情報理学専攻【～2023年度】

自然現象などを方程式で記述することをモデル化と呼び、さらにその方程式をコンピュータを用いて解くことにより、その現象のシミュレーションを行うことを数値シミュレーションといいます。本講義では、数理モデルと数値シミュレーションの基本について学びます。

コンピュータ・シミュレーションは、自然現象や社会現象を解析・理解するうえで重要です。身近な問題を取り上げ、講義とコンピュータによる実習を通して、現象がどのように数理的にモデル化されるか、そしてコンピュータによる解析でどのような知見が得られるかということを学びます。

よいプログラムを作成するためには、適切なアルゴリズムとデータ構造を選択する必要があります。そのため、リストや木などを用いた基本的データ構造、整列や探索などの基本的アルゴリズムとその計算量などについて、コンピュータを用いた演習を交えながら講義します。基本事項の習熟に重点を置いています。

幾何学的な問題を解くために効率の良いアルゴリズムやデータ構造を見つけ問題を解くのが計算幾何学です。この分野で扱われているさまざまな問題のうち、ボロノイ図、美術館監視問題、最短路問題など代表的な問題を取り上げ、最適解を得るためのさまざまなアルゴリズムについて説明します。

普段、何気なく使っているコンピュータがネットワークで結ばれることにより、どのようなことができるようになるのか、メールはどのような方法で送受信されるのか、Webページはどのようにして表示されるのかということを含め、ネットワークシステムの基礎およびそれを支える数理について学びます。

コンピュータを用いて数学の問題を解くための方法を学びます。問題（方程式）が大規模化・複雑化すると、手計算で厳密に解くことが難しくなります。そのような場合でも、数値計算を用いると問題の厳密な解に近い値を得ることができます。これは、より複雑なコンピュータ・シミュレーションの基礎となります。

自然現象を客観的に基本法則に基づいて理解しようとする物理学の考え方についての講義です。力を受けた物体がどのように運動するかを考え、波の現象、熱・温度とは何か、についても解説します。また、日常生活でなじみ深い電気や磁気に関わる現象について考え、極微の世界、広大な宇宙の果てまでを記述する物理学の基本的事項になじむことが目標です。

生命現象について、さまざまな生物に共通する面に重点をおいて、基礎的な知識の理解を目指します。細胞の構造と機能、物質代謝、生殖と発生、遺伝、環境に対する反応と調節など、広範な話題を取り上げます。座学に加えて数回の実験・観察も行います。

化学は物質の多様性を扱う学問ですが、暗記科目ではありません。大学以降で学ぶ現代化学は、ミクロ世界の基本法則である量子力学と統計力学に立脚し、数学やコンピューターシミュレーションが活躍します。これらへの橋渡しとなるような講義に加え、数回の実験とコンピューター実習を行います。

数学的手法を用いて生命現象を研究する分野の講義です。この科目では、数理生物学の基本的考え方や方法について理解することを目標とします。授業では、特に個体群生態学に関して、単一個体群の動態、複数個体群の関係、個体群管理などに関する数理モデルについて概説します。

量子物理学は電子機器などを可能にし、現代物理学の中心のひとつとなっています。これを入門から平易に述べます。ミクロの世界では、光も電子も波と粒子の両方の性質を同時に示します。確率解釈を中心とする量子物理学の基本概念に到達することを目標とします。