| 科目コード | AN211 | ||||
| 科目名 | シミュレーション工学(Simulation Technology) | 単位数 | 2単位 | ||
| 対象学科 | 電子情報システム工学専攻 | 対象学年 | 2年 | 開講期間 | 前期 |
| 科目区分 | 情報制御系 | 必修・選択 | 選択 | 履修/学修 | 学修 |
| 授業形式 | 講義 | 規定授業時数 | 15 | ||
| 教員名（所属） | 藤本 信一郎（制御情報システム工学科） | 教員室 | 5号棟4階 | ||
| 使用教科書 | W．H．Press他著「Numerical Recipes in C」(2nd Edition) | ||||
| 参考書 | W．H．Press他著「ニューメリカルレシピ・イン・シー日本語版―C言語による数値計算のレシピ」技術評論社(原著第1版の日本語訳)戸川隼人他著「よくわかる数値計算―アルゴリズムと誤差解析の実際」日刊工業新聞社，高橋大輔著「数値計算」岩波書店 | ||||
| 科目の位置付けと 関連科目 | |||||
| 科目の概要 | 近年計算機性能の向上に伴い，コンピュータ・シミュレーションの重要性が増してきている．本講義では，シミュレーションに必要な様々な数値計算方法を学習する．数値計算を簡単化する様々なツールが開発されているが本講義ではその基礎となるC言語を用いた数値計算プログラミングを行う．数値計算ツール，ライブラリも紹介し，それらの活用法を概説する．なお教科書は平易な英語で書かれている．該当範囲のPDFファイルを事前に印刷し予習しておくこと． | ||||
| 授業方針 | 1．数値計算法のアルゴリズムを理解し，説明することができる．2．数値計算における誤差を理解し，説明することができる．3．様々なアルゴリズムを活用し，具体的な課題を数値計算できる． | ||||
授業項目 | 時数 | 達成目標（習得すべき内容） |
| ガイダンス Guidance | 本講義の目的，概要，評価方法を理解する． | |
| C言語による効率的なプログラミング Effective Programing in C | コンパイラオプションによるcodeの最適化，gdbによるデバッグの基礎，ライブラリを理解し，説明することができる． | |
| 数の取扱い，誤差論 Floating Points and Errors | 浮動小数点数の表現，丸め誤差、桁落ち、情報落ちを理解し，説明することができる． | |
| 2，3，4次方程式の数値解法 Quadratic, Cubic, and Quartic Equations | 2，3，4次方程式の解を数値的に求める手法を理解し，説明することができる． | |
| 非線型代数方程式の数値解法 Root Finding of Nonlinear Sets of Equations | Newton-Raphson法，二分法などを理解し，説明することができる． | |
| 補間法 Interpolation | Lagrange補間，スプライン補間などの補間アルゴリズムを理解し，説明することができる． | |
| 数値積分法 Numerical Integration of Functions | 台形公式，Simpsonの公式など数値積分アルゴリズムを理解し，説明することができる． | |
| モンテカルロ法 Monte Carlo Integration | 乱数を用いたモンテカルロ積分法を理解し，説明することができる． | |
| 常微分方程式の数値解法 Numerical Integration of Ordinary Differential Equations | 微分と差分、常微分方程式の数値解法であるEuler法、Ruge-Kutta法を理解し，説明することができる． |
ルーブリック | |||
評価項目 | 理想的な到達レベルの目安 | 標準的な到達レベルの目安 | 未到達レベルの目安 |
| 効率的なプログラム開発を理解、説明できる。 | 最適化手法やデバッガの使い方を理解し、効率的なプログラム開発を実践できる。 | 最適化手法やデバッガの使い方を説明できる。 | 最適化手法やデバッガの使い方を説明できない。 |
| 代数方程式の数値解法を理解し、説明できる。 | 代数方程式の数値解法を収束性の観点から説明でき、プログラム言語を用いて、数値解法を実装できる。 | 代数方程式の数値解法を収束性の観点から説明できる。 | 代数方程式の数値解法を収束性の観点から説明できない。 |
| 数値積分法を理解し、説明できる。 | 数値積分アルゴリズムを数値誤差、演算速度の観点から説明でき、プログラム言語を用いて、数値積分アルゴリズムを実装できる。 | 数値積分アルゴリズムを数値誤差、演算速度の観点から説明できる。 | 数値積分アルゴリズムを数値誤差、演算速度の観点から説明できない。 |
| 数値微分法を理解し、説明できる。 | 数値微分アルゴリズムを数値誤差、演算速度の観点から説明でき、プログラム言語を用いて、数値微分アルゴリズムを実装できる。 | 数値微分アルゴリズムを数値誤差、演算速度の観点から説明できる。 | 数値微分アルゴリズムを数値誤差、演算速度の観点から説明できない。 |
| 評価方法及び 総合評価 | 【評価方法】試験、小テスト、レポートで評価し、60%以上の得点率で目標達成とみなす。レポートは学習したアルゴリズムを利用した数値計算を行い、その結果をまとめたものとする。また講義内容の一部は履修者による輪講形式で行い、発表内容および内容をまとめたレポートで評価する。【総合評価】定期試験等筆記試験（60%）、レポート評価（40%）を総合し、上記事項に対する理解度を評価する。レポートの提出期限は課題提示と同時に示し、期限に遅れて提出されたレポートの評価点は０点とする。 |
| 学習方法 | 教科書はhttp://www.fizyka.umk.pl/nrbook/bookcpdf.htmlよりPDFファイルにて取得できる．なお本講義ではC言語の文法などについては解説しない．各自本科で行った内容を復習しておくこと． |
| 学生への メッセージ | 英語の教科書を利用している。 今年度に限り4,5月2か月間に集中して15回の講義を実施する。 |
| 学修単位への対応 | 30時間相当のレポートもしくは自宅演習を課す。 |
| 本校教育目標との対応 | JABEE学習教育目標との対応 | ||||