プログラミング -自作ソフトウェアと環境-

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libuilcule

libuilcule は，当サイトで開発している分子モデリング用のライブラリです．
このライブラリは，Builcule から GUI に関わらないコードを独立させて，ライブラリ化したものが基になっています．
現在は，Builcule，BCMD シリーズ，および Detiral のライブラリとして開発できるように，開発手順の確立をめざしています．

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Builcule：GUI 版分子モデリングソフト

Builcule は，低分子有機化合物からタンパク質までの分子モデルをシームレスに作成できることを目指して開発しているオープンソースの分子モデリングソフトです．
モデリングの出発分子として，ファイルの読み取り以外に，メインウィンドウで n-アルカンやペプチドの新規作成や追加が可能です．
共有結合と分子，アミノ酸残基とアミノ酸配列，といった種々の情報を検知し，検知した分子構造に対して，回転・移動，元素や共有結合の編集，官能基の付加，配列アラインメント，重ね合わせ，ホモロジーモデリングといった処理が施せます．

• 元素とその座標に基づいて，結合，アミノ酸残基，アミノ酸配列，分子など分子構造を検知します
• 原子，共有結合，官能基やアミノ酸を含む部分構造，あるいは分子単位での編集が可能です
• 分子の系を格納するレイヤが 3 個あり，複数の系を関連させつつ同時に編集できます
• 配列アラインメント，重ね合わせ，ホモロジーモデリングといったタンパク質の編集機能を有します
• libopenbabel によるファイル入出力，エネルギー極小化，コンフォメーション探索が可能です

このディレクトリでは，機能の紹介とマニュアル，分子モデルの作成例，仕様，ビルドとインストール法などを紹介ています．

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BCMD シリーズ：CLI 版分子モデリングソフト

当サイトで開発している分子モデリングソフト Builcule の編集機能を利用して CLI で分子を作成するソフトウェアを開発しています．
以下のソフトウェアを公開しています．

• BMerge：2 個のファイルに記された分子を 1 個のファイルにまとめます
• BInter：分子間相互作用モデルを作成します
• BMutate：ペプチドに変異を導入します
• BPeptgen：ペプチドを生成します
• BProperty：ファイルに記された分子の性質を出力します

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Detrial：分子表示ソフト

Detrial は，タンパク質を中心とする分子構造の解析ツールを企図して試験的に開発しています．
タンパク質の構造解析ソフトを中心とした検知アルゴリズムの勉強と実装を志向しています．
いくつかの機能をピックアップすると，

• 分子，タンパク質（アミノ酸配列）の認識
• 2 個の描画領域を有しており，それぞれから選択したペプチドの配列アラインメント，構造アラインメント
• アミノ酸/非アミノ酸，選択分子/非選択分子，選択アミノ酸/その他を区別した描き分け
• 中心からの距離による色分け，特定のアミノ酸の表示
• 近傍の原子，接触している原子の検知
• 水素結合や電荷の検知
• k-平均法によるクラスター検知（ドメイン検知）が可能です
• 原子の座標の固有ベクトル計算（分子の概形）

画像は，ヘモグロビンのヘム近傍拡大イメージです．
ヘムは，空間充填モデルで CPK 様式に着色しています．
ペプチド部分は，棒球モデルとリボンモデルとを重ね書きしたモデルです．棒球モデルはアミノ酸の性質によって色分けしており，リボンモデルは二次構造によって色分け（α-ヘリックスは赤色，β-シートは黄色）しています．
ヘム鉄近傍のヒスチジンを選択した結果，画面右側にあるアミノ酸リストのヒスチジンが 1 個反転表示されています．

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C++ プログラミングの練習

開発環境の概略

当サイトでは，研究手段の一つとしてプログラミングを利用しています．
プログラミング環境（開発環境）は，プラットフォーム OS の Debian GNU/Linux 安定版にパッケージ化されたソフトウェアのみを利用しています．
Debian のメジャーバージョンアップを機会と捉えて，関連セクションを改定しています（だいたい 2 年ごと）．
そのために維持すべき能力として，下の目標を定めています．

• プログラミング言語とそのツールを利用できること
• 科学ライブラリを利用できること
• GUI ライブラリを利用できること
• サンプルコードを作成しておいて，Debian のバージョンアップのたびに改定できること
• 本家ドキュメントを読解して，サンプルコードを作成できること

現在，このサイトで利用している開発環境の概略を示します．

• 主たる開発言語は：C++．コンパイラは，GNU C++（g++>）
• 数値計算ライブラリ：Eigen，GNU Scientific Library
• 自作ソフトウェアの GUI 部分：Qt と QtOpenGL
• Makefile 作成ツール：qmake と automake

Hello World

基本的なプログラミングツール類の練習記録を出発点として，少しずつ改定しています．
改定時期は，OS をアップデートした直後です．
素材は，端末に「Hello World.」と出力する定番のプログラムです．

このサイトで公開している分子モデリングソフト Builcule や分子表示ソフト Detrial は GUI に Qt を利用していることもあり，qmake を使ってビルドしています．

科学系ライブラリの導入

上の "Hello World." パラグラフと同じく，練習記録を出発点として，少しずつ改定しています．
改定時期は，上の "Hello World." セクションの次です．

Qt/C++ による GUI ソフトウェア作成の練習

当サイトでは分子モデルの処理を目的とする GUI ソフトウェアをいくつか開発しています．
OS のメジャーバージョンアップに伴い開発環境もバージョンアップされます．
そこで，
サンプルコードを作成しておいて，バージョンアップのたびに動作確認しつつ開発能力を維持しよう，
そういう目論見のパラグラフです．

右の画像は，このセクションで作成するサンプルソフトウェアです．

今メジャーバージョンでは，Qt5 から Qt6 へ移行に伴い，OpenGL による描画で私には解決できない問題が発生しました．
そこで今バージョンでは，公開している GUI ソフトウェアは Qt5 で開発することにしておいて，
次期バージョンのための描画方法として，Qt3D の練習をすることにしました．
問題がなければ，次期バージョンでは Qt3D で開発を進めることにします．

Qidoirep

Qidoirep は，単純な周期表ソフトウェアです．
Builcule の元素選択ダイアログボックスを改変したもので，開発環境がバージョンアップしたときの練習用という位置づけです．
行数は 250 行程度．そのうち，元素記号などのデータが 60 行弱と小さいソースコードなので，Qt 開発環境をインストールし，ウィジェットのレイアウトやシグナル/スロットを学んだ時点で，コードが読めると思います．

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Python

RDKit や量子化学ソフトウェアは Python 環境で利用することが多そうなので勉強しています．

開発環境

Python 関連のコンテンツをいくつか，[モデリング] ディレクトリの メソッドの導入に作成しています．
これらは，量子ソフトウェアや RDKit の Python 環境での利用を想定し，「開発」というより「アプリケーションを使うためのスクリプト」という位置づけのコンテンツです．

プログラミング言語やライブラリのパッケージ

このサイトで開発に使用している主な Debian パッケージを紹介します．
パッケージ間の依存性により自動的にインストールされるパッケージあるので，網羅できているとは限りません．

パッケージ化されたドキュメント類

Debian パッケージに入っているドキュメントを一覧表にまとめました．
インストール先として HTML 形式のドキュメントを記しているのは，ローカルで Apache を使って HTTP アクセスしているからです．

Web 上のリソース

本家のドキュメント類を読めるようになる，というのも筆者の目標の一つなのでリンク集を作成しました．

C++

Python