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情報科学研究１

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令和２年度以降入学者 情報科学研究１
教員名 古市茂
単位数    2 学年    4 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
授業形態 対面授業（一部遠隔授業）
授業の形態 対面授業を中心に一部で遠隔授業（同時双方向の場合はZoomを利用し，VODのときは動画視聴およびその課題提出）を行う。
Canvas LMSコースID・コース名称 Q08224A04　2024情報科学研究１（古市茂・前・月4）
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(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，自己の高い倫理観を倫理的な課題に適切に適用することができる。(A-1-4)
・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を用いて解決する方法を提案することができる。(A-2-4)
・仮説に基づく課題や問題を提示し，客観的な情報に基づく論理的・批判的な考察を通じて，課題に対し，具体的かつ論理整合的な見解を示すとともに，その限界を認識することができる。(A-3-4)
・創造力と独自性をもって問題解決の方法と手順を立案し，独力または他者と協働して問題を解決することができる。(A-4-4)
・責任と役割を担い，難易度が高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-5-4)
・さまざまな人々とのコミニュケーションを通じて他者との信頼関係を確立し，ときに強い影響を与えることができる。(A-6-4)
・集団の活動において，より良い成果を上げるために，他者と協働し，作業を行うとともに，指導者として他者の力を引き出し，その活躍を支援することができる。(A-7-4)
・学修状況の自己分析に基づく評価を，今後の学修に活かすことができる。(A-8-4)
授業の形式 研究
授業の方法 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 （4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 （4時間）
【授業形態】対面授業
2 高校の熱力学および微積分の復習を行う．熱力学的エントロピーについて学ぶ。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1.2節および2.1節を読んでおくこと （4時間）
【事後学習】教科書の1.2節および2.1節の内容を理解しておくこと （4時間）
【授業形態】対面授業
3 熱力学的エントロピーの加法性とある不等式について学ぶ. 統計学的エントロピーについて学ぶ.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2.1節および2.2節を読んでおくこと （4時間）
【事後学習】教科書の2.1節および2.2節の内容を理解しておくこと （4時間）
【授業形態】対面授業
4 スターリングの公式を導くうえで必要な不等式について学ぶ. 統計学的エントロピーに関して例題を通して理解を深める. 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2.2節を読んでおくこと （4時間）
【事後学習】教科書の2.2節の内容を理解しておくこと （4時間）
【授業形態】対面授業
5 (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 （4時間）
【事後学習】教科書の3.1節の内容を理解しておくこと （4時間）
【授業形態】対面授業
6 (A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の3.2節を読んでおくこと （4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 （4時間）
【授業形態】対面授業
7 通信路符号化逆定理について学ぶ。復号誤り確率の下界を見積もる。(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の6.3節を読んでおくこと （4時間）
【事後学習】教科書の6.3節の内容を理解しておくこと （4時間）
【授業形態】対面授業
8 信頼性関数の補助関数の性質について復習する。
通信路符号化逆定理を示すにあたり補助関数に必要な条件を導出する。(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の6.3節を読んでおくこと （4時間）
【事後学習】教科書の6.3節の内容を理解しておくこと （4時間）
【授業形態】対面授業
9 Gallagerの手法で，通信路符号化定理の強逆定理の証明を与える。(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の6.3節を読んでおくこと （4時間）
【事後学習】教科書の6.3節の内容を理解しておくこと （4時間）
【授業形態】対面授業
10 通信路行列が単位行列の場合に通信路符号化定理を情報源符号化の言葉で解釈する。(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の6.3節を読んでおくこと （4時間）
【事後学習】教科書の6.3節の内容を理解しておくこと （4時間）
【授業形態】対面授業
11 2元対称通信路を例に取り信頼性関数を導出する。(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の6.3節を読んでおくこと （4時間）
【事後学習】教科書の6.3節の内容を理解しておくこと （4時間）
【授業形態】対面授業
12 大数の弱法則から典型系列の定義と性質について学ぶ。(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の8.1節および5.2節を読んでおくこと。 （4時間）
【事後学習】教科書の8.1節および5.2節の内容を理解しておくこと （4時間）
【授業形態】対面授業
13 典型系列を用いて固定長符号の情報源符号化定理を証明する。(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の8.2節を読んでおくこと （4時間）
【事後学習】教科書の8.2節の内容を理解しておくこと （4時間）
【授業形態】対面授業、同時双方向型授業
14 典型系列を発展させた同時典型系列の定義とその性質のついて学ぶ。(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の8.3節を読んでおくこと （4時間）
【事後学習】教科書の8.3節の内容を理解しておくこと （4時間）
【授業形態】対面授業、同時双方向型授業
15 同時典型系列の性質を利用して通信路符号化定理の証明を与える。(A-1,2,3,4,5,6,7,8)
【事前学習】教科書の8.3節を読んでおくこと。 （4時間）
【事後学習】教科書の8.3節の内容を理解しておくこと。 （4時間）
【授業形態】対面授業、同時双方向型授業
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．
・就職活動や病気・ケガなどで欠席する場合は可能な限り全ての履修学生にわかるような形（例えばTeamsなど）で早めに連絡すること．
　いずれの場合も根拠書類（病院の領収書や就活をしたと客観的に分かるもの）を提出してください．

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