Linux のファイル結合

はじめに

この実験では、Linux の join コマンドを紹介します。これは、共通のフィールドに基づいて 2 つのファイルからのデータを結合することができる強力なユーティリティです。データベースでのテーブル結合と同様に、このコマンドは Linux 環境でのデータ処理や分析タスクに特に役立ちます。

この実験を通じて、異なるオプションを使用して join コマンドを使い、別々のファイルからのデータをマージし、異なるフィールド区切り文字を扱い、Linux でのファイル結合操作の基本原則を理解する方法を学びます。これらのスキルは、システム管理やデータ分析で一般的なタスクであるテキストファイルの構造化データを扱う際に役立つことがわかります。

Skills Graph

基本的な join コマンドの理解

このステップでは、join コマンドの基本的な構文と使い方を学びます。Linux の join コマンドは、共通のフィールドに基づいて 2 つのファイルの行を結合します。これは、データベースでのテーブル結合に似ています。

まず、操作対象となる 2 つのサンプルファイルを作成しましょう。ここでは、天候データ、具体的には嵐の発生日とそれに対応する風向を含むファイルを作成します。

まず、嵐の ID と日付を含む storms.txt というファイルを作成します。

echo -e "1:2023-04-01\n2:2023-04-15\n3:2023-05-02" > ~/project/storms.txt

次に、嵐の ID と風向を含む winds.txt という別のファイルを作成します。

echo -e "1:NW\n2:SE\n3:NE" > ~/project/winds.txt

これらのファイルの構造を理解するために、内容を確認してみましょう。

cat ~/project/storms.txt

以下のような出力が表示されるはずです。

1:2023-04-01
2:2023-04-15
3:2023-05-02

次に、風向のファイルを見てみましょう。

cat ~/project/winds.txt

以下のような出力が表示されるはずです。

1:NW
2:SE
3:NE

両方のファイルには、結合に使用できる共通の最初のフィールド（嵐の ID）があることに注意してください。では、この共通のフィールドに基づいてこれらのファイルを結合するために join コマンドを使用しましょう。

join -t: ~/project/storms.txt ~/project/winds.txt

-t: オプションは、両方のファイルのフィールド区切り文字がコロン (:) であることを join コマンドに伝えます。デフォルトでは、join は各ファイルの最初の列にある共通のフィールドを探します。

以下のような出力が表示されるはずです。

1:2023-04-01:NW
2:2023-04-15:SE
3:2023-05-02:NE

この出力は、両方のファイルから結合されたデータを示しています。各行には以下が含まれています。

• 嵐の ID（共通のフィールド）
• 日付（最初のファイルから）
• 風向（2 番目のファイルから）

join コマンドは、同じ嵐の ID を持つ行を一致させ、出力では 1 行に結合しました。

異なるフィールド区切り文字を持つファイルの結合

実際のシナリオでは、異なる文字をフィールド区切り文字として使用するファイルに遭遇することがよくあります。このステップでは、追加のテキスト処理を伴う join コマンドを使用して、そのようなファイルを結合する方法を示します。

まず、異なるフィールド区切り文字を持つ 2 つのファイルを作成しましょう。

まず、ダッシュ (-) を区切り文字として、嵐の ID と日付を含む storms_dash.txt というファイルを作成します。

echo -e "1-2023-04-10\n2-2023-04-20\n3-2023-05-05" > ~/project/storms_dash.txt

次に、カンマ (,) を区切り文字として、嵐の ID と風向を含む winds_comma.txt という別のファイルを作成します。

echo -e "1,NW\n2,SE\n3,NE" > ~/project/winds_comma.txt

これらのファイルの内容を確認してみましょう。

cat ~/project/storms_dash.txt

以下のように表示されるはずです。

1-2023-04-10
2-2023-04-20
3-2023-05-05

次に、winds_comma.txt ファイルを見てみましょう。

cat ~/project/winds_comma.txt

以下のように表示されるはずです。

1,NW
2,SE
3,NE

ここでのチャレンジは、join コマンドが両方のファイルで同じフィールド区切り文字を使用することを期待していることです。この問題を解決するには、一方のファイルを前処理して、もう一方のファイルの区切り文字に合わせる必要があります。tr コマンドを使用して文字を変換することができます。

join -t- ~/project/storms_dash.txt <(tr ',' '-' < ~/project/winds_comma.txt)

このコマンドは以下の操作を行います。

1. tr ',' '-' < ~/project/winds_comma.txt - winds_comma.txt の内容に含まれるすべてのカンマをダッシュに変換します。
2. <(...) - プロセス置換で、括弧内のコマンドの出力をファイルとして扱います。
3. join -t- ~/project/storms_dash.txt - storms_dash.txt ファイルと変換されたデータを結合し、ダッシュ (-) をフィールド区切り文字として使用します。

以下のような出力が表示されるはずです。

1-2023-04-10-NW
2-2023-04-20-SE
3-2023-05-05-NE

この出力は、両方のファイルから結合されたデータを示しており、全体でダッシュ (-) をフィールド区切り文字として使用しています。プロセス置換は bash の強力な機能で、一時ファイルを作成する必要なく、コマンドの出力をファイルとして扱うことができます。

高度な join オプション

実際のデータ処理タスクでは、未マッチングのデータの処理や特定のフィールドの選択など、より高度な結合操作が必要になることがよくあります。このステップでは、join コマンドのこれらの高度なオプションを紹介します。

例として、もう少し複雑な 2 つのファイルを作成しましょう。

echo -e "1:2023-04-01:Thunderstorm\n2:2023-04-15:Hurricane\n3:2023-05-02:Tornado\n4:2023-05-10:Blizzard" > ~/project/storms_types.txt
echo -e "1:High\n2:Medium\n5:Low" > ~/project/severity.txt

これらのファイルの内容を確認してみましょう。

cat ~/project/storms_types.txt

以下のように表示されるはずです。

1:2023-04-01:Thunderstorm
2:2023-04-15:Hurricane
3:2023-05-02:Tornado
4:2023-05-10:Blizzard

cat ~/project/severity.txt

以下のように表示されるはずです。

1:High
2:Medium
5:Low

これらのファイルの ID が完全に一致していないことに注意してください。

• severity.txt には嵐 ID 5 のエントリがありますが、storms_types.txt には存在しません。
• storms_types.txt には嵐 ID 3 と 4 のエントリがありますが、severity.txt には存在しません。

デフォルトでは、join は両方のファイルで結合フィールドが一致する行のみを出力します。

join -t: ~/project/storms_types.txt ~/project/severity.txt

以下のように表示されるはずです。

1:2023-04-01:Thunderstorm:High
2:2023-04-15:Hurricane:Medium

出力には嵐 ID 1 と 2 のみが表示されます。これは、両方のファイルに存在する唯一の ID だからです。

未マッチングの行の処理

出力に未マッチングの行を含めるには、-a オプションを使用できます。

join -t: -a 1 -a 2 ~/project/storms_types.txt ~/project/severity.txt

-a 1 オプションは、join に最初のファイルの未マッチングの行を含めるよう指示し、-a 2 は 2 番目のファイルに対して同じことを行います。

以下のように表示されるはずです。

1:2023-04-01:Thunderstorm:High
2:2023-04-15:Hurricane:Medium
3:2023-05-02:Tornado:
4:2023-05-10:Blizzard:
5::Low

未マッチングの行では、もう一方のファイルのデータが存在する場所に空のフィールドがあることに注意してください。

特定のフィールドの選択

-o オプションを使用して、各ファイルから特定のフィールドを選択して出力に含めることもできます。

join -t: -o 1.1,1.3,2.2 ~/project/storms_types.txt ~/project/severity.txt

-o 1.1,1.3,2.2 オプションは、出力するフィールドを指定します。

• 1.1: 最初のファイルの最初のフィールド（嵐 ID）
• 1.3: 最初のファイルの 3 番目のフィールド（嵐の種類）
• 2.2: 2 番目のファイルの 2 番目のフィールド（深刻度）

以下のように表示されるはずです。

1:Thunderstorm:High
2:Hurricane:Medium

この出力には、嵐 ID、嵐の種類、深刻度レベルのみが含まれており、日付情報は省略されています。これは、多くのフィールドを持つファイルを扱う際に、出力に必要な特定のフィールドのみを取得する場合に特に便利です。

まとめ

この実験では、Linux で join コマンドを使用して、共通のフィールドに基づいて異なるファイルからのデータを結合する方法を学びました。これは、Linux 環境でのデータ処理と分析に不可欠なスキルです。

以下の様々なオプションを使って join コマンドの使用を練習しました。

• 同じフィールド区切り文字を持つファイルを結合する基本的な構文
• プロセス置換と tr コマンドを使用して、異なるフィールド区切り文字を持つファイルを処理する方法
• -a オプションを使用して、出力に未マッチングの行を含める方法
• -o オプションを使用して、各ファイルから特定のフィールドを選択して出力する方法

join コマンドは、構造化されたテキストデータやログファイルを扱う場合、または共通の識別子に基づいて異なるソースからの情報を結合する必要がある状況で特に有用です。このスキルは、grep、sed、awk などの他の Linux テキスト処理コマンドを補完し、コマンドラインでのデータ操作に強力なツールキットを提供します。