シミュレーション入門<初年次ゼミナール>

科目名
Course Title
授業コード 単位数 配当年次 開講期間
Term
科目分類 ナンバリング
コード
曜日
コマ
教室 担当教員氏名
Instructor
シミュレーション入門<初年次ゼミナール>
First Year Seminar
A110010042 2 1 前期授業 初年次ゼミナール FLCFE1101-J2 水4 オンライン(中百舌鳥キャンパス) 田畑 稔

オフィスアワー

メイル(mnrtabata@gmail.com)で随時受け付けます

授業目標

映像教材を観たり掲載資料を読んで貰う形の非同期オンライン形式で進めます.通常のゼミ形式ではありませんので、注意してください.まず授業支援システムに行ってください.

皆さんは数学それ自身を学んできたと思いますが、数学や計算機を使って何かを理解した経験はあるでしょうか?このゼミナールでは、数学や計算機を使って社会で起きる現象をシミュレートすることにより理解・解明します。感染症はどのように広がっていくのか?、人はどのように移動するのか?、原発の安全性はどのように計算されているのか?生物の生き残りや淘汰はどのようにして起きるのか?日本列島にどのようにして人類が定住したか?という具体的な現象を調べ、討議することで、その現象の根底にある「数学的構造」を数理モデルを使ってシミュレーションによって理解するのが最終目標です。このゼミナールを通して、以下の能力を身に付けて欲しいと願っています。

(1) 物事の根底にある構造を理解する能力
(2) 知識・情報の収集を自らできる能力
(3) 収集した知識・情報を活用して自ら考える能力
(4) 自分の考えを他人に分かるように表現・発表できる能力
(5) 他の考えを理解し,自分の考えを自分で再検討できる能力

教科書

HPからのダウンロード資料を利用する.
プログラムはWindows 版 Visual C++ に対応しています.自宅でプログラムを走らせる場合はVisual Studio Community をインストールしてください.Xcodeには対応していませんので注意してください.

参考書

HPからのダウンロード資料を利用する.

関連科目

なし

授業時間外の学習(準備学習等について)

HPに記載される指導教員の指示に従い,指定された文献をよく読んできてください.

授業の概要

映像教材を観たり掲載資料を読んで貰う形の非同期オンライン形式で進めます.通常のゼミ形式ではありませんので、注意してください.まず授業支援システムに行ってください.

1回目:授業の進め方の説明.
2回目:原子炉の安全性はどのように計算されているのだろうか?
3回目:伝染病はどのように社会に広がっていくのだろうか?
4回目:自己紹介しよう
5回目:「死亡率の非常に高い感染症で全人類の大半が死滅するような事態が生じるか?」
6回目:筋弛緩剤点滴事件を参考に確率論を犯罪捜査に利用する方法について考えます.
7回目:シミュレーションで放火犯人の住所を割り出してみよう.
8回目:インフルエンザの流行について以下の問題を考えよう
9回目:治療行為が本当に感染者数を減らす効果があるのか?について考えましょう.
10回目:ブラックバスを琵琶湖から駆除することは可能なのだろうか?
11回目:生態系を計算機の中に作ってみよう.外来種が生態系に与える影響についてモデルを使って調べます.
12回目:実際に数理生態学モデルを動かしてみて,どんな解が現れるのか調べよう.
13回目:数理モデルが持つ問題点.今まで学んだ数理モデルの問題や不満な点について各自意見交換しましょう.
14回目レポート提出課題を説明したあとで,農村を取り巻く生態系を数理モデル(ロトカ・ヴォルテラ方程式)を用いて考察します.
15回目レポートはどうやって書くべきなのかについて説明を行います.

授業計画

第1回 1.シミュレーションとはなんだろうか? 準備学習等 講義ごと出す課題をやってきてください。
第2回 2.伝染病はどのように社会に広がっていくのだろうか?致死性ウイルスが街を襲ったら?現在新型コロナ感染症が世界を襲っています.世界レベルの話を考える前に、伝染病はどのように社会に広がっていくのだろうか? という問題を、街レベルで考えてみましょう. 準備学習等 講義ごと出す課題をやってきてください。
第3回 3.スペイン風邪の悲劇.今から100年前に新型コロナ感染症のようなパンデミックが世界を襲いました.それがスペイン風邪です.先ずは歴史に学ぶために、スペイン風邪について学習しましょう. 準備学習等 講義ごと出す課題をやってきてください。
第4回 4.数理疫学序論.数理モデリングの具体例として、現在新型コロナ感染症の感染拡大予測のシミュレーションでも活躍している数理疫学モデルを考えます. 準備学習等 講義ごと出す課題をやってきてください。
第5回 5.「死亡率の非常に高い感染症で全人類の大半が死滅するような事態が生じるか?」という問題を糸口に,極端に死亡率が高い感染症は蔓延できず総死亡者数は少なくなるという所謂「死亡率のパラドックス」をSIRモデルを使って説明します. 準備学習等 講義ごと出す課題をやってきてください。
第6回 6.Visual Studio Community 2019 をインストールしましょう! 準備学習等 講義ごと出す課題をやってきてください。
第7回 7.プログラムを実行しよう! 準備学習等 講義ごと出す課題をやってきてください。
第8回 8.SIRモデルの数値計算プログラムを実際に走らせてデータを取り,死亡率の上昇に伴って総死亡者数が減少する様子を観察しましょう. 準備学習等 講義ごと出す課題をやってきてください。
第9回 9.計算結果をエクセルでグラフ表示してみよう. 準備学習等 講義ごと出す課題をやってきてください。
第10回 10.プログラムの意味を理解しよう. 準備学習等 講義ごと出す課題をやってきてください。
第11回 11.新興感染症の始まりについて理解しよう.新興感染症は前世紀のAIDSに始まります.その後詳しく説明したエボラ出血熱、SARS, MERS, そして今回の新型コロナ感染症と立て続けに現れてきました.ここでは新興感染症の最初の例となったAIDS の感染拡大の様子を調べましょう. 準備学習等 講義ごと出す課題をやってきてください。
第12回 12.新型コロナ感染症でもワクチンの開発競争が加速しています.しかしワクチンには副作用がつきものです.全員に接種するだけのワクチンを作るのも大変です.一体何割の人がワクチン接種を受けたらいいのでしょうか? 準備学習等 講義ごと出す課題をやってきてください。
第13回 13.新型コロナ感染症を数理疫学の立場から見てみましょう. 準備学習等 講義ごと出す課題をやってきてください。
第14回 14.基本再生産数・実効再生産数ってなんだろう? 準備学習等 講義ごと出す課題をやってきてください。
第15回 15.数理生態学入門(ビデオを観て理解しましょう) 準備学習等 講義ごと出す課題をやってきてください。

成績評価

課題提出により合計100点満点で評価する.C(合格)となるためには60点以上が必要である.

備考(実務経験の活用を含む)

教材(C++プログラム)はWindows 版Visual Studio のみ対応しています.Mac 版のXcode には対応していません.そのため自宅にMacしか持っていない皆さんは受講困難です.