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序論(9月29日)

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何を学ぶか?
基礎科学としての
計算機科学 – Computer Science
計算機科学Ⅰ
の考え方や手法,その重要性
システム情報科学研究院・情報学部門
瀧本 英二
計算機科学
スペースシャトル
エンジン
鉄腕アトム
人工知能
熱力学
主に自然が対象
• 「観測」に基づき,現象を法則化
• 法則が正しいことは決して証明できない
• 反例が発見されると法則は棄却される
手法:数式化
パターン認識
エネルギー変換
機械学習
素粒子・量子論
アルゴリズム
F=ma
・・・と信じる
物理的アプローチ
計算機科学とは?
物理学
すべての科学技術分野の基礎となりうる
N=I
物理の法則
?
計算の法則?
参考図書
• 「教養としてのコンピュータ・サイエンス」
渡辺 治 著,サイエンス社 (¥1,550+税)
• 「アルゴリズム・サイエンス:入り口からの超入門」
浅野 哲夫 著,共立出版 (¥2,400+税)
• 「アルゴリズム・サイエンス:出口からの超入門」
岩間 一雄 著,共立出版 (¥2,400+税)
CS的アプローチ
主に文字列で表現
• あらゆる問題を,関数の計算問題として形式化
• 問題を解くための効率の良い計算手順を設計
• 計算手順の正当性や効率化の限界は証明できる
手法:アルゴリズム化
主なテーマ
• 基礎科学としての計算機科学
• 情報と計算の表現
• アルゴリズムとその効率の重要性について
• 計算の限界について
• 問題の形式化,モデル化について
• 組み合わせ論や数論とかかわりについて
資料置場(整備中):
http://www.i.kyushu-u.ac.jp/~eiji
e-mail: [email protected]
1
ウォームアップ
ウォームアップ
• そもそも「計算」とは?
• そもそも「計算」とは?
例1:プログラミングコンテストの課題
「円周率の小数点以下100桁までを求めよ」
例2:数学の未解決問題の真偽判定
「コラッツ-角谷予想が正しいか判定せよ」
writeln(‘3.141592653589793238462643383279
502884197169399375105820974944
592307816406286208998628034825
3421170679’);
はOK? インチキ?
プログラム1: writeln(‘true’);
プログラム2: writeln(‘false’);
任意の自然数 a に対し,
aが奇数 ⇒ a := 3a+1
aが偶数 ⇒ a := a/2
の操作を繰り返すと,
いつかは 1 になる
のどちらかは正しく計算している?
ウォームアップ
ウォームアップ
• そもそも「計算」とは?
• そもそも「計算」とは?
例3:紐とおもりを使った計算
「閉路のない道路地図における最長の道」
例3:紐とおもりを使った計算
「閉路のない道路地図における最長の道」
以下の方法は,アルゴリズムと呼べる?
以下の方法は,アルゴリズムと呼べる?
1. 紐とおもりを使って道路地図を工作
2. どこか1つの頂点を持って,ぶら下げる
3. 一番下の頂点を持って,ぶら下げる
1. 紐とおもりを使って道路地図を工作
2. どこか1つの頂点を持って,ぶら下げる
3. 一番下の頂点を持って,ぶら下げる
2
以下の方法は,アルゴリズムと呼べる?
1. 紐とおもりを使って道路地図を工作
2. どこか1つの頂点を持って,ぶら下げる
3. 一番下の頂点を持って,ぶら下げる
CS的アプローチの例
アセチルコリン受容体の
膜貫通領域を特徴付ける
アミノ酸配列とは?
これが
最長経路!
アセチルコリン受容体
蛋白質
細胞膜
[篠原,下園’93]
CS的アプローチの例
CS的アプローチの例
• 問題の一般化,抽象化
入力:
膜貫通領域のアミノ酸配列
PLGFVKVLQWVFAIFAFATCGSY
FFVTVAVFAFLYSMGALATYIFL
GPMLDFLATAVFAFMWLVSSSAWA
GLNTSVVFGFLNLVLWVGNLWFVF
YWVIHSITIPMLFIAGWLFVSTGLA
VLSSDIIILTITRCIAILYIYF
YILGIAGLFTIFSSFVFSTVVIHFL
ALPFFLLLIDLSRASALAKFALSSNS
膜非貫通領域のアミノ酸配列
KTGQAPGYSYTAANKNKGIIWGEDTLM
GGKHKTGPNLHGLFGRKTGQAP
PKKYIPGTKMIFAGIKKKTEREDL
NKNKGITWGEETLMEYLENPKKYIPGTK
GRKTGQAVGFSYTDANKNKGITWGEDTLME
KKIFVQKCAQCHTVEKGGKHKT
EKGGKHKTGPNLHGLFGRKTGQAEGFSYTD
KYIPGTKMIFAGIKKKSERADLI
あるなしクイズ
あ る
な い
コスタリカ共和国アラフエタ州
老いては子に従え
パンナコッタ158円
エイコサペンタエン酸
コンピュータサイエンス
アメリカ合衆国ユタ州
袖触り合うも多生の縁
フルーツタルト258円
ドコサヘキサエン酸
システムエンジニアリング
出力:2つの配列集合を分離する規則
答えはわかりましたか?
まだですか?
CS的アプローチの例
CS的アプローチの例
あるなしクイズ
あ る
コスタリカキョウワコク
アラフエタシュウ
オイテハコニシタガエ
パンナコッタ
ヒャククゴジュウハチエン
エイコサペンタエンサン
コンピュータサイエンス
あるなしクイズ
な い
アメリカガッシュウコク
ユタシュウ
ソデフリアウモタショウノエン
フルーツタルト
ニヒャクゴジュウハチエン
ドコサヘキサエンサン
システムエンジニアリング
あ る
コスタリカキョウワコク
アラフエタシュウ
オイテハコニシタガエ
パンナコッタ
ヒャククゴジュウハチエン
エイコサペンタエンサン
コンピュータサイエンス
な い
アメリカガッシュウコク
ユタシュウ
ソデフリアウモタショウノエン
フルーツタルト
ニヒャクゴジュウハチエン
ドコサヘキサエンサン
システムエンジニアリング
*コ*タ*エ* の形をしている
3
CS的アプローチの例
CS的アプローチの例
入力:
膜貫通領域のアミノ酸配列
PLGFVKVLQWVFAIFAFATCGSY
FFVTVAVFAFLYSMGALATYIFL
GPMLDFLATAVFAFMWLVSSSAWA
GLNTSVVFGFLNLVLWVGNLWFVF
YWVIHSITIPMLFIAGWLFVSTGLA
VLSSDIIILTITRCIAILYIYF
YILGIAGLFTIFSSFVFSTVVIHFL
ALPFFLLLIDLSRASALAKFALSSNS
膜非貫通領域のアミノ酸配列
KTGQAPGYSYTAANKNKGIIWGEDTLM
GGKHKTGPNLHGLFGRKTGQAP
PKKYIPGTKMIFAGIKKKTEREDL
NKNKGITWGEETLMEYLENPKKYIPGTK
GRKTGQAVGFSYTDANKNKGITWGEDTLME
KKIFVQKCAQCHTVEKGGKHKT
EKGGKHKTGPNLHGLFGRKTGQAEGFSYTD
KYIPGTKMIFAGIKKKSERADLI
出力:2つの配列集合を分離する正規表現
膜貫通領域のアミノ酸配列
PLGFVKVLQWVFAIFAFATCGSY
FFVTVAVFAFLYSMGALATYIFL
GPMLDFLATAVFAFMWLVSSSAWA
GLNTSVVFGFLNLVLWVGNLWFVF
YWVIHSITIPMLFIAGWLFVSTGLA
VLSSDIIILTITRCIAILYIYF
YILGIAGLFTIFSSFVFSTVVIHFL
ALPFFLLLIDLSRASALAKFALSSNS
膜非貫通領域のアミノ酸配列
KTGQAPGYSYTAANKNKGIIWGEDTLM
GGKHKTGPNLHGLFGRKTGQAP
PKKYIPGTKMIFAGIKKKTEREDL
NKNKGITWGEETLMEYLENPKKYIPGTK
GRKTGQAVGFSYTDANKNKGITWGEDTLME
KKIFVQKCAQCHTVEKGGKHKT
EKGGKHKTGPNLHGLFGRKTGQAEGFSYTD
KYIPGTKMIFAGIKKKSERADLI
*[RKDENQH][RKDENQH]* の形をしている
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