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情報科学講究１

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令和２年度以降入学者 情報科学講究１
令和元年度以前入学者 情報科学講究１
教員名 古市茂
単位数    2 学年    3 開講区分 文理学部
科目群 情報科学科
学期 前期 履修区分 必修
授業の形態 同時双方向型授業（Zoomによるライブ中継）

Blackboard ID:木曜3限→20221437
授業概要 情報理論の基礎と応用
授業のねらい・到達目標 ３年次の輪講で学んだ，情報理論入門を基礎としてより詳細な情報理論について理解する．

この科目は文理学部(学士(理学))のディプロマポリシーDP6及びカリキュラムポリシーCP9に対応している。

なお、新カリキュラム（令和２年度以降の入学者）では、この科目は文理学部(学士(理学))のディプロマポリシーDP1-8及びカリキュラムポリシーCP1-8に対応している。

・経験や学修から得られた豊かな情報科学の知識と教養に基づいて，自己の倫理観を倫理的な課題に適用することができる（A-1-3）。
・世界諸国の歴史や政治，経済，文化，価値観，信条などの背景を理解し，国際社会が直面している問題を情報科学の視点から説明することができる（A-2-3）。
・仮説に基づく課題や問題を提示し，客観的な情報を基に，論理的・批判的に考察できる（A-3-3）。
・問題を分析し，複数の解決策を提示した上で，問題を解決することができる（A-4-3）。
・責任と役割を担い，新しい問題に取り組む意識を持ち，そのために必要な情報科学の知識・情報を収集することができる（A-5-3）。
・さまざまな人々とのコミニュケーションを通じて相互の意思伝達を自由かつ確実に行い，他者との良好な関係を確立することができる（A-6-3）。
・集団の活動において，より良い成果を上げるために，指導者として他者と協働し，作業を行うことができる（A-7-3）。
・学修状況を自己分析し，その成果を評価することができる（A-8-3）。
授業の方法 授業の形式：【ゼミ】
参加者のプレゼンテーション（輪講）を基本とし発表者以外の学生も質疑に加わって学習内容のより深い理解につなげる．
各自，パワーポイントで自分の担当箇所のスライドを作製しZoomを通して発表する．
履修条件 学科内規に定められた条件を満たすこと．
授業計画
1 授業の進め方，輪講の順番，取り扱う内容の入門的な紹介を行う．
情報理論を学ぶ意義について紹介する
【事前学習】教科書の1.1節を読んでおくこと （2時間）
【事後学習】教科書の1.1節の内容を理解しておくこと （2時間）
2 高校の熱力学の復習を行う．(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の1.2節前半を読んでおくこと （2時間）
【事後学習】教科書の1.2節前半の内容を理解しておくこと （2時間）
3 微分積分の復習を行う．(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の1.2節後半を読んでおくこと （2時間）
【事後学習】教科書の1.2節後半の内容を理解しておくこと （2時間）
4 熱力学的エントロピーの加法性について学ぶ．(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の2.1節前半を読んでおくこと （2時間）
【事後学習】教科書の2.1節前半の内容を理解しておくこと （2時間）
5 熱力学的エントロピーの加法性に関するある不等式について学ぶ．(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の2.1節後半を読んでおくこと （2時間）
【事後学習】教科書の2.1節前半の内容を理解しておくこと （2時間）
6 統計学的エントロピーについて学ぶ.そのためにWallisの公式を復習する．(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の2.2節前半を読んでおくこと （2時間）
【事後学習】教科書の2.2節前半の内容を理解しておくこと （2時間）
7 統計学的エントロピーについて学ぶためにスターリングの公式を導く．(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の2.2節中半を読んでおくこと （2時間）
【事後学習】教科書の3.2節中半の内容を理解しておくこと （2時間）
8 スターリングの公式を用いてエントロピー最大化原理を学ぶ．(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の2.2節後半を読んでおくこと （2時間）
【事後学習】教科書の2.2節後半の内容を理解しておくこと （2時間）
9 自己情報量について学ぶ. 確率遷移行列およびエントロピーの性質について学ぶ.それらを理解できるようになる。(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の3.1節を読んでおくこと （2時間）
【事後学習】教科書の3.2節の内容を理解しておくこと （2時間）
10 エントロピーの公理系について学ぶ.(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の3.2節前半を読んでおくこと （2時間）
【事後学習】教科書の3.2節前半の内容を理解しておくこと （2時間）
11 エントロピーの一意性定理の証明を学ぶ. (A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の3.2節（定理3.6とその証明）を読んでおくこと （2時間）
【事後学習】教科書の3.2節（定理3.6とその証明）の内容を理解しておくこと （2時間）
12 エントロピー関数の特徴付けおよびShannonエントロピーと統計力学的エントロピーの関係について学ぶ. それらを理解できるようになる．(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の3.2節後半を読んでおくこと （2時間）
【事後学習】教科書の3.2節後半の内容を理解しておくこと （2時間）
13 一意復号可能符号・瞬時復号可能符号について学ぶ．(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の4.1節を読んでおくこと （2時間）
【事後学習】教科書の4.1節の内容を理解しておくこと （2時間）
14 Shannon符号, Fano符号について学ぶ. それらを理解できるようになる.
(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の4.2節前半を読んでおくこと （2時間）
【事後学習】教科書の4.2節前半の内容を理解しておくこと （2時間）
15 情報源符号化定理およびHuffman符号nについて学ぶ．
(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の4.2節後半を読んでおくこと （2時間）
【事後学習】教科書の4.2節後半の内容を理解しておくこと （2時間）
その他
教科書 古市 茂 『情報理論: エントロピーと符号化定理』 日本評論社 2021年 第1版
参考書 なし
成績評価の方法及び基準 レポート:授業内容に関する課題に取り組みレポートを提出してもらい評価する.(40%)、授業参画度:毎回の授業での発表内容・方法・結果(60%)
オフィスアワー 質問についてはblackboardから電子メールを通してお願いします．
備考 ・輪講担当箇所は当日に決まるので，全員が，該当箇所を予習してくること．
・病気・ケガなどで欠席する場合は可能な限り全履修生にわかるような形で早めに連絡すること．

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