2025年度

後期

応用プログラミング演習

演習

Applied Exercise in Programming

A1500014 応用プログラミング演習 [A1/A2][遠隔(同)]

松本 宏行

1.0単位

金曜5限

新宿　遠隔

1 基礎知識の修得 20 ％
2 専門分野の知識・専門技術の修得 80 ％
3 汎用的問題解決力の修得 0 ％
4 道徳的態度と社会性の修得 0 ％

(1) MATLABの習得(2) Mathematicaの基礎習得(3) プログラミング技法の習得(4) データ処理およびグラフィックス方法の習得

到達目標をよく理解し、高いレベルでの達成を目指す意欲があること

科学技術計算のために統合されたソフトウェア環境であるMATLABやMathematicaを用いて,数値処理,2D、3Dグラフィックス,サウンド処理,信号処理、画像処理,プログラミングなどの技術を学生が習得することをねらいとしている。多くの工学問題の演習を行い,「エンジニアリングセンス」を身につけられるように授業を計画している。

PBL（課題解決型学習）／クリッカー・タブレット等ICTを活用した双方向授業／e-ラーニング等ICTを活用した自主学習支援

遠隔（同時双方向）

コンピュータ機器を用いた演習のため、キーボードおよびマウスの基本操作について確認を行うこと。
MATLABを他の授業で使用したことがある学生は事前に基本操作の確認を行うこと。
「MATLAB ONLINE」を利用できるように準備しておくことが望ましい。
データ処理の観点から、行列およびベクトルの理解が必要である。
そのため、線形代数など関連分野の基礎知識を事前に復習しておくことが望ましい。

1時間

[ガイダンス] MATLABの基本操作,行列やベクトルの取扱いについて

事後学習として、行列に関わる基礎用語、行列式、逆行列、固有値など確認を行うこと。
事前学習として、関数の考え方について確認を行うこと。もし、他のプログラミング言語の経験がある学生はその言語における基礎事項を見直しておくこと。

1時間

遠隔（同時双方向）

[関数、グラフィックス、再帰的定義] 関数定義について,グラフィックス作成,プログラミング/演習問題
再帰的定義について、階乗計算の定義、フィボナッチ数の定義、再帰的定義の工学的な応用などの解説を行う。

事後学習として、再帰的定義の長所および短所を理解できること。
事前学習として、再帰的定義とは何か、事前調査をしておくこと。

1時間

遠隔（同時双方向）

[連立方程式] 線形連立方程式の解法/演習問題

事後学習として、連立方程式から行列・ベクトル形式の変換およびその逆の展開などを自身の手でできるように復習しておくこと。
事前学習として、線形変換および固有値について基礎事項を見直しておくこと。手計算で構わないので固有値を求める方法を確認しておくこと。固有値が工学問題でどのように利用されているか事前に調べてみること。

1時間

遠隔（同時双方向）

[固有値計算] 固有値計算について/演習問題

事後学習として、固有値が工学問題でどのように利用されているか実際に定式化および計算して確認すること。
事前学習として、固有値、固有ベクトルなどの基本用語の確認をしておくこと。

1時間

遠隔（同時双方向）

[非線形方程式] ニュートン・ラフソン法/演習問題

事後学習として、反復計算の終了条件の検討を行うこと。例えば、反復回数を設定した場合と打ち切り条件を設定した場合のプログラムができるかどうかを確認しておくこと。計算結果について横軸：反復回数、縦軸：計算結果などのグラフ化を行い、反復計算の過程を「見える化」を行うこと。
事前学習として、線形連立方程式の方法を再度見直してくこと。

1時間

遠隔（同時双方向）

最小二乗法について/演習問題

事後学習として、仮定した理論式、推定式について自身の力で最小二乗法を用いてデータ処理ができること。
事前学習として、最小二乗法とはどのような定義、方法なのか、どのような場面で利用しているのか事前確認を行うこと。

1時間

遠隔（同時双方向）

[数値積分]台形公式についておよびそのほかの積分公式/演習問題

事後学習として、分割数の違いで計算量および計算精度がどのように変化するのかグラフなどを作成して考察を行うこと。
事前学習として、積分操作の基本的な理解を復習しておくこと。

1時間

遠隔（同時双方向）

[常微分方程式] オイラー法,ルンゲクッタ法について/演習問題

事後学習として、オイラー法と他の数値積分法との精度比較を行うこと。MATLABで用意されている関数（例：ode45）などを利用するための定式化ができるようになること。
事前学習として、積分についての基本事項の理解を行うこと。

1時間

遠隔（同時双方向）

[応用2] モンテカルロシミュレーション/演習問題

事後学習として、乱数の生成する数によって、推定精度はどのように変化するのか簡単な事例で試行してみること。
事前学習として、乱数とは何か、平均、分散、などの統計に関する基礎事項を理解しておくこと。

1時間

遠隔（同時双方向）

[数式処理１]数式処理について
MATLAB　数式処理ツールボックスの説明
数式処理について解説を行い、演習を行う。

事後学習として、数式処理および数値処理を効果的に使い分けて、対象とする課題に取り組み、結果が考察できるようになること。
事前学習として、数学の基礎事項、因数分解、微分、積分、行列操作などを復習しておくこと。

1時間

遠隔（同時双方向）

[数式処理２] 数式処理および関数定義について

事後学習として、関数定義の方法、および型（整数、実数、文字列）によるパターンマッチングを確認を行うこと。
事前学習として、MATLABおよびMahtematicaなどのグラフィックスの方法を復習しておくこと。

1時間

遠隔（同時双方向）

[グラフィック・サウンド] 信号処理方法について

事後学習として、取得したデータに応じて信号処理手法（ノンパラメトリック、パラメトリック）を活用できること。
事前学習として、離散的なデータ処理について、サンプリング、周波数などの基礎事項を確認しておくこと。

1時間

遠隔（同時双方向）

[応用３] 総合課題について
今までの授業で解説した事項を基にした
総合的な問題を提示し、その演習を行う。
・非線形方程式を解く（ニュートン・ラフソン法）
・運動方程式を解く（関数ode45()の利用）
などの演習

スマートフォンを用いた演習
MATLAB　MOBILEを用いると
スマートフォン上でMATLABの演習が可能となる。
スマートフォンに搭載されているセンサを用いた
データの収集、処理、描画などの操作方法などを解説を行う。
また、人工知能、機械学習への展開も補足する予定である。

事後学習として、数式処理、数値処理および描画や考察などを通じて考察ができるよう修得しておくこと。
事前学習として、数式処理法の復習をして総合課題へ取り組むこと。

1時間

遠隔（同時双方向）

[応用４] 最適化問題について　および学習成果の振り返り

事後学習として、「最適化問題のフレームワーク」（目的関数、制約条件、設計変数）の確認を行うこと。
具体的には、目的関数、制約条件、設計変数などの用語も復習を行うこと。
具体的な問題を設定し、どのように最適化問題が定式化されるか確認を行うこと。

1時間

遠隔（オンデマンド）

※遠隔（オンデマンド）として実施予定。
授業のふりかえり、今までの授業の補足説明などを行う。
授業の進捗状況によっては、当該授業について順番を入れ替えて実施する場合もあるので
授業時のお知らせも参考とすること。

今までに授業で習得した内容を復習するとともに、
各自で問題設定を行い、自らの手で解答を導き出せるような
実力チェックを行うことが望ましい。

1時間

毎回の授業において操作説明,例題の解説,課題演習そして前回課題の解説を行う。
授業時の課題演習60％,工学問題演習40％とし,60点以上の者に単位を認める。

課題の解答解説について：
通常、次回（もしくは次々回）において解答解説もしくは解答に相当するヒントの提示を行う。
期限までに課題が作成できなかった場合には、それらの解説を参考にして
課題の提出を行うことが望ましい。

指定教科書なし
授業時に適宜資料（デジタルデータ）を配布する予定。

MATLABについては下記の書籍をお勧めしたい。
藤原 毅夫, MATLABクイックスタート: 数式処理から機械学習まで,東京大学出版会.
森勢 将雅, ひたすら楽して音響信号解析: MATLABで学ぶ基礎理論と実装, コロナ社.
和田 成夫,MATLABによる信号処理実習,森北出版
さらに、
北村 達也；はじめてのMATLAB，近代科学社．
奥野 貴俊,‎ 中島 弘史；MATLABではじめるプログラミング教室，コロナ社．
上坂 吉則；MATLABプログラミング入門，牧野書店.
小林 一行；最新MATLABハンドブック 第六版，秀和システム.
もお勧めしたい。
Mathematicaについて下記の書籍をお勧めしたい。
（ただし,出版時期やVerの違いなどがあるので注意されたい。
出版時期を新しい順に並べている。）
ウルフラムリサーチ；ハンズ・オン・スタートMathematica-Wolfram言語によるプログラミング，丸善出版．
川平　友規；レクチャーズオンMathematica,プレアデス出版.
中川　栄一,‎ 勝　明次郎；Mathematicaへの誘い-今日から始める基礎と応用，成山堂書店．
日本Mathematicaユーザ会；入門Mathematica,東京電機大学出版局.
榊原　進；はやわかりMathematica第3版，共立出版.

授業前後の質問相談およびメールでの相談とします。

松本のメールアドレス（工学院のメールアドレス）
au30629@g.kogakuin.jp

メールタイトル：【質問】応用プログラミング演習
本文：
学生番号、氏名を明記の上、
メールにて質問相談をお願いします。

MATLABの基本操作を習得し、
繰り返し工学問題を解くことで実力が身につきます。
当該授業を履修したあとも研究室などで
継続して使用して応用力を育成して欲しいと思います。
補足：
2025年度は「遠隔（双方向）」を想定しています。
なお、遠隔授業へ実施の場合には、
Mathematicaによる数式処理の演習は
MATLAB数式処理ToolBoxへ代替して実施する予定です。
時間余裕あれば、Mathematicaのデモ、演習なども予定しています。

なお、クラウド型のMATLAB（MATLAB ONLINE）にて
自宅でMATLAB演習することが可能です。お勧めします。
ただし、スマートフォンではMATLAB演習時の操作が大変です。
そのため、使用機器はパソコン（もしくはタブレット機器）とします。
教材資料を確認するため、スマートフォンを利用することは構いません。
【重要】
授業開始前に必ず、MathWorksアカウントを登録完了お願いします。
Webブラウザ：Google　Chrome（大学アカウント）から
https://jp.mathworks.com/login へアクセスしてください。
　次に、メールアドレスとパスワードを設定します。
メール アドレス
⇒大学のメールアドレス（従来のメールアドレス。注意：gmailではない）
を必ず入力してください。
※他のメールアドレスを利用すると使用できません。
パスワード；
⇒各自で設定してください。
（工学院での通常のID、パスワードとは連携していません。）
パスワード設定ルール
・8文字から50文字以内
・大文字と小文字を１文字以上使用
・数字を1文字以上使用
と制約があります。
登録が完了しますと、
MATLAB ONLINEが利用できます。
これらの操作方法の詳細は1回目授業で解説します。

実務家担当科目ではない

該当なし

関連する科目である

Ⅲ3b/Ⅲ3c