数値計算

コンピュータを用いて数値的に問題を解くときに必要となる,いくつかの基本的な数値計算アルゴリズムを講義する.線形計算,常微分方程式の数値積分,高速フーリエ変換,有限要素法等に関するアルゴリズムの構成,特徴,使い方を説明する.実際にプログラミング言語でプログラムを書き,アルゴリズムを理解し,運用することを目指す.


第1週 4/10数値計算とは 解析解,数値解
第2週4/17MATLAB ベクトルと行列,行列の操作,グラフの表示
第3週4/24常微分方程式 常微分方程式の標準形,Euler法,Heun法,Runge-Kutta法
第4週5/ 1常微分方程式 Runge-Kutta-Fehlberg法,ホロノミック制約,制約安定化法(CSM)
第5週5/ 8連立一次方程式 LU分解,連立一次方程式を解く,ピボット型LU分解
第6週5/15連立一次方程式 ピボット選択型LU分解,コレスキー分解
第7週5/22(小テスト A4一枚持ち込み可)
第8週6/ 5射影 最小二乗法,射影行列,グラム・シュミットの直交化,QR分解
第9週6/12補間 区分線形補間,スプライン補間
第10週6/19有限要素法 形状関数,剛性行列,ビームの静的変形
第11週6/26有限要素法 慣性行列,ビームの動的変形
第12週7/ 3(小テスト A4一枚持ち込み可)
第13週7/10確率的アルゴリズム 乱数,モンテカルロ法
第14週7/17フーリエ変換 離散フーリエ変換(DFT),高速フーリエ変換(FFT)
第15週7/20フーリエ変換 マッチドフィルタ,位相限定相関法

参考資料
第1週    数値計算とは 縮小版
第2週    MATLABによる数値計算 縮小版    資料
第3,4週    常微分方程式 縮小版
第5,6週    連立一次方程式 縮小版    資料
第8週    射影 縮小版
第9週    補間 縮小版
第10,11週    有限要素法 縮小版
第12週 確率的アルゴリズム 縮小版
第14,15週 フーリエ変換 縮小版



評価:定期試験60% 小テスト40%

教科書:機械システム学のための数値計算法 (第3刷)
    ISBN 978-4-339-06094-2
    正誤表
参考書:Linear Algebra and Its Applications
    Gilbert Strang  Thomson Learning ISBN 0-15-551005-3
    訳書 線形代数とその応用  山口,井上訳 産業図書 ISBN 978-4782805022
    信号処理論 (ロボティクスシリーズ 4)
    牧川 方昭  コロナ社 ISBN:978-4-339-04515-4

参考プログラム (MATLAB)
VectorMatrix.m
InnerProduct.m
Cholesky.m
van_der_Pol.m
solve_van_der_Pol.m

常微分方程式
連立一次方程式
射影
補間
確率的アルゴリズム
フーリエ変換


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