2025年 理工学部 シラバス - 物理学科
設置情報
| 科目名 | 数式・画像処理 | ||
|---|---|---|---|
| 設置学科 | 物理学科 | 学年 | 2年 |
| 担当者 | 平松・藤井 | 履修期 | 後期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 木曜1 |
| 校舎 | 駿河台 | 時間割CD | M41N |
| クラス | |||
| 履修系統図 | 履修系統図の確認 | ||
概要
| 学修到達目標 | Python を利用して数学の問題を解ける。代数計算・微分積分・微分方程式・統計処理・数式処理・信号処理の取り扱い方に慣れ，シミュレーションデータや実験データの可視化ができるようになる。 |
|---|---|
| 授業形態及び 授業方法 |
「対面授業」 駿河台校舎計算機演習室での実習を中心とした講義を行う。 |
| 履修条件 | 予備知識は特に必要ありません。ただし，情報教育研究センターが発行しているIDとパスワードは必ず把握しておくこと。 |
| ディプロマ・ポリシー（DP）及びカリキュラム・ポリシー（CP）との関連 | 本授業科目はDP3及びCP3に該当しています。 |
授業計画
| 第1回 | 講義概要：Python の概要と授業の目的の把握。Python によるプログラミング環境の整備。 | 事前学修：余裕があれば Python の雰囲気をつかんでおくこと。 事後学修：授業の内容を復習し，疑問点を明らかにして次回に質問できるようにしておくこと。 | 【事前学修】０時間 【事後学修】２時間 |
|---|---|---|---|
| 第2回 | Python を用いた基本的な処理 ・算術演算，文字列の操作 ・リスト，配列 ・ 制御構文 ・乱数 | 事前学修：前回の授業内容の復習を行っておくこと。 事後学修：授業の内容を復習し，疑問点を明らかにして次回に質問できるようにしておくこと。 | 【事前学修】２時間 【事後学修】２時間 |
| 第3回 | ファイルの入出力 ・ テキストファイルの読み書き | 事前学修：前回の授業内容の復習を行っておくこと。 事後学修：授業の内容を復習し，疑問点を明らかにして次回に質問できるようにしておくこと。 | 【事前学修】２時間 【事後学修】２時間 |
| 第4回 | Sympy を用いた数式処理 ・数式の取り扱い，簡単な演算，単純化 ・代数方程式，微分方程式 ・行列 | 事前学修：前回の授業内容の復習を行っておくこと。 事後学修：授業の内容を復習し，疑問点を明らかにして次回に質問できるようにしておくこと。 | 【事前学修】２時間 【事後学修】２時間 |
| 第5回 | Matplotlib を用いたグラフの作成１ ・1次元の関数，離散データの取り扱い，プロットの装飾 | 事前学修：前回の授業内容の復習を行っておくこと。 事後学修：授業の内容を復習し，疑問点を明らかにして次回に質問できるようにしておくこと。 | 【事前学修】２時間 【事後学修】２時間 |
| 第6回 | Matplotlib を用いたグラフの作成２ ・3次元プロット ・密度プロット，等高線，ベクトル場 | 事前学修：前回の授業内容の復習を行っておくこと。 事後学修：授業の内容を復習し，疑問点を明らかにして次回に質問できるようにしておくこと。 | 【事前学修】２時間 【事後学修】２時間 |
| 第7回 | Numpy と Scipy を用いた線形代数 ・ベクトルの内積，外積 ・行列の演算，行列式，ランク，固有値，固有ベクトル，逆行列 ・連立一次方程式 | 事前学修：前回の授業内容の復習を行っておくこと。 事後学修：授業の内容を復習し，疑問点を明らかにして次回に質問できるようにしておくこと。 | 【事前学修】２時間 【事後学修】２時間 |
| 第8回 | Numpy と Scipy を用いた微積分 ・一変数の微分，多変数の勾配・ベクトル場 ・数値積分 | 事前学修：前回の授業内容の復習を行っておくこと。 事後学修：授業の内容を復習し，疑問点を明らかにして次回に質問できるようにしておくこと。 | 【事前学修】２時間 【事後学修】２時間 |
| 第9回 | Numpy と Scipy を用いた統計処理 ・average, mean, sum, std, var などの基本的な統計量の計算 ・Pandas | 事前学修：前回の授業内容の復習を行っておくこと。 事後学修：授業の内容を復習し，疑問点を明らかにして次回に質問できるようにしておくこと。 | 【事前学修】２時間 【事後学修】２時間 |
| 第10回 | Numpy と Scipy を用いたデータの補間 ・多項式補間，スプライン補間 | 事前学修：前回の授業内容の復習を行っておくこと。 事後学修：授業の内容を復習し，疑問点を明らかにして次回に質問できるようにしておくこと。 | 【事前学修】２時間 【事後学修】２時間 |
| 第11回 | 応用１ ・最小二乗法による実験データのフィッティング ・誤差の伝搬 | 事前学修：前回の授業内容の復習を行っておくこと。 事後学修：授業の内容を復習し，疑問点を明らかにして次回に質問できるようにしておくこと。 | 【事前学修】２時間 【事後学修】２時間 |
| 第12回 | 応用２ ・フーリエ級数 ・フーリエ変換による信号解析 | 事前学修：前回の授業内容の復習を行っておくこと。 事後学修：授業の内容を復習し，疑問点を明らかにして次回に質問できるようにしておくこと。 | 【事前学修】２時間 【事後学修】２時間 |
| 第13回 | 応用３ ・力学の数値シミュレーション ・カオス | 事前学修：前回の授業内容の復習を行っておくこと。 事後学修：授業の内容を復習し，疑問点を明らかにして次回に質問できるようにしておくこと。 | 【事前学修】２時間 【事後学修】２時間 |
| 第14回 | 応用４ ・電磁気学の数値シミュレーション ・電磁場中の粒子の運動 | 事前学修：前回の授業内容の復習を行っておくこと。 事後学修：授業の内容を復習し，疑問点を明らかにして次回に質問できるようにしておくこと。 | 【事前学修】２時間 【事後学修】２時間 |
| 第15回 | これまでのまとめ | 事前学修：前回の授業内容の復習を行っておくこと。 事後学修：これまでの授業の内容を復習し，疑問点を明らかにして自己解決を図ること。 | 【事前学修】２時間 【事後学修】２時間 |
その他
| 教科書 |
講義資料を配布します。
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| 参考書 |
かくあき 『Python 科学技術計算入門』 SE出版 2020年 第1版
吉田拓真，尾原颯 『Numpy データ処理入門』 SE出版 2024年 第1版
Python の入門書はたくさんあります。自分に合ったものを選んでください。また，ウェブにも大量の情報があります。自力でプログラミングを行いたいのであれば，Copilot や ChatGPT 等のAIも活用してください。
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| 成績評価の方法 及び基準 |
授業中に出題・回答する課題（100%） |
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定期試験等に ついて |
平常点やレポート等の課題による評価予定 |
| 質問への対応 | 質問は授業中に行い，疑問点を次に残さないことを望みます。また，メールでも受け付けます。 |
| 研究室又は 連絡先 |
研究室：駿河台校舎8号館833D メール：決定次第お知らせします |
| オフィスアワー |
水曜 駿河台 13:20 ～ 14:50 駿河台校舎8号館833D
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| 学生への メッセージ |
プログラミングに慣れていない学生も多いかと思いますが，Copilot や ChatGPT 等のAIも活用して取り組んでください。ただし，AI の解答が正しいかどうかの判断はユーザーに委ねられています。丸投げではなく，理解の助けとなるツールとして利用してください。 |