
    # 相手方の速度の向きには関係なく、相手側と反対方向に速度の向きをを少し変更する。
    separation: ->
      # 回避行動の方向転換計算用cos/sin
      cs = Math.cos(BoidCreature.separationAngle)
      sn = Math.sin(BoidCreature.separationAngle)
      # 自身に最も近いBoidとEnemyの個体
      @nearestCreature = null
      @nearestEnemy = null

      # 自分以外の群のすべての個体についてサーチ
      for other in @boidCluster.creatures
        if other != this
          # その個体が自分の前方にいるなら
          if other.isInFrontOf(this)
            d = Vector.distance(this.pos, other.pos)
            # その個体が視野の中にいるなら
            if d <= BoidCreature.separationFieldDepth
              # 既に個体がセットされていて、今回の個体の方が近ければ入れ替え
              # 最初に認識した個体ならそのままセット
              if @nearestCreature?
                if d <= Vector.distance(@nearestCreature.pos, this.pos)
                  @nearestCreature = other
              else
                @nearestCreature = other
      # 近くの個体が視野内に存在するなら回避計算
      if @nearestCreature?
        # 相手が自分の右にいるなら左へ、自分の左にいるなら右へ向きを変更
        if @nearestCreature.isOnTheRightOf(this)
          vx = @v.x * cs - @v.y * sn
          vy = @v.x * sn + @v.y * cs
        else
          vx =  @v.x * cs + @v.y * sn
          vy = -@v.x * sn + @v.y * cs
        @v.x = vx
        @v.y = vy

    # 結合行動(cohesion)
    # 前方視角180度以内の全個体の重心に向かって少し方向を変える
    cohesion: ->
      # 群のうち認識した個体の数とそのグループの重心
      n = 0
      clusterCenter = null
      # 結合行動の方向転換計算用cos/sin
      cs = Math.cos(BoidCreature.cohesionAngle)
      sn = Math.sin(BoidCreature.cohesionAngle)

      # 自分以外の群のすべての個体についてサーチ
      for other in @boidCluster.creatures
        if other != this
          # 相手が自身の前方にいるなら、その位置を考慮
          if other.isInFrontOf(this)
            n++
            if clusterCenter?
              clusterCenter.plusEq(other.pos)
            else
              clusterCenter = new Vector(other.pos.x, other.pos.y)

      # 前方の相手が1つでも存在すれば、結合行動をとる
      if clusterCenter?
        clusterCenter.divEq(n)
        # 重心が自分の右にあれば左に、自分の左にあれば右に進路を変更
        if clusterCenter.isOnTheRightOf(this)
          vx =  @v.x * cs + @v.y * sn
          vy = -@v.x * sn + @v.y * cs
        else
          vx = @v.x * cs - @v.y * sn
          vy = @v.x * sn + @v.y * cs
        @v.x = vx
        @v.y = vy

    # 整列行動(alignment)
    # 分離行動と同じ視野内の個体群の平均速度に合わせるよう少し方向を変える
    alignment: ->
      vMean = null
      n = 0
      # 整列行動の方向転換計算用cos/sin
      cs = Math.cos(BoidCreature.alignmentAngle)
      sn = Math.sin(BoidCreature.alignmentAngle)

      # 自分以外の群のすべての個体についてサーチ
      for other in @boidCluster.creatures
        if other != this
          # その個体が自分の前方にいるなら
          if other.isInFrontOf(this)
            d = Vector.distance(this.pos, other.pos)
            # その個体が視野の中にいるなら
            if d <= BoidCreature.alignmentFieldDepth
              # 既に個体が視野内にあれば平均速度の計算を続行
              n++
              if vMean?
                vMean.plusEq(other.v)
              else
                vMean = new Vector(0, 0)
      # 視野内に個体がいるなら速度変更の計算へ
      if vMean?
        vMean.divEq(n)
        if vMean.isHeadingToRightOf(@v)
          vx =  @v.x * cs + @v.y * sn
          vy = -@v.x * sn + @v.y * cs
        else
          vx = @v.x * cs - @v.y * sn
          vy = @v.x * sn + @v.y * cs
        @v.x = vx
        @v.y = vy

    # Boids3.1で追加
    # 敵を回避する行動で、分離行動と同じロジック
    avoidEnemy: ->
      # 回避行動の方向転換計算用cos/sin
      cs = Math.cos(BoidCreature.antiEnemyAngle)
      sn = Math.sin(BoidCreature.antiEnemyAngle)
      # 自身に最も近いEnemyの個体
      @nearestCreature = null

      # Enemyのすべての個体についてサーチ
      for enemy in @enemyCluster.creatures
        # その個体が自分の前方にいるなら
        if enemy.isInFrontOf(this)
          d = Vector.distance(this.pos, enemy.pos)
          # その個体が視野の中にいるなら
          if d <= BoidCreature.antiEnemyFieldDepth
            # 既に個体がセットされていて、今回の個体の方が近ければ入れ替え
            # 最初に認識した個体ならそのままセット
            if @nearestEnemy?
              if d <= Vector.distance(@nearestEnemy.pos, this.pos)
                @nearestEnemy = enemy
            else
              @nearestEnemy = enemy
      # 近くの個体が視野内に存在するなら回避計算
      if @nearestEnemy?
        # Enemyが自分の右にいるなら左へ、自分の左にいるなら右へ向きを変更
        if @nearestEnemy.isOnTheRightOf(this)
          vx = @v.x * cs - @v.y * sn
          vy = @v.x * sn + @v.y * cs
        else
          vx =  @v.x * cs + @v.y * sn
          vy = -@v.x * sn + @v.y * cs
        @v.x = vx
        @v.y = vy

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# Boidの個体を実現するクラス

# Boids3.0で、Creatureクラスを継承するように変更

# 敵を回避するためのプロパティやメソッドを追加

class BoidCreature extends Creature

# private ｓtaticなクラス・プロパティ

@vMax: 0

@vMin: 0

# 描画の基本となるサイズと色

@drawSize: 8

@color: "#000000"

# 視野の深さと分離行動の回避角

@separationFieldDepth: 100

@separationAngle: 0

# 結合行動の変化角

@cohesionAngle: 0

# 整列高度の視野の長さと変化角

@alignmentFieldDepth: 100

@alignmentAngle: 0

# 敵を回避する視野の深さと変化角

@antiEnemyFieldDepth: 100

@antiEnemyAngle: 0

# 自分が属する群と敵の群への参照を保持する

constructor: (boidCluster, enemyCluster, field) ->

super(field)

@boidCluster = boidCluster

@enemyCluster = enemyCluster

@nearestCreature = null

# 個体を描画するメソッド

# canvasのコンテキストを引数で受け取る

draw: (ctx) ->

v = @v.abs()

sx = BoidCreature.drawSize * @v.x / v

sy = BoidCreature.drawSize * @v.y / v

p = 0.25

ctx.fillStyle = BoidCreature.color

ctx.beginPath()

ctx.moveTo(@pos.x + (1 - p) * sx, @pos.y + (1 - p) * sy)

ctx.lineTo(@pos.x + (-sx - sy) * p, @pos.y + (sx - sy) * p)

ctx.lineTo(@pos.x + (-sx + sy) * p, @pos.y + (-sx - sy) * p)

ctx.closePath()

ctx.fill()

return

# 個体を動かすメソッド

# 親クラスのメソッドをオーバーライド

# 親クラスClusterのmove()メソッドから呼ばれる

# intervalInSecは秒単位のアニメーション・フレームのインターバル

specificBehavior: (intervalInSec) ->

# 分離行動(separation)

@separation()

# 結合行動(cohesion)

@cohesion()

# 整列行動(alignment)

@alignment()

# 敵回避

@avoidEnemy()

return

# 分離行動(separation)

# 前方視角180度内で一定距離内の視野の中で、最も近い個体を避けるよう方向を変える

# 相手方の速度の向きには関係なく、相手側と反対方向に速度の向きをを少し変更する。

separation: ->

# 回避行動の方向転換計算用cos/sin

cs = Math.cos(BoidCreature.separationAngle)

sn = Math.sin(BoidCreature.separationAngle)

# 自身に最も近いBoidとEnemyの個体

@nearestCreature = null

@nearestEnemy = null

# 自分以外の群のすべての個体についてサーチ

for other in @boidCluster.creatures

if other != this

# その個体が自分の前方にいるなら

if other.isInFrontOf(this)

d = Vector.distance(this.pos, other.pos)

# その個体が視野の中にいるなら

if d <= BoidCreature.separationFieldDepth

# 既に個体がセットされていて、今回の個体の方が近ければ入れ替え

# 最初に認識した個体ならそのままセット

if @nearestCreature?

if d <= Vector.distance(@nearestCreature.pos, this.pos)

@nearestCreature = other

else

@nearestCreature = other

# 近くの個体が視野内に存在するなら回避計算

if @nearestCreature?

# 相手が自分の右にいるなら左へ、自分の左にいるなら右へ向きを変更

if @nearestCreature.isOnTheRightOf(this)

vx = @v.x * cs - @v.y * sn

vy = @v.x * sn + @v.y * cs

else

vx = @v.x * cs + @v.y * sn

vy = -@v.x * sn + @v.y * cs

@v.x = vx

@v.y = vy

# 結合行動(cohesion)

# 前方視角180度以内の全個体の重心に向かって少し方向を変える

cohesion: ->

# 群のうち認識した個体の数とそのグループの重心

n = 0

clusterCenter = null

# 結合行動の方向転換計算用cos/sin

cs = Math.cos(BoidCreature.cohesionAngle)

sn = Math.sin(BoidCreature.cohesionAngle)

# 自分以外の群のすべての個体についてサーチ

for other in @boidCluster.creatures

if other != this

# 相手が自身の前方にいるなら、その位置を考慮

if other.isInFrontOf(this)

n++

if clusterCenter?

clusterCenter.plusEq(other.pos)

else

clusterCenter = new Vector(other.pos.x, other.pos.y)

# 前方の相手が1つでも存在すれば、結合行動をとる

if clusterCenter?

clusterCenter.divEq(n)

# 重心が自分の右にあれば左に、自分の左にあれば右に進路を変更

if clusterCenter.isOnTheRightOf(this)

vx = @v.x * cs + @v.y * sn

vy = -@v.x * sn + @v.y * cs

else

vx = @v.x * cs - @v.y * sn

vy = @v.x * sn + @v.y * cs

@v.x = vx

@v.y = vy

# 整列行動(alignment)

# 分離行動と同じ視野内の個体群の平均速度に合わせるよう少し方向を変える

alignment: ->

vMean = null

n = 0

# 整列行動の方向転換計算用cos/sin

cs = Math.cos(BoidCreature.alignmentAngle)

sn = Math.sin(BoidCreature.alignmentAngle)

# 自分以外の群のすべての個体についてサーチ

for other in @boidCluster.creatures

if other != this

# その個体が自分の前方にいるなら

if other.isInFrontOf(this)

d = Vector.distance(this.pos, other.pos)

# その個体が視野の中にいるなら

if d <= BoidCreature.alignmentFieldDepth

# 既に個体が視野内にあれば平均速度の計算を続行

n++

if vMean?

vMean.plusEq(other.v)

else

vMean = new Vector(0, 0)

# 視野内に個体がいるなら速度変更の計算へ

if vMean?

vMean.divEq(n)

if vMean.isHeadingToRightOf(@v)

vx = @v.x * cs + @v.y * sn

vy = -@v.x * sn + @v.y * cs

else

vx = @v.x * cs - @v.y * sn

vy = @v.x * sn + @v.y * cs

@v.x = vx

@v.y = vy

# Boids3.1で追加

# 敵を回避する行動で、分離行動と同じロジック

avoidEnemy: ->

# 回避行動の方向転換計算用cos/sin

cs = Math.cos(BoidCreature.antiEnemyAngle)

sn = Math.sin(BoidCreature.antiEnemyAngle)

# 自身に最も近いEnemyの個体

@nearestCreature = null

# Enemyのすべての個体についてサーチ

for enemy in @enemyCluster.creatures

# その個体が自分の前方にいるなら

if enemy.isInFrontOf(this)

d = Vector.distance(this.pos, enemy.pos)

# その個体が視野の中にいるなら

if d <= BoidCreature.antiEnemyFieldDepth

# 既に個体がセットされていて、今回の個体の方が近ければ入れ替え

# 最初に認識した個体ならそのままセット

if @nearestEnemy?

if d <= Vector.distance(@nearestEnemy.pos, this.pos)

@nearestEnemy = enemy

else

@nearestEnemy = enemy

# 近くの個体が視野内に存在するなら回避計算

if @nearestEnemy?

# Enemyが自分の右にいるなら左へ、自分の左にいるなら右へ向きを変更

if @nearestEnemy.isOnTheRightOf(this)

vx = @v.x * cs - @v.y * sn

vy = @v.x * sn + @v.y * cs

else

vx = @v.x * cs + @v.y * sn

vy = -@v.x * sn + @v.y * cs

@v.x = vx

@v.y = vy

EnemyCreatureクラス

  # Boids3.1で導入
  # Boidsに対する「敵」を表すクラス
  class EnemyCreature extends Creature
    # private ｓtaticなクラス・プロパティ
    @vMax: 0
    @vMin: 0
    # 描画の基本となるサイズと色
    @drawSize: 8
    @color: "#000000"
    # 視野の長さ(奥行)と変化角
    @separationFieldDepth: 100
    @separationAngle: 0

    # 自分が属する群への参照を保持する
    constructor: (cluster, field) ->
      super(field)
      @enemyCluster = cluster
      @nearestCreature = null

    # 個体を描画するメソッド
    # canvasのコンテキストを引数で受け取る
    draw: (ctx) ->
      v = @v.abs()
      sx = EnemyCreature.drawSize * @v.x / v
      sy = EnemyCreature.drawSize * @v.y / v
      p = 0.25

      ctx.fillStyle = EnemyCreature.color
      ctx.beginPath()
      ctx.moveTo(@pos.x + (1 - p) * sx, @pos.y + (1 - p) * sy)
      ctx.lineTo(@pos.x + (-sx - sy) * p, @pos.y + (sx - sy) * p)
      ctx.lineTo(@pos.x + (-sx + sy) * p, @pos.y + (-sx - sy) * p)
      ctx.closePath()
      ctx.fill()
      return

    # 個体を動かすメソッド
    # 親クラスのメソッドをオーバーライド
    # 群れを表すClusterクラスのmove()メソッドから呼ばれる
    # intervalInSecは秒単位のアニメーション・フレームのインターバル
    specificBehavior: (intervalInSec) ->
      # Enemy同士の分離行動
      @separation()

    # 分離行動(sepration)
    # BoidCreatureと同じ内容
    # EnemyCreatureとの衝突のみ避ける
    separation: ->
      # 回避行動の方向転換計算用cos/sin
      cs = Math.cos(EnemyCreature.separationAngle)
      sn = Math.sin(EnemyCreature.separationAngle)
      # 自身に最も近い個体
      @nearestCreature = null

      # 自分以外の群のすべての個体についてサーチ
      for other in @enemyCluster.creatures
        if other != this
          # その個体が自分の前方にいるなら
          if other.isInFrontOf(this)
            d = Vector.distance(this.pos, other.pos)
            # その個体が視野の中にいるなら
            if d <= EnemyCreature.separationFieldDepth
              # 既に個体がセットされていて、今回の個体の方が近ければ入れ替え
              # 最初に認識した個体ならそのままセット
              if @nearestCreature?
                if d <= Vector.distance(@nearestCreature.pos, this.pos)
                  @nearestCreature = other
              else
                @nearestCreature = other
      # 近くの個体が視野内に存在するなら回避計算
      if @nearestCreature?
        # 相手が自分の右にいるなら左へ、自分の左にいるなら右へ向きを変更
        if @nearestCreature.isOnTheRightOf(this)
          vx = @v.x * cs - @v.y * sn
          vy = @v.x * sn + @v.y * cs
        else
          vx =  @v.x * cs + @v.y * sn
          vy = -@v.x * sn + @v.y * cs
        @v.x = vx
        @v.y = vy

# Boids3.1で導入

# Boidsに対する「敵」を表すクラス

class EnemyCreature extends Creature

# private ｓtaticなクラス・プロパティ

@vMax: 0

@vMin: 0

# 描画の基本となるサイズと色

@drawSize: 8

@color: "#000000"

# 視野の長さ(奥行)と変化角

@separationFieldDepth: 100

@separationAngle: 0

# 自分が属する群への参照を保持する

constructor: (cluster, field) ->

super(field)

@enemyCluster = cluster

@nearestCreature = null

# 個体を描画するメソッド

# canvasのコンテキストを引数で受け取る

draw: (ctx) ->

v = @v.abs()

sx = EnemyCreature.drawSize * @v.x / v

sy = EnemyCreature.drawSize * @v.y / v

p = 0.25

ctx.fillStyle = EnemyCreature.color

ctx.beginPath()

ctx.moveTo(@pos.x + (1 - p) * sx, @pos.y + (1 - p) * sy)

ctx.lineTo(@pos.x + (-sx - sy) * p, @pos.y + (sx - sy) * p)

ctx.lineTo(@pos.x + (-sx + sy) * p, @pos.y + (-sx - sy) * p)

ctx.closePath()

ctx.fill()

return

# 個体を動かすメソッド

# 親クラスのメソッドをオーバーライド

# 群れを表すClusterクラスのmove()メソッドから呼ばれる

# intervalInSecは秒単位のアニメーション・フレームのインターバル

specificBehavior: (intervalInSec) ->

# Enemy同士の分離行動

@separation()

# 分離行動(sepration)

# BoidCreatureと同じ内容

# EnemyCreatureとの衝突のみ避ける

separation: ->

# 回避行動の方向転換計算用cos/sin

cs = Math.cos(EnemyCreature.separationAngle)

sn = Math.sin(EnemyCreature.separationAngle)

# 自身に最も近い個体

@nearestCreature = null

# 自分以外の群のすべての個体についてサーチ

for other in @enemyCluster.creatures

if other != this

# その個体が自分の前方にいるなら

if other.isInFrontOf(this)

d = Vector.distance(this.pos, other.pos)

# その個体が視野の中にいるなら

if d <= EnemyCreature.separationFieldDepth

# 既に個体がセットされていて、今回の個体の方が近ければ入れ替え

# 最初に認識した個体ならそのままセット

if @nearestCreature?

if d <= Vector.distance(@nearestCreature.pos, this.pos)

@nearestCreature = other

else

@nearestCreature = other

# 近くの個体が視野内に存在するなら回避計算

if @nearestCreature?

# 相手が自分の右にいるなら左へ、自分の左にいるなら右へ向きを変更

if @nearestCreature.isOnTheRightOf(this)

vx = @v.x * cs - @v.y * sn

vy = @v.x * sn + @v.y * cs

else

vx = @v.x * cs + @v.y * sn

vy = -@v.x * sn + @v.y * cs

@v.x = vx

@v.y = vy

Clusterクラス

  # BoidsとEnemyの群を管理するクラスで、以下を保持する
  # - 群を構成する複数の個体
  # - 個体を描画するcanvasのcontextオブジェクト
  class Cluster
    # canvasのcontextをプロパティに登録
    constructor: (context) ->
      @context = context
      @creatures = []
      return

    # すべての個体オブジェクトを群から削除する
    clearCreatures: ->
      @creatures = []

    # 引数で与えられた個体を群に加える
    addCreature: (creature) ->
      @creatures.push(creature)
      return

    # 群の全個体を描画する
    # 群の全個体のdraw()メソッドを呼び出している
    # 画面のクリアはより上位の処理で行う
    draw: (context) ->
      for creature in @creatures
        creature.draw(context)
      return

    # 秒単位のインターバル受け取り、すべての個体を移動させる
    move: (intervalInSec) ->
      for creature in @creatures
        creature.move(intervalInSec)
      return

# BoidsとEnemyの群を管理するクラスで、以下を保持する

# - 群を構成する複数の個体

# - 個体を描画するcanvasのcontextオブジェクト

class Cluster

# canvasのcontextをプロパティに登録

constructor: (context) ->

@context = context

@creatures = []

return

# すべての個体オブジェクトを群から削除する

clearCreatures: ->

@creatures = []

# 引数で与えられた個体を群に加える

addCreature: (creature) ->

@creatures.push(creature)

return

# 群の全個体を描画する

# 群の全個体のdraw()メソッドを呼び出している

# 画面のクリアはより上位の処理で行う

draw: (context) ->

for creature in @creatures

creature.draw(context)

return

# 秒単位のインターバル受け取り、すべての個体を移動させる

move: (intervalInSec) ->

for creature in @creatures

creature.move(intervalInSec)

return

Controlerクラス

  # Boidsアプリケーションの動作を統括するクラス
  # 唯一、ブラウザから直接呼び出され、初期値の設定やClusterの操作を担当
  class Controler
    # BoidとEnemyの発生個体数の最小値と最大値
    constructor: (canvas, context) ->
      @canvas = canvas
      @context = context
      # Boidsの活動領域
      @field = new Field(canvas.width, canvas.height)
      # Boidの群とEnemyの群のオブジェクト
      @boidCluster = new Cluster(context)
      @enemyCluster = new Cluster(context)
      # アニメーション用のフラグとtimer
      @isRunning = false
      @timer = undefined
      # 秒単位のアニメーション・フレーム間隔
      @intervalInSec = 1 # animation frame interval in seconds

    # 定数として扱うクラス変数を設定するメソッド群
    # 壁を避けるための認識距離と斥力係数
    setWallDetectionLength: (pix) -> Creature.wallDetectionLength =  pix
    setWallRepulsionParam: (param) -> Creature.wallRepulsionParam = param
    # Boid個体の実体に関するパラメータ
    setBoidVMax: (vMax) -> BoidCreature.vMax = vMax
    setBoidVMin: (vMin) -> BoidCreature.vMin = vMin
    setBoidSize: (size) -> BoidCreature.drawSize = size
    setBoidColor: (color) -> BoidCreature.color = color
    # Boid個体の分離・結合・整列に関するパラメータ
    setBoidSeparationFieldDepth: (length) -> BoidCreature.separationFieldDepth = length
    setBoidSeparationAngle: (angle) -> BoidCreature.separationAngle = angle
    setCohesionAngle: (angle) -> BoidCreature.cohesionAngle = angle
    setAlignmentFieldDepth: (length) -> BoidCreature.alignmentFieldDepth = length
    setAlignmentAngle: (angle) -> BoidCreature.alignmentAngle = angle
    # Boid個体が敵を避ける行動のパラメータ
    setAntiEnemyFieldDepth: (length) -> BoidCreature.antiEnemyFieldDepth = length
    setAntiEnemyAngle: (angle) -> BoidCreature.antiEnemyAngle = angle
    # Enemy個体の実体に関するパラメータ
    setEnemyVMax: (vMax) -> EnemyCreature.vMax = vMax
    setEnemyVMin: (vMin) -> EnemyCreature.vMin = vMin
    setEnemySize: (size) -> EnemyCreature.drawSize = size
    setEnemyColor: (color) -> EnemyCreature.color = color
    # Enemy個体の分離に関するパラメータ
    setEnemySeparationFieldDepth: (length) -> EnemyCreature.separationFieldDepth = length
    setEnemySeparationAngle: (angle) -> EnemyCreature.separationAngle = angle
    # アニメーションフレーム間隔
    setIntervalSec: (@intervalInSec) ->

    # 一つのBoidの個体を発生させるメソッド
    # 位置はFieldに収まるよう、速度はvMax～vMinの範囲でランダム
    createBoidCreature: ->
      cr = new BoidCreature(@boidCluster, @enemyCluster, @field)
      x = Math.floor(Math.random() * @field.xMax)
      y = Math.floor(Math.random() * @field.yMax)
      v = Math.random() * (BoidCreature.vMax - BoidCreature.vMin) + BoidCreature.vMin
      ang = Math.random() * Math.PI * 2
      cr.setPosition(x, y)
      cr.setVelocity(v * Math.cos(ang), v * Math.sin(ang))
      return cr

    # Boids3.1で追加
    # 一つの敵の個体を発生させるメソッド
    # 位置はFieldに収まるよう、速度はvMax～vMinの範囲でランダム
    createEnemyCreature: ->
      cr = new EnemyCreature(@enemyCluster, @field)
      x = Math.floor(Math.random() * @field.xMax)
      y = Math.floor(Math.random() * @field.yMax)
      v = Math.random() * (EnemyCreature.vMax - EnemyCreature.vMin) + EnemyCreature.vMin
      ang = Math.random() * Math.PI * 2
      cr.setPosition(x, y)
      cr.setVelocity(v * Math.cos(ang), v * Math.sin(ang))
      return cr

    # Boids3.1で変更
    # 引数で指定された数のBoidとEnemyの個体を発生させ、Clusterオブジェクトに登録する
    generate: (boidPopulation, enemyPopulation) ->
      @enemyCluster.clearCreatures()
      if enemyPopulation > 0
        for i in [1..enemyPopulation]
          cr = @createEnemyCreature()
          @enemyCluster.addCreature(cr)

      @boidCluster.clearCreatures()
      for i in [1..boidPopulation]
        cr = @createBoidCreature()
        @boidCluster.addCreature(cr)
      # 個体発生後に画面をクリアして描画
      @context.fillStyle = "#000080"
      @context.fillRect(0, 0, @canvas.width, @canvas.height)
      @boidCluster.draw(@context)
      @enemyCluster.draw(@context)

    # Boids3.1でEnemyCreatureにも対応
    # アニメーションの開始／停止の切り替え
    startAndStop: () ->
      if @isRunning
        clearInterval(@timer)
        @isRunning = false
      else
        @timer = setInterval =>
          # 移動・再描画前に画面をクリア
          @context.fillStyle = "#000080"
          @context.fillRect(0, 0, @canvas.width, @canvas.height)
          @boidCluster.move(@intervalInSec)
          @boidCluster.draw(@context)
          @enemyCluster.move(@intervalInSec)
          @enemyCluster.draw(@context)
          return
        , @intervalInSec * 1000
        @isRunning = true
      return

100

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110

# Boidsアプリケーションの動作を統括するクラス

# 唯一、ブラウザから直接呼び出され、初期値の設定やClusterの操作を担当

class Controler

# BoidとEnemyの発生個体数の最小値と最大値

constructor: (canvas, context) ->

@canvas = canvas

@context = context

# Boidsの活動領域

@field = new Field(canvas.width, canvas.height)

# Boidの群とEnemyの群のオブジェクト

@boidCluster = new Cluster(context)

@enemyCluster = new Cluster(context)

# アニメーション用のフラグとtimer

@isRunning = false

@timer = undefined

# 秒単位のアニメーション・フレーム間隔

@intervalInSec = 1 # animation frame interval in seconds

# 定数として扱うクラス変数を設定するメソッド群

# 壁を避けるための認識距離と斥力係数

setWallDetectionLength: (pix) -> Creature.wallDetectionLength = pix

setWallRepulsionParam: (param) -> Creature.wallRepulsionParam = param

# Boid個体の実体に関するパラメータ

setBoidVMax: (vMax) -> BoidCreature.vMax = vMax

setBoidVMin: (vMin) -> BoidCreature.vMin = vMin

setBoidSize: (size) -> BoidCreature.drawSize = size

setBoidColor: (color) -> BoidCreature.color = color

# Boid個体の分離・結合・整列に関するパラメータ

setBoidSeparationFieldDepth: (length) -> BoidCreature.separationFieldDepth = length

setBoidSeparationAngle: (angle) -> BoidCreature.separationAngle = angle

setCohesionAngle: (angle) -> BoidCreature.cohesionAngle = angle

setAlignmentFieldDepth: (length) -> BoidCreature.alignmentFieldDepth = length

setAlignmentAngle: (angle) -> BoidCreature.alignmentAngle = angle

# Boid個体が敵を避ける行動のパラメータ

setAntiEnemyFieldDepth: (length) -> BoidCreature.antiEnemyFieldDepth = length

setAntiEnemyAngle: (angle) -> BoidCreature.antiEnemyAngle = angle

# Enemy個体の実体に関するパラメータ

setEnemyVMax: (vMax) -> EnemyCreature.vMax = vMax

setEnemyVMin: (vMin) -> EnemyCreature.vMin = vMin

setEnemySize: (size) -> EnemyCreature.drawSize = size

setEnemyColor: (color) -> EnemyCreature.color = color

# Enemy個体の分離に関するパラメータ

setEnemySeparationFieldDepth: (length) -> EnemyCreature.separationFieldDepth = length

setEnemySeparationAngle: (angle) -> EnemyCreature.separationAngle = angle

# アニメーションフレーム間隔

setIntervalSec: (@intervalInSec) ->

# 一つのBoidの個体を発生させるメソッド

# 位置はFieldに収まるよう、速度はvMax～vMinの範囲でランダム

createBoidCreature: ->

cr = new BoidCreature(@boidCluster, @enemyCluster, @field)

x = Math.floor(Math.random() * @field.xMax)

y = Math.floor(Math.random() * @field.yMax)

v = Math.random() * (BoidCreature.vMax - BoidCreature.vMin) + BoidCreature.vMin

ang = Math.random() * Math.PI * 2

cr.setPosition(x, y)

cr.setVelocity(v * Math.cos(ang), v * Math.sin(ang))

return cr

# Boids3.1で追加

# 一つの敵の個体を発生させるメソッド

# 位置はFieldに収まるよう、速度はvMax～vMinの範囲でランダム

createEnemyCreature: ->

cr = new EnemyCreature(@enemyCluster, @field)

x = Math.floor(Math.random() * @field.xMax)

y = Math.floor(Math.random() * @field.yMax)

v = Math.random() * (EnemyCreature.vMax - EnemyCreature.vMin) + EnemyCreature.vMin

ang = Math.random() * Math.PI * 2

cr.setPosition(x, y)

cr.setVelocity(v * Math.cos(ang), v * Math.sin(ang))

return cr

# Boids3.1で変更

# 引数で指定された数のBoidとEnemyの個体を発生させ、Clusterオブジェクトに登録する

generate: (boidPopulation, enemyPopulation) ->

@enemyCluster.clearCreatures()

if enemyPopulation > 0

for i in [1..enemyPopulation]

cr = @createEnemyCreature()

@enemyCluster.addCreature(cr)

@boidCluster.clearCreatures()

for i in [1..boidPopulation]

cr = @createBoidCreature()

@boidCluster.addCreature(cr)

# 個体発生後に画面をクリアして描画

@context.fillStyle = "#000080"

@context.fillRect(0, 0, @canvas.width, @canvas.height)

@boidCluster.draw(@context)

@enemyCluster.draw(@context)

# Boids3.1でEnemyCreatureにも対応

# アニメーションの開始／停止の切り替え

startAndStop: () ->

if @isRunning

clearInterval(@timer)

@isRunning = false

else

@timer = setInterval =>

# 移動・再描画前に画面をクリア

@context.fillStyle = "#000080"

@context.fillRect(0, 0, @canvas.width, @canvas.height)

@boidCluster.move(@intervalInSec)

@boidCluster.draw(@context)

@enemyCluster.move(@intervalInSec)

@enemyCluster.draw(@context)

return

, @intervalInSec * 1000

@isRunning = true

return

↑　Boids 3.0のコード説明へ

Boids 3.0 – コード説明

2016-08-18 / tau / コメントする

概要

Boids 3.xシリーズで敵(Enemy)を導入する準備として、クラス構成の改良などを行った。

Boids 2.xまではBoidだけだった生物の種類に、新たにEnemyという別の種類が加わるが、どちらについても以下の特徴は共通している。

複数個体をClusterオブジェクトにまとめて扱われる
Field内を移動する
壁との衝突を避ける

そこで、これらの特徴に関する部分をCreatureクラスから抜き出したものを新たにCreatureとしてテンプレート化し、Boid特有の動作についてはCreatureクラスを継承したBoidCreatureで実装した。

このほか、BoidとEnemy2つの群を扱うことから、Clusterで処理していた画面の消去処理を外に出すなどの変更を行っている。

Creatureクラスのテンプレート化

Boids 2.3

まず、元となったBoids 2.3のコードの構成を確認する。壁の回避、分離、結合、整列に関するメソッドを定義し、これらをmove()メソッドで呼び出している。

  class Creature extends MovingAgent

    constructor: (cluster, field) ->

    draw: (ctx) ->

    move: (interval_sec) ->
      @wallAvoidance()
      @separation()
      @cohesion()
      @alignment()
      ....

    wallAvoidance: ->

    separation: ->

    cohesion: ->

    alignment: ->

class Creature extends MovingAgent

constructor: (cluster, field) ->

draw: (ctx) ->

move: (interval_sec) ->

@wallAvoidance()

@separation()

@cohesion()

@alignment()

....

wallAvoidance: ->

separation: ->

cohesion: ->

alignment: ->

Boids 3.0

Boids 3.0では2.3のCreatureクラスをCreatureとBoidCreatureに分け、CreatureクラスにはBoidとEnemyに共通する動作を書き、Boidに特有の動作についてはBoidCreatureのメソッドで実装した。

Creatureクラス

Creatureクラスは以下のメソッドを持っている。

wallAvoidance(): 壁との衝突を回避するメソッド。
specificBehavior(): このクラスを継承するクラスごとに特有の動作を記述するためのメソッド。抽象クラスのabstractメソッドに相当し、継承したクラスにおいてその内容が実装される。
determinePosition(): 上記2つのメソッドで計算された位置と速度から、次の時間ステップにおける位置を決定するメソッド。

  class Creature extends MovingAgent
    constructor: (field) ->

    move: (intervalInSec) ->
      @wallAvoidance(intervalInSec)
      @specificBehavior(intervalInSec)
      @determinePosition(intervalInSec)

    wallAvoidance: (intervalInSec) ->

    specificBehavior: (intervalInSec) ->

    determinePosition: (intervalInSec) ->

class Creature extends MovingAgent

constructor: (field) ->

move: (intervalInSec) ->

@wallAvoidance(intervalInSec)

@specificBehavior(intervalInSec)

@determinePosition(intervalInSec)

wallAvoidance: (intervalInSec) ->

specificBehavior: (intervalInSec) ->

determinePosition: (intervalInSec) ->

BoidCreatureクラス

BoidCreatureクラスはCreatureクラスを継承し、specificBehavior()メソッドを実装する。

BoidCreatureクラスで分離、結合、整列に関するメソッドを定義し、specificBehavior()メソッドでそれらを呼び出している。

  class BoidCreature extends Creature

    constructor: (boidCluster, enemyCluster, field) ->

    draw: (ctx) ->

    specificBehavior: (intervalInSec) ->
      @separation()
      @cohesion()
      @alignment()

    separation: ->

    cohesion: ->

    alignment: ->

class BoidCreature extends Creature

constructor: (boidCluster, enemyCluster, field) ->

draw: (ctx) ->

specificBehavior: (intervalInSec) ->

@separation()

@cohesion()

@alignment()

separation: ->

cohesion: ->

alignment: ->

描画処理の変更

Boid 3.xでは、BoidとEnemyという2つの生物をそれぞれ別のClusterオブジェクトに登録して扱う。Boids 2.3までは、アニメーションフレーム再描画のための画面消去処理をClusterクラスのdraw()メソッドで行っていたが、このままだとBoid、Enemyそれぞれの描画の際に画像が消去されて、どちらか一方が画面に表示されなくなる。

  class Cluster
  ....

      draw: ->
      @context.fillStyle = "#e0e0e0"
      @context.fillRect(0, 0, @canvas.width, @canvas.height)
      for creature in @creatures
        creature.draw(@context)
      return

class Cluster

....

draw: ->

@context.fillStyle = "#e0e0e0"

@context.fillRect(0, 0, @canvas.width, @canvas.height)

for creature in @creatures

creature.draw(@context)

return

そこで、画面消去処理をClusterではなくControlerのgenerate()メソッドとstartAndStop()メソッドに置いた。

  class Controler
    ....

    generate: (boidPopulation) ->
      @boidCluster.clearCreatures()
      for i in [1..boidPopulation]
        cr = @createBoidCreature()
        @boidCluster.addCreature(cr)
      # 個体発生後に画面をクリアして描画
      @context.fillStyle = "#000080"
      @context.fillRect(0, 0, @canvas.width, @canvas.height)
      @boidCluster.draw(@context)

    # アニメーションの開始／停止の切り替え
    startAndStop: () ->
      if @isRunning
        clearInterval(@timer)
        @isRunning = false
      else
        @timer = setInterval =>
          # 移動・再描画前に画面をクリア
          @context.fillStyle = "#000080"
          @context.fillRect(0, 0, @canvas.width, @canvas.height)
          @boidCluster.move(@intervalInSec)
          @boidCluster.draw(@context)
          return
        , @intervalInSec * 1000
        @isRunning = true
      return

class Controler

....

generate: (boidPopulation) ->

@boidCluster.clearCreatures()

for i in [1..boidPopulation]

cr = @createBoidCreature()

@boidCluster.addCreature(cr)

# 個体発生後に画面をクリアして描画

@context.fillStyle = "#000080"

@context.fillRect(0, 0, @canvas.width, @canvas.height)

@boidCluster.draw(@context)

# アニメーションの開始／停止の切り替え

startAndStop: () ->

if @isRunning

clearInterval(@timer)

@isRunning = false

else

@timer = setInterval =>

# 移動・再描画前に画面をクリア

@context.fillStyle = "#000080"

@context.fillRect(0, 0, @canvas.width, @canvas.height)

@boidCluster.move(@intervalInSec)

@boidCluster.draw(@context)

return

, @intervalInSec * 1000

@isRunning = true

return

↑　Boids 2.3のコード説明へ

↓　Boids 3.1のコード説明へ

CoffeeScript – Boids 3.x – 天敵

2016-08-18 / tau / コメントする

Boids 3.xの概要

Boids 3.xでは、群として行動している集団に「敵（Enemy)」を投入する。BoidがEnemyを避けるように行動ルールを加え、群としてどのような行動パターンとなるかを確認する。

Boids 3.0 – 基本コード

敵を導入する準備として、Creatureクラスの抽象化・テンプレート化などの大幅な改定を行った。挙動はBoids 2.3と変わらない。

Boids 3.0のコード説明

個体数：
速　さ：

Boids 3.1 – 敵の導入

このバージョンで「敵(Enemy)」を導入する。

Boidの群の個体数に比べて、Enemyの個体数は高々数個程度
Enemyは互いの衝突を分離行動によって避けるが、Boidに対しては意識しない
BoidはEnemyが視野に入ると回避行動をとる
- 回避行動は分離行動より大きい角度で方向を転換させるのみ

デモンストレーションのBoidsの様子は、あたかも小魚が天敵の魚を避けるような行動パターンをとっている。BoidがEnemyを回避するのはEnemyが前方にいるときだけだが、群としての回避パターンはよく再現できている。

Boids 3.1のコード説明

個体数　　：
個体の速さ：
敵の数　　：
敵の速さ　：

準備

因子型への変換

因子を指定した要素の抽出

因子の順序の指定

因子の大小関係の指定

Factorベクトルの新規生成

一つ目の要素を定義する場合

要素数ゼロから定義する場合

データフレーム生成の場合の因子化について

オブジェクトの直接表示

print()～一般的な表示

page()～別ウィンドウでの表示

cat()～文字列の表示

str()～オブジェクト情報付き表示

summary()～データの要約を表示する。

データフレーム全体の参照

データフレームの行数・列数の参照

データフレームの内容の参照・変更

列名・項目名の参照・変更

データフレームの要素の参照・変更

行・列の追加と削除

行・列の追加

行・列の削除

データの抽出

ベクトルから生成する場合

as.charactor()関数

levels()関数

transform()関数

ファイルから読み込む場合

ベクトル列から生成する方法

ファイルからの読み込み

read.tableによる方法

TAB区切り／ヘッダなし

CSV／ヘッダなし

TAB区切り／ヘッダあり

CSV／ヘッダあり

注意点：Factor型への自動変換

概要

EnemyCreatureクラスの追加

Controlerクラスの変更

パラメータ関係

Enemy発生用メソッドの追加

generate()メソッドを変更

BoidがEnemyから逃げる動作

実行部分

コード全体

HTML

CoffeeScript

クラス構成

Fieldクラス

Creatureクラス

BoidCreatureクラス

EnemyCreatureクラス

Clusterクラス

Controlerクラス

概要

Creatureクラスのテンプレート化

Boids 2.3

Boids 3.0

Creatureクラス

BoidCreatureクラス

描画処理の変更

Boids 3.xの概要

Boids 3.0 – 基本コード

Boids 3.1 – 敵の導入

`generate()`メソッドを変更