Eigen3ライブラリのインストール（ソースコードを用いたインストール）（Build Tools for Visual Studio を使用）と使用方法（Windows 上）

前準備

Build Tools for Visual Studio 2022 （ビルドツール for Visual Studio 2022）または Visual Studio 2022 のインストール（Windows 上）

【インストールの判断】 Build Tools for Visual Studio は，開発ツールセットである． Visual Studio は統合開発環境であり，いくつかの種類があり，Build Tools for Visual Studioの機能を含むか連携して使用するものである．インストールは以下の基準で判断してください：

• Build Tools for Visual Studio の機能のみが必要な場合

  Build Tools for Visual Studio のインストール を行う．

• Visual Studio の機能が必要である，あるいは，よく分からない場合

  Visual Studio をインストール する．

  Visual Studio 2022 をインストールする際に，「C++ によるデスクトップ開発」を選択することで， Build Tools for Visual Studio 2022 の機能も一緒にインストールされる．

不明な点がある場合は，Visual Studio 全体をインストール を行う方が良い．

Build Tools for Visual Studio 2022 のインストール（Windows 上）

1. Windows で，コマンドプロンプトを管理者権限で起動する（例：Windowsキーを押し，「cmd」と入力し，「管理者として実行」を選択）

   次のコマンドを実行

   次のコマンドは，Build Tools for Visual Studio 2022と VC2015 再配布可能パッケージをインストールするものである．

   winget install --scope machine Microsoft.VisualStudio.2022.BuildTools 
   winget install --scope machine Microsoft.VCRedist.2015+.x64
   

2. Build Tools for Visual Studio 2022 での C++ によるデスクトップ開発，CLI，ATL，MFC のインストール（Windows 上）
   1. Visual Studio Installer の起動

      起動方法: スタートメニューの「Visual Studio Installer」を選ぶ．

   2. Visual Studio Build Tools 2022 で「変更」を選ぶ．
      
   3. 「C++ によるデスクトップ開発」をクリック．そして，画面右側の「インストール」の詳細で「v143 ビルドツール用 C++/CLI サポート（最新）」，「ATL」，「MFC」をチェックする．その後，「変更」をクリック．
      

Visual Studio のインストール（Windows 上）

1. Windows で，コマンドプロンプトを管理者権限で起動する（例：Windowsキーを押し，「cmd」と入力し，「管理者として実行」を選択）

   次のコマンドを実行

   1. コマンドプロンプトを管理者権限で起動する（例：Windowsキーを押し，「cmd」と入力し，「管理者として実行」を選択）
   2. インストールコマンドの実行

      winget install Microsoft.VisualStudio.2022.Community --scope machine --override "--add Microsoft.VisualStudio.Workload.NativeDesktop Microsoft.VisualStudio.ComponentGroup.NativeDesktop.Core Microsoft.VisualStudio.Component.VC.CLI.Support Microsoft.VisualStudio.Component.CoreEditor Microsoft.VisualStudio.Component.NuGet Microsoft.VisualStudio.Component.Roslyn.Compiler Microsoft.VisualStudio.Component.TextTemplating Microsoft.VisualStudio.Component.Windows.SDK.Latest Microsoft.VisualStudio.Component.VC.Tools.x86.x64 Microsoft.VisualStudio.Component.VC.ATL Microsoft.VisualStudio.Component.VC.ATLMFC"
      winget install Microsoft.VisualStudio.2022.Community --scope machine Microsoft.VCRedist.2015+.x64
      

      インストールされるコンポーネントの説明：

      • NativeDesktop：C++によるデスクトップアプリケーション開発のためのワークロード一式
      • NativeDesktop.Core：C++デスクトップ開発に必要な基本コンポーネント群
      • VC.CLI.Support：マネージドコードとネイティブコードの統合開発を可能にするC++/CLIサポート
      • CoreEditor：コード編集，デバッグ，検索などの基本機能を提供するVisual Studioのコアエディタ
      • NuGet：.NETライブラリの依存関係を管理するパッケージ管理システム
      • Windows.SDK.Latest：Windows 向けアプリケーション開発用SDK（Software Development Kit）
      • VC.Tools.x86.x64：32ビット及び64ビット向けC++コンパイラとビルドツール
      • VC.ATL：Windowsコンポーネント開発用のActive Template Library
      • VC.ATLMFC：デスクトップアプリケーション開発用のMicrosoft Foundation Class Library

      システム要件と注意事項：

      • 管理者権限でのインストールが必須
      • 必要ディスク容量：10GB以上
      • 推奨メモリ：8GB以上のRAM
      • インストール過程でシステムの再起動が要求される可能性がある
      • 安定したインターネット接続環境が必要

      追加のコンポーネントが必要な場合は，Visual Studio Installerを使用して個別にインストールすることが可能である．

   3. インストール完了の確認

      winget list Microsoft.VisualStudio.2022.Community
      

      トラブルシューティング：

      インストール失敗時は，以下のログファイルを確認：

      %TEMP%\dd_setup_<timestamp>.log
      %TEMP%\dd_bootstrapper_<timestamp>.log

2. Visual Studio での C++ によるデスクトップ開発，CLI のインストール（Windows 上）
   1. Visual Studio Installer の起動

      起動方法: スタートメニューの「Visual Studio Installer」を選ぶ．

   2. Visual Studio Community 2022 で「変更」を選ぶ．
   3. 「C++ によるデスクトップ開発」をチェック．そして，画面右側の「インストール」の詳細で「v143 ビルドツール用 C++/CLI サポート（最新）」をチェックする．その後，「インストール」をクリック．

Git，CMake のインストール（Windows 上）

Gitは，分散型のバージョン管理システム． CMakeは，クロスプラットフォームのビルドシステム生成ツール．

【手順】

1. Windows で，コマンドプロンプトを管理者権限で起動する（例：Windowsキーを押し，「cmd」と入力し，「管理者として実行」を選択）

   次のコマンドを実行

   次のコマンドは，GitとCMakeをインストールし，Gitにパスを通すものである．

   次のコマンドでインストールされるGitは 「git for Windows」と呼ばれるものであり， Git，MinGW などから構成されている．

   winget install --scope machine Git.Git
   powershell -command "$oldpath = [System.Environment]::GetEnvironmentVariable(\"Path\", \"Machine\"); $oldpath += \";c:\Program Files\Git\cmd\"; [System.Environment]::SetEnvironmentVariable(\"Path\", $oldpath, \"Machine\")"
   winget install --scope machine Kitware.CMake
   powershell -command "$oldpath = [System.Environment]::GetEnvironmentVariable(\"Path\", \"Machine\"); $oldpath += \";c:\Program Files\CMake\bin\"; [System.Environment]::SetEnvironmentVariable(\"Path\", $oldpath, \"Machine\")"
   

【関連する外部ページ】

• Git の公式ページ: https://git-scm.com/
• CMake の公式ダウンロードページ: https://cmake.org/download/

【関連項目】 Git バージョン管理システム, Git の利用, CMake ビルドシステム生成ツール, CMake の使用方法

NVIDIA ドライバのインストール（Windows 上）

1. NVIDIA グラフィックス・ボードの確認

   Windows で，NVIDIA グラフィックス・ボードの種類を調べたいときは， 次のコマンドを実行することにより調べることができる．

   wmic path win32_VideoController get name
   

2. NVIDIA ドライバのダウンロード

   NVIDIA ドライバは，以下の NVIDIA 公式サイトからダウンロードできる．

   https://www.nvidia.co.jp/Download/index.aspx?lang=jp

3. ダウンロードの際には，使用しているグラフィックス・ボードの型番とオペレーティングシステムを選択する．

NVIDIA CUDA ツールキット 11.8 のインストール（Windows 上）

1. Windows では，NVIDIA CUDA ツールキットのインストール中は，なるべく他のウインドウはすべて閉じておくこと．
2. Windows で，コマンドプロンプトを管理者権限で起動する（例：Windowsキーを押し，「cmd」と入力し，「管理者として実行」を選択）
3. 次のコマンドを実行

   次のコマンドは，NVIDIA GeForce Experience，NVIDIA CUDA ツールキット 11.8 をインストールするものである．

   wmic path win32_VideoController get name
   
   winget install --scope machine Nvidia.CUDA --version 11.8
   powershell -command "[System.Environment]::SetEnvironmentVariable(\"CUDA_HOME\", \"C:\Program Files\NVIDIA GPU Computing Toolkit\CUDA\v11.8\", \"Machine\")"
   

4. NVIDIA CUDA ツールキットのインストールが終わったら，ユーザ環境変数 TEMP の設定を行う．

   Windows のユーザ名が日本語のとき，nvcc がうまく動作しないエラーを回避するためである．

   ユーザ環境変数 TEMP に「C:\TEMP」を設定するために， コマンドプロンプトで，次のコマンドを実行する．

   mkdir C:\TEMP
   powershell -command "[System.Environment]::SetEnvironmentVariable(\"TEMP\", \"C:\TEMP\", \"User\")"
   

Eigen3ライブラリのインストール（ソースコードを用いたインストール）（Build Tools for Visual Studio を使用）と使用方法（Windows 上）

Boost のインストール

• Windows での Boost のインストール: 別ページ »で説明

（オプション）OpenBLAS のインストール

必ずしも必要ではないが，必要になったときはインストールする．

• Windows での OpenBLAS のインストール（ソースコードを使用）（Build Tools for Visual Studio を利用: 別ページ »で説明

（オプション）数値演算ライブラリ等のインストール（vcpkg を使用）

必ずしも必要ではないが，必要になったときはインストールする．

1. 事前にvcpkg のインストールを行っておく．
2. コマンドプロンプトを管理者として開き次のコマンドを実行する．

   c:\vcpkg\vcpkg --triplet x64-windows install blas fftw3[sse,sse2,avx,avx2,threads] gmp hwloc metis mpfr  openblas[threads] pthread superlu
   

3. Windows の システム環境変数 PATHに，c:\vcpkg\installed\x64-windows\bin を追加して，パスを通す．

   Windows で，コマンドプロンプトを管理者権限で起動する（例：Windowsキーを押し，「cmd」と入力し，「管理者として実行」を選択）

   次のコマンドを実行

   powershell -command "$oldpath = [System.Environment]::GetEnvironmentVariable(\"Path\", \"Machine\"); $oldpath += \";c:\vcpkg\installed\x64-windows\bin\"; [System.Environment]::SetEnvironmentVariable(\"Path\", $oldpath, \"Machine\")"
   

Eigen3ライブラリのインストール（ソースコードを用いたインストール）（Build Tools for Visual Studio を使用）と使用方法（Windows 上）

1. Windows で，コマンドプロンプトを管理者権限で起動する（例：Windowsキーを押し，「cmd」と入力し，「管理者として実行」を選択）．

   コマンドプロンプトを管理者として実行: 別ページ »で説明

2. ソースコードのダウンロード

   次のコマンドを実行

   cd /d %USERPROFILE%
   rmdir /s /q eigen
   git clone https://gitlab.com/libeigen/eigen.git
   

   
3. cmake の実行

   cmake でのオプションについて

   cmake のオプションの 「Visual Studio 17 2022」のところは， 使用する Visual Studio のバージョンにあわせること． Visual Studio 2022 のときは，「Visual Studio 17 2022」． Visual Studio 2019 のときは，「Visual Studio 16 2019」

   cmake の実行手順例は次の通り

   cd /d %USERPROFILE%
   cd eigen
   rmdir /s /q build
   mkdir build
   cd build
   del CMakeCache.txt
   rmdir /s /q CMakeFiles\
   cmake .. -G "Visual Studio 17 2022" -A x64 -T host=x64 ^
       -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release ^
       -DBoost_INCLUDE_DIR="%Boost_INCLUDE_DIR%" ^
       -DCUDA_NVCC_FLAGS="-allow-unsupported-compiler" ^
       -DCMAKE_INSTALL_PREFIX="c:/eigen" ^
       -DEIGEN_TEST_CUDA=ON 
   

   
   (以下省略)

   上に示した「実行手順例」でのcmake でのオプションを調整するとしたら

   • vcpkg でインストールした数値演算ライブラリがあるとき

     次のようなオプションを付ける．

     -DVCPKG_TARGET_TRIPLET=x64-windows ^
     -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=C:/vcpkg/scripts/buildsystems/vcpkg.cmake ^
     

4. cmake の実行結果の確認

   * 下の通りになるとは限らない．エラーメッセージが出るなど場合は，前で cmake を実行したときの設定を変えてやり直す．

   
5. ソースコードからビルドし、インストールする

   cmake --build . --config RELEASE
   cmake --build . --config RELEASE --target INSTALL
   

6. 実行結果の確認
   
7. Windows の システム環境変数 EIGEN_ROOT に，c:\eigen を設定

   次のコマンドを実行

   powershell -command "[System.Environment]::SetEnvironmentVariable(\"EIGEN_ROOT\", \"c:\eigen\", \"Machine\")"
   

   

Eigen 3 の動作確認

ソースコード

Eigen 3ライブラリを使用して，Eigen 3 の行列演算の基本機能を実行する． プログラムでは，3x3行列と3次元ベクトルを用いて，乗算，転置，逆行列計算，固有値・固有ベクトル計算，LU分解を行い，結果を表示する．C++で書かれており，出力にはprintfを使用している．

#include 
#include 

using namespace Eigen;

int main()
{
    printf("Eigen3 Demo Program\n\n");

    // 行列演算
    Matrix3f A;
    A << 1, 2, 3,
         4, 5, 6,
         7, 8, 9;
    
    Vector3f v(1, 2, 3);

    printf("Matrix A:\n");
    printf("%f %f %f\n%f %f %f\n%f %f %f\n\n", 
           A(0,0), A(0,1), A(0,2),
           A(1,0), A(1,1), A(1,2),
           A(2,0), A(2,1), A(2,2));

    printf("Vector v:\n");
    printf("%f\n%f\n%f\n\n", v(0), v(1), v(2));

    Vector3f result = A * v;
    printf("A * v =\n");
    printf("%f\n%f\n%f\n\n", result(0), result(1), result(2));

    // 行列の転置と逆行列
    printf("A transpose:\n");
    Matrix3f AT = A.transpose();
    printf("%f %f %f\n%f %f %f\n%f %f %f\n\n", 
           AT(0,0), AT(0,1), AT(0,2),
           AT(1,0), AT(1,1), AT(1,2),
           AT(2,0), AT(2,1), AT(2,2));

    printf("A inverse:\n");
    Matrix3f AI = A.inverse();
    printf("%f %f %f\n%f %f %f\n%f %f %f\n\n", 
           AI(0,0), AI(0,1), AI(0,2),
           AI(1,0), AI(1,1), AI(1,2),
           AI(2,0), AI(2,1), AI(2,2));

    // 固有値と固有ベクトル
    EigenSolver es(A);
    printf("Eigenvalues of A:\n");
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("%f + %fi\n", es.eigenvalues()(i).real(), es.eigenvalues()(i).imag());
    }
    printf("\n");

    printf("Eigenvectors of A:\n");
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            printf("%f + %fi  ", es.eigenvectors()(i,j).real(), es.eigenvectors()(i,j).imag());
        }
        printf("\n");
    }
    printf("\n");

    // 行列分解 (LU分解)
    FullPivLU lu(A);
    printf("LU decomposition of A:\n");
    printf("L:\n");
    Matrix3f L = lu.matrixLU().triangularView();
    L.diagonal().setOnes();  // Set diagonal elements to 1
    printf("%f %f %f\n%f %f %f\n%f %f %f\n\n", 
           L(0,0), L(0,1), L(0,2),
           L(1,0), L(1,1), L(1,2),
           L(2,0), L(2,1), L(2,2));

    printf("U:\n");
    Matrix3f U = lu.matrixLU().triangularView();
    printf("%f %f %f\n%f %f %f\n%f %f %f\n\n", 
           U(0,0), U(0,1), U(0,2),
           U(1,0), U(1,1), U(1,2),
           U(2,0), U(2,1), U(2,2));

    return 0;
}

実行手順

1. Visual Studio の x64 Native Tools コマンドプロンプト を開く
2. cd コマンドでソースファイルのあるディレクトリに移動する．
3. 次のコマンドでコンパイルする：

   プログラムを，ファイル名 a.cpp で保存しているものとする．

   cl /EHsc /utf-8 /I "C:\eigen\include\eigen3" a.cpp
   

   
4. 実行する

   a.exe