Ubuntu, Fedora での Octave のインストールとテスト実行

【概要】

Octave（オクターブ、MATLAB 互換の数値解析ソフトウェア）を Ubuntu と Fedora にインストールし、動作を確認する手順を説明する。

現在の Octave は、各 Linux ディストリビューションのパッケージ管理システム（Ubuntu は apt、Fedora は dnf）で導入するのが標準的で、最も簡単で確実である。以前はソースコードからのビルドが必要だった高速な行列演算ライブラリ（BLAS）も、いまはパッケージの OpenBLAS を入れるだけで利用できる。このページでは、パッケージによる標準の導入手順を中心に説明し、あわせて演算ライブラリを切り替えたときの性能比較の例を示す。

◆ BLAS とは？

BLAS（Basic Linear Algebra Subprograms）とは、行列演算・ベクトル演算の基本機能をまとめたプログラム群である。無料で使える最適化実装としては OpenBLAS が広く使われている。OpenBLAS は GotoBLAS2 を基に開発が続けられている後継で、BSD ライセンスで配布されている。かつて使われた GotoBLAS は 2008 年頃に開発が終了しており、ATLAS も現在はあまり使われない。商用の高性能実装として Intel oneMKL（旧称 Intel Math Kernel Library）もある。

◆ LAPACK とは？

LAPACK とは、連立１次方程式や固有値問題など、行列に関する種々の計算を行うソフトウェアである。Octave の動作に必要で、パッケージでまとめて導入される。

* このページでは Linux（Ubuntu と Fedora）を対象とする。Windows での Octave の導入は、Octave 公式のダウンロードページにインストーラーが用意されている。

* 関連 Web ページ: Octave の活用

【目次】

Ubuntu での Octave のインストール（パッケージを使用）
Fedora での Octave のインストール（パッケージを使用）
高速な BLAS（OpenBLAS）を使う
Octave パッケージ（Octave Forge）のインストール
性能測定の例

【関連する外部ページ】

Octave 本家サイト・オンラインマニュアル: https://octave.org/
Octave のダウンロード: https://octave.org/download
Octave パッケージ一覧: https://gnu-octave.github.io/packages/
OpenBLAS: http://www.openmathlib.org/OpenBLAS/

【サイト内の関連情報】

liboctave の使い方については、別のページで説明している。liboctave を使うと、Octave の行列関係の機能を呼び出す C++ のプログラムを作ることができる。

第１章　Ubuntu での Octave のインストール（パッケージを使用）

Ubuntu では、apt（パッケージ管理システム）を使って Octave をインストールする。標準リポジトリにも Octave は含まれるが、より新しいバージョンを使いたい場合は Octave 公式の PPA（個人用パッケージアーカイブ）を追加する。

パッケージ情報の更新
```
sudo apt -y update
sudo apt -y upgrade
```
Octave のインストール
標準リポジトリからインストールする場合は、次を実行する。
```
sudo apt -y install octave
```
より新しいバージョンを使いたい場合は、Octave 公式の PPA を追加してからインストールする。
```
sudo apt-add-repository -y ppa:octave/stable
sudo apt -y update
sudo apt -y install octave
```
（オプション）高速な行列演算ライブラリ（OpenBLAS）のインストール
行列演算を速くしたい場合は、OpenBLAS を入れておく。インストールすると、Octave はこれを自動的に利用する。
```
sudo apt -y install libopenblas-dev
```
バージョンの確認
```
octave --version
```

第２章　Fedora での Octave のインストール（パッケージを使用）

Fedora では、dnf（パッケージ管理システム）を使って Octave をインストールする。

パッケージの更新
インストール前に全パッケージを更新しておくと、トラブルが減る。
```
sudo dnf -y upgrade
```
Octave のインストール
```
sudo dnf -y install octave
```
Octave を使う C++ プログラムのビルドなど、開発用のヘッダファイルも必要な場合は、次も入れる。
```
sudo dnf -y install octave-devel
```
（オプション）高速な行列演算ライブラリ（OpenBLAS）のインストール
```
sudo dnf -y install openblas
```
バージョンの確認
```
octave --version
```

第３章　高速な BLAS（OpenBLAS）を使う

Octave の行列演算の速さは、リンクされている BLAS 実装で決まる。標準の参照実装（reference BLAS）は動作するが速くない。OpenBLAS をインストールしておくと、大きな行列の計算が速くなる。

Ubuntu の場合
```
sudo apt -y install libopenblas-dev
```
Fedora の場合
```
sudo dnf -y install openblas
```

インストール後、Octave がどの BLAS を使っているかは、Octave のプロンプトで次を実行して確認できる（version -blas_version は、リンクされている BLAS ライブラリの情報を表示する関数である）。

version -blas_version

第４章　Octave パッケージ（Octave Forge）のインストール

Octave の追加機能はパッケージとして提供される（かつて Octave Forge と呼ばれた仕組みで、現在は gnu-octave.github.io/packages に一覧がある）。パッケージは、Octave の pkg コマンドでインストールする。

パッケージのインストール
Octave を起動し、プロンプトで pkg install を実行する。例えば画像処理の image パッケージと信号処理の signal パッケージを入れるには、次のようにする（-forge は公式パッケージ配布元から取得する指定である）。
```
pkg install -forge image
pkg install -forge signal
```
インストール済みパッケージの確認
```
pkg list
```
パッケージの読み込み
インストールしたパッケージは、使う前に pkg load で読み込む。
```
pkg load image
```
テスト実行
ためしに、行列を作って表示してみる。
```
X = rand(3, 3)
Y = X * X'
```

Ubuntu, Fedora での Octave のインストールとテスト実行

第１章 Ubuntu での Octave のインストール（パッケージを使用）

第２章 Fedora での Octave のインストール（パッケージを使用）

第３章 高速な BLAS（OpenBLAS）を使う

第４章 Octave パッケージ（Octave Forge）のインストール

第１章　Ubuntu での Octave のインストール（パッケージを使用）

第２章　Fedora での Octave のインストール（パッケージを使用）

第３章　高速な BLAS（OpenBLAS）を使う

第４章　Octave パッケージ（Octave Forge）のインストール