Wolfram EngineをVisualBasicで使う（８：化学構造式の描画）

Wolfram EngineをVisualBasicで使う（８：化学構造式の描画）

今回は化学構造式を描画してみようと思います。

これはグラフの表示と同じでとっても簡単。

1. これまで何度も使ってきたフォームで。TexBox1、Button1、PictureBox1です。

   

   GUIのレイアウト

2. コードはグラフを書いた時と全く同じ。

   Public Class Form1     Private Sub Button1_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button1.Click         Dim ml As IKernelLink = MathLinkFactory.CreateKernelLink("-linkmode launch -linkname 'C:\Program Files\Wolfram Research\Wolfram Engine\13.3\WolframKernel.exe'")         ml.WaitAndDiscardAnswer()        Dim result As Image = ml.EvaluateToImage(TextBox1.Text, 200, 200)         PictureBox1.Image = result     End Sub End Class

3. まずは、化学の分野でよくつかわれるSMILES（スマイルス）形式で書かれた分子を書いてみます。

   MoleculePlot[Molecule["CN1C=NC2=C1C(=O)N(C(=O)N2C)C"]]

   

   SMILESをWolfram Languageの関数に渡す

4. 実行すると。正しくカフェインが描画されました！

   

   分子構造が表示された

5. Wolfram Languageのドキュメントでは「Molecule」では、「体系的な化学名」も使えると書かれています。これは「IUPAK命名法」も受け付けるということです。なので、今度はカフェインのIUPAK名を入れてみます。

   MoleculePlot[Molecule["1,3,7-Trimethylpurine-2,6-dione"]]

   なんとなく向きが違いますが、同じ結果が出ました。

   

   IUPAK名で指定したときの表示

6. 分子を表現する関数にはもうひとつ、「MoleculePlot3D」というのがあります。使い方は全く同じです。

   MoleculePlot3D[Molecule["CN1C=NC2=C1C(=O)N(C(=O)N2C)C"]]

   

   3Dでの分子の表示

7. プロットの描画方法も指定することができます。

   MoleculePlot3D[Molecule["CN1C=NC2=C1C(=O)N(C(=O)N2C)C"], PlotTheme->”SpaceFilling”]

   のようすると、次のように描画できます。

   

   別の表示の形式

短いですが、今日はここまで。

Wolfram EngineをVisualBasicで使う（７：画像ファイルの処理）

Wolfram EngineをVisualBasicで使う（７：画像ファイルの処理）

今回は画像ファイルを処理してみようと思います。

次の２つが思いつきました。

a．VisualBasic側で画像ファイルを読み込んでWolfram Engineに渡す

b．VisualBasic側は画像表示のみとして、Wolfram Language側で画像ファイルを読み込む

KernelLinkのクラスを見ると「evaluate***」関数には文字列を渡すものが多く、画像のバイナリを渡すのは面倒そうなので、まずは、bの方法から試してみることにしました。

1. まずは、GUIを次のようにしました。

   

   GUIデザインを調整

   
   

   それぞれ、TextBox1、Button1、PictureBox1です。

2. 画像の読み込みなどは、Wolfram Language側でするので、コードはいたって簡単。

   画像の読み込みなどは、Wolfram Language側でするので、コードはいたって簡単。

   Public Class Form1     Private Sub Button1_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button1.Click         Dim ml As IKernelLink = MathLinkFactory.CreateKernelLink("-linkmode launch -linkname 'C:\Program Files\Wolfram Research\Wolfram Engine\13.3\WolframKernel.exe'")         ml.WaitAndDiscardAnswer()         Dim result As Image = ml.EvaluateToImage(TextBox1.Text, 200, 200)         PictureBox1.Image = result     End Sub End Class

3. 起動します。画像は「C:\data\rose.png」にあるとして、テキストボックスに次のように入力します。Wolfram Languageでは、パスには「/」を使うことに注意。「\」ではエラーになります。

   Import[“C:/data/rose.png”]

   

   Wolfram Language の入力

   
   

4. 「Evaluate」をクリックすると、次のようになります。ただしく、読み込まれています。

   

   正しく画像が読み込まれた

5. Wolfram Languageがそのまま処理されるので、画像処理も行えます。テキストボックスに次のように入力してみます。

   img = Import["C:/data/rose.png"] EdgeDetect[img]

   

   輪郭抽出の関数を適用した結果

おお、簡単。VisualBasicで輪郭抽出をしようとするとかなり面倒ですが、Wolfram Engineはこういうときには便利かも。

出力が画像の時は、関数を入れ替えていけばそれなりに範囲が広がります。

次にWolfram Languageの画像処理関数で、画像の認識をやってみようと思います。これは、Wolfram Researchに接続してデータをやり取りするので、ネットワーク環境が必要です。

1. 認識した後は、単語が出力されるのでGUIを次のようにしてみました。今回はPictureBoxは使いません。

   

   GUIデザインを変更

2. 出力は文字列になるので、コードを次のように変更します。

   Public Class Form1     Private Sub Button1_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button1.Click         Dim ml As IKernelLink = MathLinkFactory.CreateKernelLink("-linkmode launch -linkname 'C:\Program Files\Wolfram Research\Wolfram Engine\13.3\WolframKernel.exe'")         ml.WaitAndDiscardAnswer()         Dim result As String = ml.EvaluateToOutputForm(TextBox1.Text, 0)         TextBox2.Text = result     End Sub End Class

3. さてやってみます。画像を認識するWolfram Languageの関数は「ImageIdentity」です。

   

   ImageIdentifyを記述

4. そうか。ドキュメントセンターにおもいきり、「デフォルトで，ImageIdentifyはEntity["Concept",…]の形式のオブジェクトを返す．」と書いてありました。

   

   ImageIdentifyの結果１

5. ということで、Entityから文字を取り出す行を追加しました。

   img = Import["C:/data/rose.png"] entity = ImageIdentify[img] entity["Name"]

   

   ImageIdentifyの結果２

   
   

   うまく返ってきました。

6. 別の画像でも試してみます。次の画像ファイルを認識させてみます（画像は何年か前のドイツでの私の夕食）。

   

   その他の画像を認識させてみる

   
   
   
7. その結果は。「fish and chips」。実際には、チキンなのと、チップスもないですが。このあたりは辞書の関係ですね。結果としては、まあいいですね。

   

   認識の結果（料理は難しいか。。。）

   
   
   

ということで、ここまで。

Wolfram EngineをVisualBasicで使う（６：オンラインリソースって使えるの？）

Wolfram EngineをVisualBasicで使う（６：オンラインリソースって使えるの？）

これまでは、普通の数式処理システム的な動きを確認しました。

しかし、こういうレベルは最近はPythonでもGUI付きでできるし、あえてWolfram Engineでやるのは、「好きでないと」という風になってしまいます。

Wolframのエンジンの特徴を生かすには、Wolfram Researchがこの何年か推してきたものを使ってみないと、ということで、今回はWolframのオンラインリソースのような情報が得られるのか検証します。

MathematicaでWolfram のオンラインリソースを使うには、データのダウンロードのためにインターネット接続が必要なので、今回も繋げた状態で始めます。

Wolfram言語ではエンティティ（実体）、「物理的に存在するもの」って感じ？、という呼び方をします。

1. 今まで作成したプログラムを実行して、

   CountryData[“Japan”, “Population”]

   と入れてみました。
   後ろで、なんかディスクがごそごそやって、その結果は、、、

   

   Wolfram言語の入力

   
   
   きっちり動く。
2. 単なる文字列っぽいものだといけそうなので、ドキュメントセンターの次の例を入力してみました。（"Gettysburg Address"とは、アメリカの南北戦争の時に当時の大統領、リンカーンがペンシルバニア州ゲティスバーグで行った演説）

   ResourceData["Gettysburg Address"] // Snippet

   

   オンラインリソースの取得結果

出力部分が小さいので、わかりにくいですが、

Four score and seven years ago, our fathers brought forth upon this continent a

と返ってきてました。

GUIをもっと整えれば、それなりかな。

Wolfram EngineをVisualBasicで使う（５：グラフィックスの対応範囲を広げる）

Wolfram EngineをVisualBasicで使う（５：グラフィックスの対応範囲を広げる）

前回のGraphics3D関数に対応せるとと同時に、他のグラフ系の関数の対応を増やすことにしました。

関数名に共通した文字列を判断するようにIf文を拡張します。

Wlfram Researchのドキュメントセンターからめぼしい関数名をピックアップすると…

「データの可視化」セクション

ListPlot	ListLinePlot	ListStepPlot	StackedListPlot
ListPlot3D	ListPointPlot3D	ListDensityPlot	ListLogLinerPlot
ListLogLogPlot	ListPolarPlt	MatrixPlot	ParallelAxisPlot

などなど。共通部分は「Plot」なので、”*Plot*”とすれば、「Histgram」以外はほぼ拾えそう。

もちろん、今回は関数のプロットを想定しているので、棒グラフ「BarChart」や円グラフ「PieChart」などは含まれない。

「関数の可視化」セクション

Plot	LogPlot	Plot3D	ContourPlot
ContourPlot3D	DensityPlot	DensityPlot3D	ParametricPlot
PolarPlot	RegionPlot	ComplexPlot	DiscretePlot

などなど。これらも”*Plot*”で吸収できる。

前回のような”Sphere”のようなものは少し特殊なケースだが、”*2D*”と”*3D*”も判断すればかなり範囲が広がりそう。

ということで、

1. If文に条件を追加します。

   Private Sub Button1_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button1.Click     Dim ml As IKernelLink = MathLinkFactory.CreateKernelLink("-linkmode launch -linkname 'C:\Program Files\Wolfram Research\Wolfram Engine\13.3\WolframKernel.exe'")     ml.WaitAndDiscardAnswer()     Dim strarg As String = TextBox2.Text     If strarg Like "*Plot*" Or strarg Like "*2D*" Or strarg Like "*3D*" Then         Dim result As Image = ml.EvaluateToImage(strarg, 200, 200)         PictureBox1.Image = result     Else         Dim result As String = ml.EvaluateToOutputForm(strarg, 0)         TextBox1.Text = result     End If End Sub

   のようにします。

2. 実行して、

   Graphics3D[Sphere[{0, 0, 0}]]

   を入力すると、「Graphics3D」の「3D」の部分が拾われて、次のような結果となりました。OK！

   

   Sphereが表示された

   Mathematicaでは、１つの関数の記述でグラフを横に並べて表示したりできるので、今回のプログラムでも実行できるか試してみました。

3. ドキュメントセンターの「VectorPlot」のページの

   VectorPlot[{{x + y, y - x}, {y, x + y}}, {x, -3, 3}, {y, -3, 3}, PlotLayout -> "Row"]

   を入力してみます。

   

   ベクタープロットの表示（一部）

   
   画像領域に収まらなかった。

4. GUIのデザインでPictureBoxを横に広げて、

   Dim result As Image = ml.EvaluateToImage(strarg, 400, 200)

   のように横長にして、再実行。

   

   ベクタープロットを横に並べて表示

まだまだ見栄えの調整の余地はありますが、Wolfram言語内で複数並べて実行できることは確認できました。

今回はページ稼ぎでスミマセン。。。

Wolfram EngineをVisualBasicで使う（４：入力により結果を数字とグラフで切り替える）

Wolfram EngineをVisualBasicで使う（４：入力により結果を数字とグラフで切り替える）

前回までは、数式の場合は数式だけ、グラフの場合はグラフだけ、だったので、今日は自動で切り替えられるようにしました。

あと、何回も実行すると前のものが残るので、クリアボタンを付けました。

1. デザインエディターでラベルやボックスを下のように調節して、新しいボタン「Clear result」を追加しました。

   

   デザイン変更とボタンの追加

2. まずは、「Evaluate」ボタンの動きを変えます。If文でテキストボックスの文字列が「Plot」が含まれるかどうかで、数式（文字）として出力するか、グラフ（画像）として出力するかを分岐します。文字だった場合は、文字列としてテキストボックスに出力し、グラフだった場合には画像ボックスにグラフを出力します。

   Private Sub Button1_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button1.Click     Dim ml As IKernelLink = MathLinkFactory.CreateKernelLink("-linkmode launch -linkname 'C:\Program Files\Wolfram Research\Wolfram Engine\13.3\WolframKernel.exe'")     ml.WaitAndDiscardAnswer()     Dim strarg As String = TextBox2.Text     If strarg Like "＊Plot*" Then         Dim result As Image = ml.EvaluateToImage(strarg, 200, 200)         PictureBox1.Image = result     Else         Dim result As String = ml.EvaluateToOutputForm(strarg, 0)         TextBox1.Text = result     End If End Sub

3. 次に「Clear result」ボタンの動きです。テキストボックス２つと画像ボックス１つの内容を消します。

   Private Sub Button2_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button2.Click     TextBox1.Text = Nothing     TextBox2.Text = Nothing     PictureBox1.Image = Nothing End Sub

4. さて実行してみます。

   

5. まずは数式。

   Expand[(x + 3)(x + 2)]

   とすると、結果は次の通り、正解。

   

   数式の処理

6. 「Clear result」をクリックすると、入力と出力がクリアされます。

7. 次はグラフ。Wolframのドキュメントセンターから次をピックアップしました。

   ContourPlot[Cos[x] + Cos[y], {x, 0, 4 Pi}, {y, 0, 4 Pi}]

   その結果は、

   

   グラフの描画

いい感じに動きました。もちろん、これも「Clear result」でクリアできます。

しかしこれには問題が、、、

Graphics3D[Sphere[{0, 0, 0}]]

は、球体のグラフィックスを変えるものです。これには「Plot」という文字がないので、その結果は、

Sphere3Dの場合

この対応は次回。

短いですが、今日はここまで。

Wolfram EngineをVisualBasicで使う（３：グラフを表示してみる）

Wolfram EngineをVisualBasicで使う（３：グラフを表示してみる）

今回は、グラフを表示してみたい。

実際やってみたところ、簡単なものであればそれほど手間はかからないことが分かった。

前回のコードをそのまま流用します。

1. レイアウトに「PictureBox」を追加します。画面の左下のテキストボックス「TextBox1」は今回は使わないので、端によけておきます。

   

   画像のエリアを配置

2. コードを次のように書き換えます。

   Public Class Form1     Private Sub Button1_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button1.Click         Dim ml As IKernelLink = MathLinkFactory.CreateKernelLink("-linkmode launch -linkname 'C:\Program Files\Wolfram Research\Wolfram Engine\13.3\WolframKernel.exe'")         ml.WaitAndDiscardAnswer()         Dim result As Image = ml.EvaluateToImage(TextBox2.Text, 200, 200)         PictureBox1.Image = result     End Sub End Class

   Wolfram Kernelで画像を生成するときには、「EvaluateToImage()」を使います。出力はbyte[]になるので、VisualBasicでは「Image」として定義します。

   この「Image」を「PictureBox」の「Image」に代入すればいいです。

   200px x 200px で画像を出力することにします。

3. 起動して、テキストボックスに

   Plot[Sin[x], {x, 0, 6 Pi}]

   と入力し、「Evaluate」をクリックします。

   画像の時には、表示間で少し時間がかかります。

   

   グラフが表示された

4. グリッド線と凡例を入れてみます。

   まずは凡例を試します。入力フィールドのWolgram言語はこれ。

   Plot[Sin[x], {x, 0, 6 Pi}, PlotLegends->”Expressions”]

   凡例は対応していない模様。

   

   凡例は表示できない？

5. デバッガで見てみると、それぞれの値は次のようになってます。「"Expressions”」のダブルクオートをエスケープすればうまくいくのかな、と思ったりしたのですが、いくつか試してみてもダメでした。。。方法を発見できたらまた書きます。

   

6. ３次元のグラフもかけるのかな、ということで、

   Plot3D[Sin[x + y^2], {x, -3, 3}, {y, -2, 2}]

   を入力してみました。３次元でもいけるんですね。

   

   ３次元の関数プロット

   
   

   上記の関数はWolframのドキュメントセンターのものを使いました。同じページにもっと複雑なものもあるので、ついでに結果を書いておきます。

   Plot3D[{x^2 + y^2, -x^2 - y^2}, {x, -2, 2}, {y, -2, 2}]

   

   Plot3D[Im[ArcSin[(x + I y)^4]], {x, -2, 2}, {y, -2, 2}]

   

ドキュメントセンターの画像とほぼ同じです。

なかなかうまくできてます。

Wolfram EngineをVisualBasicで使う（２：Wolfram言語の入力を受け付ける）

Wolfram EngineをVisualBasicで使う（２：Wolfram言語の入力を受け付ける）

前回は、式をハードコードして固定していましたが、今日は文字列を入力して、応答を表示するようにします。

とりあえず、前回の続きから始めます。

一応、「Release」->「Debug」に戻してから。

1. まず「Run」ボタンのテキストを「Evaluate」に変えました。あと、結果表示の前に「Label」で「Result」を加えました。

   次に、新しいテキストボックスを「Evaluate」ボタンの上に配置しました。この上段のテキストボックスに入力したものを、評価して、結果を下に表示できるようにします。

   

   入力用の新しいテキストボックスを配置

2. 「TextBox2」（上段のテキストボックス）の内容をWolfram Kernelに渡せるようにします。ほんの１か所を変えるだけです。

   Public Class Form1     Private Sub Button1_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button1.Click         Dim ml As IKernelLink = MathLinkFactory.CreateKernelLink("-linkmode launch -linkname 'C:\Program Files\Wolfram Research\Wolfram Engine\13.3\WolframKernel.exe'")         ml.WaitAndDiscardAnswer()         Dim result As String = ml.EvaluateToOutputForm(TextBox2.Text, 0)         TextBox1.Text = result     End Sub End Class

   ハードコードしていた部分を、「TextBox2」のテキスト、つまり入力値に変えただけです。

3. Visual Studioツールバーの「WinFormsApp1」ボタンを押すか、F5キーでデバッグモードで実行します。すると、想定していたダイアログが表示されます。

   

4. 上段のテキストボックスに「3+2」と入力し、「Evaluate」をクリックすると、きちんと計算されて表示されます。

   

   計算結果が表示された

   上段に入力した文字列をそのままWolfram Kernelに渡しているということは、Wolfram言語に基づいて書かれたコード（ただし出力はテキストでないといけない）を入れれば、そのまま動くのではと予想しました。

5. ということで、Wolfram言語の因数分解「Factor」を使ってみます。

   上段のテキストボックスに、

   Factor[1 + 2 x + x^2]

   と入力してみました。

   その結果は、、、

   

   因数分解の結果

   ううむ、うまく表現できないのか。。。

   ただ、計算は正しくやってくれています。

   デバッガで、どのような文字列が「TextBox1.Text」に入ってきているかというと、

   

   「vbCrLf」という改行コードが入ってきていますね。２乗の「2」の前にスペースが入っているということは、２行で表現すればそれなりに見えるかも、と推察できます。

6. ということで、２行が表示できるように「TextBox1」の「プロパティ」で「Multiline」を「True」にし、ボックスを少し大きくします。

   

   

7. で、同じ因数分解をもう一度やってみると、その結果はこれ。

   

   ２行で表示した結果

   うーん、おしい。

   おそらくこれは、フォントの関係で上の空白文字の幅が狭いのでしょう。フォントを等幅系にすれば、きっとうまくいくはず。

8. 「TextBox1」の「プロパティ」の「Font」を「Courier New」にして実行してみると、それなりに見えました。

   

   フォントを変えて表示

   
   

   TeXっぽい表示はできないのかな。Wolfram言語では「TeXForm[]」という関数がありますが、VB側の画面があくまでもStringなので、そのままでは厳しい。

   これは、時間があれば、そのうち考えてみることします。

   もう一つ関数を試してみます。微分。

9. 上段のテキストボックスに、

   D[x^n, x]

   と入力します。「Evaluate」をクリックすると、結果は次のようになります。

   

   これもよさそうですね。１行で表示したり、等幅ではないフォントだと「なんのこっちゃ」となるかもしれません。

今日はここまで。意外と簡単だったかも。