コンピューターリテラシー (B)

Computer Literacy (B)

専門基礎科目（専門関連科目）／教職課程科目

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理学部

1年

HSSBA1MCA1

2.0単位

講義 (Lecture)

2024年度前期

草部　浩一

理学部

日本語

目標9

曜限：月曜、水曜、木曜の１限
場所：播磨理学キャンパス研究棟708室
その他の日程でも調整するので、必要な場合にはkusakabe@sci.u-hyogo.ac.jpまで事前に連絡すること。

kusakabe@sci.u-hyogo.ac.jpまでメールを送ること。
ユニパの授業Q&Aでも連絡を受け付ける。

1◎／4◎／5◎

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1-1◎／1-2◎

目標２:教え、寄り添う力

【講義目的】科学を学ぶ上で必要な、数式表現の数理的解析や数値解析に基づいた論理的な考察力を培う。本講義では科学分野で利用される数式処理・数値解析アプリ(Sympy等)を用いて、物理数学や数理モデルを対象とした数式や方程式の解析を学習する。課題学習を通して基本的な数値解析手法を学び、数理解析に基づく論理的考察力を習得することを講義の目的とする。又、科学における統計数理と情報処理技術の応用として、確率・統計と機械学習の基礎を学び、量子コンピューターの基本的仕組みを理解する。
【到達目標】(1)数式や方程式の数値解析法の基本を用いて、数値解のグラフ表示を行い、変数依存性から解の特徴を導く。数値解の特性を数式・方程式の数理構造との対応から論理的に説明する。(2)課題コードの作成を行い、解析結果と考察内容を課題レポートにまとめる。(3)確率・統計と機械学習の基礎、及び量子コンピューターの基本的仕組みを説明する。

キーワード：数式処理、記号計算、数値解析、データ解析

【講義内容】
数値解析・記号計算ソフト(Sympy等)をjupyter notebook上で用いて、物理学等の自然科学で用いられる数理モデルを表記する数式や方程式等の解析手法を学ぶ。課題として解析コードを作成して数式処理・記号計算や数値解析を行い、データの解析に基づいて解の特徴などをグラフや変数依存性から理解する。数値解の特徴を、解析する数式や論理式の数理構造を対応させて考察し、その説明をレポート課題としてまとめる。又、確率・統計と機械学習の基礎を学び、量子コンピューターの基本的仕組みを理解する。
【授業計画】
  1： ガイダンス：数式処理関連ソフトウェアの紹介と使用準備
  2： レポート・論文の作成における機械的処理、LaTeX・Overleafの基本操作
  3： Pythonの復習と数式処理の基本
  4： 四則演算、文字式、代入、組込み関数
  5： 関数定義、展開、微分
  6 :  積分、数値積分
  7： 2次元プロットと応用（テイラー展開）
  8： 3次元プロット、等高線・密度プロットと応用（複素関数と極）
  9： 代数方程式・連立代数方程式、複素方程式と解の極形式
10： 方程式の数値解法（ニュートン法）
11： 微分方程式, 連立微分方程式と解のグラフ表示
12： 連立微分方程式と解の初期値依存性（ローレンツ方程式）
13： 解の時間発展とアニメーション表示（運動方程式と位相空間）
14 :  確率・統計と機械学習の基礎
15： 並列計算とスーパーコンピューター、量子コンピューター
期末試験

生成系AIの利用：
生成系AIの利用については教員の指示に従うこと。生成系AIによる出力結果をそのまま課題レポートとして提出してはいけない。
生成系AIによる出力をそのまま提出したことが判明した場合は単位を認定しない、又は認定を取り消すことがある。

テキストを講義中に配布する。

講義中に参考文献を示す。

【予習】毎回の授業・演習（初回を除く）で用いる問題の解答を事前に作成してくる。初回はデータサイエンスに関する復習を行ってくる。(30h)
【復習】演習の時間中に提示された解答と配布される解答例を用いて、各問題の解答を自ら再度作成する。(30h)

提供された課題を解くスクリプト・コードを受講者自らで動作させて、改変しながら応用課題を解く。授業内に参加する受講者間でプログラムコードの動作状況を共有して議論し、お互いのプログラムの適否をディスカッションする。

【成績評価の基準】数値解析ソフトを利用した実践課題を通して数値解析と数式の数理構造に基づいた論理的な考察力を身に着け、その説明を課題レポートにまとめた者に単位を授与する。講義目的・到達目標に記載した能力（知識・技能、論理力・思考力、説明力）の到達度に応じてS(90点以上)、A(80点以上)、B(70点以上)、C(60点以上)による成績評価のうえ、単位を付与する。
【成績評価の方法】授業での実践課題50％とレポート50％を基準として、課題への取り組み、授業での課題に関する質問や考えの発言等を含めて総合的に評価する。
 

提出されたレポートについて、担当教員が評価し、コメントを併せて記載する。

BYODを基本とするため、pythonが動作しているノートパソコンを持参することを推奨する。
情報処理室にある端末装置を用いても実習を行うことができるが、BYODを推奨する。
播磨理学キャンパスでの開講であり、２年生以上の学年に在学するものが受けること。

該当しない。