IDL（プログラミング言語）

IDL はInteractive Data Languageの略で、データ分析に使用されるプログラミング言語です。天文学、大気物理学、医療用画像処理など、科学の特定の分野で人気があります。^{[要出典] IDL は}PV-Waveと共通の構文を共有し、同じコードベースから生まれましたが、その後、言語は細部で分岐しました。GNU Data Language (GDL) や Fawlty Language (FL) など、無料またはコストがかからない実装もあります。

IDL はベクトル化され、数値化され、対話型であり、大量のデータの対話型処理 (画像処理を含む) によく使用されます。構文には、Fortranの構成要素が多数含まれ、 Cの構成要素もいくつか含まれています。

IDL は初期のVMS Fortran から派生したもので、その構文は今でもその伝統を引き継いでいます。

 x = findgen ( 100 ) / 10 y = sin (x) / x
プロット、x、y
  
    

上記の例のfindgen関数は、0 から始まる一連の整数に等しい値を持つ浮動小数点数の 1 次元配列を返します。

2 行目の演算は、汎用配列プログラミング言語 ( APL、J、Kなど) と同様に、1 行目で作成された 100 要素の配列全体にベクトル化されて適用されることに注意してください。この例にはゼロ除算が含まれています。IDL は算術オーバーフローを報告し、y配列 (最初の配列)の対応する要素にNaN値を格納しますが、その他の配列要素は有限になります。NaN は、plotコマンドによって生成される視覚化から除外されます。

他のほとんどの配列プログラミング言語と同様に、IDL はベクトル演算を非常に高速に実行します (Fortran または C で適切にコーディングされたカスタム ループと同じくらい高速な場合もあります) が、要素を個別に処理する必要がある場合は非常に低速になります。したがって、数値的に重い計算に IDL (または他の配列プログラミング言語) を使用する際の秘訣は、組み込みのベクトル演算を利用することです。

IDL の前身バージョンは、1970 年代にコロラド大学ボルダー校の大気宇宙物理学研究所(LASP)で開発されました。LASP で、David Stern は、個々のアプリケーションの作成や変更を行うプログラマを雇わずに科学者が仮説をテストできるようにする取り組みに携わりました。Stern が開発した IDL への進化チェーンの最初のプログラムは Rufus と名付けられました。これは、PDP -12で実行される単純なベクトル指向の計算機でした。この計算機は、算術演算、オペランドとして機能する入力レジスタ、および宛先レジスタを指定する 2 文字のコードを受け入れました。PDP -8用に開発された Rufus のバージョンは、Mars Mariner Spectrum Editor (MMED) でした。MMED は、LASP の科学者がMariner 7とMariner 9のデータを解釈するために使用されました。 SOLは、その前身とは異なり、FORTRANのような構文を持つ真のプログラミング言語でした。SOLは、いくつかの基本的なグラフィックス機能を備えた配列指向言語でした。^[1]

スターンはLASPを離れ、1977年にResearch Systems Inc. (RSI)を設立した。最初のRSI製品はPDP-11用のIDLであった。^[1]このリリースでは、IDLがサポートしていたグラフィックスは主にTektronix端末とラスターグラフィックスディスプレイであった。RSIは1979年に最初のIDLライセンスをNASAのゴダード宇宙飛行センターとBall Aerospace & Technologies Corp.に販売した。2年後、RSIはVAX MACROとFORTRANで書かれたIDLの最初のVAX/VMSバージョンをリリースした。これはVAXの仮想メモリと32ビットのアドレス空間を活用した。^{[1]アメリカ}国立大気研究センター( NCAR)、ミシガン大学、コロラド大学、海軍研究所は、このバージョンからIDLを使い始めた。

1987年、RSIはIDLの開発作業をUnix環境に移行しましたが、そのためには、既存のVAX IDLのバージョンを移植するのではなく、Cでコードを完全に書き直す必要がありました。^[1] SternとAli Bahramiは、Sun 3上のUnix用にIDLを書き直し、その書き直しを利用して言語を拡張および改善しました。その後、IDLはさらに拡張され、Unix、VMS、Linux、Microsoft Windows（1992年）、Mac OS（1994年）のさまざまなバージョンに移植されました。

1992年にIDLにウィジェットが追加され、グラフィカルユーザーインターフェイスを使用したイベント駆動型プログラミングが可能になりました。1997年には、WebサーバーベースのシステムであるION (IDL On the Net)が商用リリースされました。IDLで記述されたリモートセンシングマルチスペクトルおよびハイパースペクトル画像分析アプリケーションであるENVIの最初のバージョンは、1994年にリリースされました。ENVIは、Better Solutions Consulting, LLCによって作成、開発、所有されていましたが、2000年10月にEastman KodakがRSIを買収したのと同時にBSCから買収されました。RSIは、1994年から2000年10月まで、BSC, LLCとのライセンス契約の条件に基づいてENVIを販売、マーケティング、サポートしました。新しいオブジェクトとポインター型、および限定的なオブジェクト指向プログラミング機能が1997年にIDLに追加されました。

IDL は、太陽物理学などの宇宙科学で幅広く応用されています。欧州宇宙機関は、ジョット宇宙船が撮影したハレー彗星の写真のほぼすべてを処理するのに IDL を使用しました。ハッブル宇宙望遠鏡を修理するチームは、主鏡の異常を診断するのに IDL を使用しました。1995 年には、スペース シャトルに搭乗した宇宙飛行士がラップトップにロードした IDL を使用して紫外線を研究しました。現在、IDL は、他の用途の中でも、米国のNRLと英国のラザフォード アップルトン研究所で、 STEREOミッションの SECCHI 部分の分析のほとんどに使用されています。

RSI は 2004 年 3 月にITT Industriesの完全子会社になりました。2006年 5 月 15 日現在、RSI はITT Visual Information Solutionsとして事業を開始しました。2011 年 10 月 31 日付けで、再編の結果、同社はExelis Visual Information Solutionsになりました。2015 年に、IDL はHarris Geospatial Solutionsに買収され、後に L3Harris Geospatial Solutions になりました。2023 年 4 月に、IDL は NV5 Geospatial に買収されました。

コンピュータ言語としての IDL:

• 動的に型付けされます。
• 変数、関数、およびプロシージャには個別の名前空間がありますが、名前空間階層はありません。
• 元々はシングルスレッドでしたが、現在では多くのマルチスレッド関数とプロシージャがあります。
• すべての関数引数は参照渡しされますが、以下の「問題」を参照してください。
• 参照によって渡されるキーワードと呼ばれる名前付きパラメータがあります。
• ネストされたルーチン呼び出しで、参照または値によって名前付きパラメータの継承を提供します。
• 変数を事前に宣言する必要はありません。
• ルーチン間でグローバル値を共有するための COMMON ブロック宣言とシステム変数を提供します。
• Smalltalkに似たオブジェクト指向プログラミングの基本形式と、演算子のオーバーロードを提供します。
• ガベージ コレクションに参照カウントを使用して、ポインターとオブジェクト変数の永続的なグローバル ヒープを実装します。
• 解釈されたスタックベースの中間 p コード ( Java 仮想マシン風) にコンパイルされます。
• 大きな配列からデータを抽出するためのシンプルで効率的なインデックス スライス構文を提供します。
• さまざまな整数サイズ、および単精度と倍精度の浮動小数点の実数と複素数を提供します。
• 文字列、同種型の配列、リスト、ハッシュ テーブル、混合データ型の単純な (非階層的な) レコード構造などの複合データ型を提供します。

IDL を対話的に非常に簡単に使用できるようにするこれらの機能のいくつかは、大規模なプログラムを構築するときにも問題を引き起こします。単一の名前空間は特に問題です。たとえば、新しい組み込み関数を含む言語の更新により、大規模な科学ライブラリが無効になることがありました。^[2]

配列は参照によって渡されます。このメカニズムは、サブルーチンからデータを渡すための言語の宣伝されている機能です。対照的に、配列スライスは渡される前にコピーされるため、データの変更は配列範囲に戻らず (サブルーチンの終了後)、驚き最小の原則に違反しません。

言語の初期の歴史から多くの歴史的な不規則性が残っており、プログラマーによる個別の回避策が必要です。例:

• 配列のインデックス付けとサブルーチンのエントリは、どちらもまったく同じ構文 (括弧) で実行できます。この曖昧さと、すべての変数とサブルーチンの単一の名前空間が組み合わさると、新しく定義されたサブルーチンまたは言語拡張がローカル変数名と競合したときにコードが機能しなくなる可能性があります。IDL プログラマーは、配列のインデックス付けに角括弧を使用して、括弧を使用する関数名との競合を回避することで、これらの問題の多くを回避できます。

上記の問題は、次のコンパイラ オプションを使用することで軽減できます。

COMPILE_OPT STRICTARR

IDLの開発元であるITT Visual Information Solutions (ITT VIS)は、他の環境とのバイトコードの互換性を防ぐために明確な措置を講じています。コンパイルされたルーチンを含むファイルは、公式には公開されていないがユーザーによって調査され文書化されたバイナリタグ付きデータ構造形式を使用しています^[3]。また、保存された各ファイル内に埋め込まれたASCIIテキストとして次の通知も含まれています。

IDL 保存/復元ファイルには、IDL プログラムに関する未公開の専有情報が含まれています。したがって、このファイルのリバース エンジニアリングは、IDL エンド ユーザー ライセンス契約 (IDL EULA) の条項により禁止されています。すべての IDL ユーザーは、IDL をインストールするときに IDL EULA の条項を読んで同意する必要があります。IDL 保存/復元形式のファイルを読み取ったり書き込んだりするソフトウェアには、その権利を明示的に付与する NV5 Geospatial Solutions, Inc. からのライセンスが必要です。この場合、ライセンスはソフトウェアに含まれており、検査できます。このようなライセンスのないソフトウェアについては、アカウント マネージャーまたは営業担当者に報告してください。

2023 年 8 月現在^[update]、この声明は法廷で検証されていません。また、IDL EULA のこの規定は、オーストラリアの著作権法第 47D 条および第 47H 条により、オーストラリアでは効力を持ちません。

次のグラフィックは IDL を使用して作成されました (ソース コードが含まれています)。

• ランダムデータとトレンドの画像、最適な直線とさまざまな平滑化
• デルタ-O-18 の年齢と深さに対するプロット (EPICA および Vostok より)
• コヨーテ IDL ギャラリー IDL イメージングの例

• 数値解析ソフトウェア一覧
• ENVI – IDL で構築された画像処理ソフトウェア パッケージ
• IRAF – NOAO が作成した無料のグラフィカル データ削減環境
• MATLAB – IDLと同様の機能を提供する技術コンピューティング環境
• NumPy – IDLと同様の配列計算機能を提供するPythonの拡張機能
• Perl データ言語(PDL) – IDL と同様の配列計算機能を提供するPerlの拡張機能
• Scilab - 科学計算とインターフェース用に設計された高水準の数値指向プログラミング言語
• Solarsoft – 主に IDL で書かれた太陽データ分析と宇宙船運用活動のためのライブラリ
• GDL – GNU データ言語。IDL に似た無料の実装です。
• Fawlty Language – Fawlty Language は、IDL8 (Interactive Data Language) 互換のコンパイラです。

• IDLホームページ
• コヨーテの IDL プログラミング ガイド
• NASA ゴダード宇宙飛行センターの IDL 天文学ユーザー ライブラリ 2005-08-30 にWayback Machineでアーカイブ
• フォルティ・ランゲージのホームページ