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くらしの中の情報 科学 － ネットワークからナノテク・ゲノムまで － くらしの中のコンピューター・サイエンス ②

くらしの中の情報 科学 － ネットワークからナノテク・ゲノムまで － くらしの中のコンピューター・サイエンス ②. 喜田 拓也 北海道大学大学院情報科学研究科 コンピュータサイエンス専攻 准教授. 北海道大学大学院情報科学研究科公開講座. 2012/11/29. 本日の講義内容. 「情報」をデジタル化する ２進数について ２ 進数からマルチメディアの表現へ 「情報」を小さく表現する データ圧縮技術について Lempe l-Ziv 法 「情報」を間違いなく届ける 誤り 訂正 技術について 水平垂直パリティ符号 私たちが研究していること アルゴリズムとは

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くらしの中の情報 科学 － ネットワークからナノテク・ゲノムまで － くらしの中のコンピューター・サイエンス ②

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Presentation Transcript

  1. くらしの中の情報科学－ネットワークからナノテク・ゲノムまで－くらしの中のコンピューター・サイエンス②くらしの中の情報科学－ネットワークからナノテク・ゲノムまで－くらしの中のコンピューター・サイエンス② 喜田 拓也 北海道大学大学院情報科学研究科コンピュータサイエンス専攻 准教授 北海道大学大学院情報科学研究科公開講座 2012/11/29

  2. 本日の講義内容 • 「情報」をデジタル化する • ２進数について • ２進数からマルチメディアの表現へ • 「情報」を小さく表現する • データ圧縮技術について • Lempel-Ziv法 • 「情報」を間違いなく届ける • 誤り訂正技術について • 水平垂直パリティ符号 • 私たちが研究していること • アルゴリズムとは • 喜田の研究テーマについて

  3. 「情報」をデジタル化する コンピュータとは，電気回路がたくさん集まってできたもの 電気回路の中の電圧が高いか低いかだけを区別する じゃあ，どうやって「情報」を記憶したり通信したりできるの？ （０と１の列で表現された） データ デジタル化 音楽 映像 文書

  4. 数を２進数で表す リンゴが５個 • コンピュータは二つの値しか区別できないので，２進法（２進数）を使って数を表現します ８の位 ４の位 １６の位 ２の位 １の位 • 「数」とは，個数を抽象化した概念 • 私たちは通常，１０進法による表現をつかう

  5. 音楽や映像を数の並びで表す 8 7 6 5 4 3 2 1 0 時間 7,7,8,2,1,5,5,… (250,191,142)(249,190,121)… 「数」の並び 万物は２進数で表現可能！ 音楽 映像 文書

  6. 「情報」を小さく表現する 音楽 映像 文書 ムギュ～ （とりあえず）デジタル化されたデータ 圧縮 （上手に）小さく表現されたデータ 復元 データ圧縮

  7. データ圧縮技術について すもももももももものうち １２文字 Run-length法 (192ビット) す1も8の1う1ち1 ５文字 数字５個 (100ビット) 繰り返しなど，冗長な表現を別の小さな表現に変えることでデータの量（０と１の個数；単位はビット）を削減できる！

  8. Lempel-Ziv法 「うそつききつつき」 谷川俊太郎　　 うそつききつつき きはつつかない うそをつきつき つきつつく うそつききつつき つつきにつつく みかづきつくろと つきつつく

  9. Lempel-Ziv法 「うそつききつつき」 谷川俊太郎　　 うそつききつつき きはつつかない うそをつきつき つきつつく うそつききつつき つつきにつつく みかづきつくろと つきつつく

  10. Lempel-Ziv法 「うそつききつつき」 谷川俊太郎　 うそつききつつき きはつつかない うそをつきつき つきつつく うそつききつつき つつきにつつく みかづきつくろと つきつつく 矢印は，(何文字前から，何文字分コピー)で表せる

  11. 練習問題 でたでた　つきが まるい　まるい まんまるい ぼんのような つきが (5,1) (2,2) (3,1) (3,3) (5,3) (20,3)

  12. 「情報」を間違いなく届ける ハイ，アリス！ 帰りに中華めんを買ってきてくれないか？ 分かったわボブ．中華まんね． ２つでいい？

  13. オセロの手品 魔術師： オセロの盤面（８×８）に石を敷きつめる あなた： 好きな石を一つだけ裏返す 魔術師： 裏返した石がどこかを当てる

  14. 水平垂直パリティ符号 検査ビットの計算 （9, 4)水平垂直パリティ検査符号 （ただし，ここでは と計算する） 誤り訂正符号 どこが間違っているかを受信者側が訂正できるように，「余分な情報」を付け足して符号化（０，１で表現）する

  15. 誤り訂正符号について • より効率よい誤り訂正符号がいくつも提案されている • ハミング符号，巡回符号，BCH符号，RS符号，LDPC符号，・・・ • （７，４）ハミング符号：　4個の情報ビット に対し， のように検査ビット を作り， と符号化する • 誤り訂正符号の実用例： • 音楽CDや DVD • ２次元バーコード • 計算機のメモリー

  16. 小休止

  17. 私たちが研究していること • 我々の「情報知識ネットワーク研究室」では， • 情報検索や知識発見に関する基礎研究を行っています • 特に，高速なパターン照合やデータマイニングのためのアルゴリズムを開発しています • また，機械学習の方法や，その応用についても研究・開発を行っています

  18. アルゴリズムとは 計算手順 ＝ アルゴリズム • コンピュータは，決まった命令（演算などの操作）しかできない • たくさんの命令を順番に並べて仕事をさせる • 効率よく仕事をさせるには，良い手順を与える必要がある • 以前は不可能とされた問題が，高速なアルゴリズムの出現で解決可能になることもある • 円周率を何億桁も計算する • 世界中のウェブページから，自分の名前を含むページをみつけだす • 今いるところから，到着地までの最短の経路をみつけだす • etc…

  19. アルゴリズムの重要性 『フカシギの数え方』 おねえさんといっしょ！ みんなで数えてみよう！（JST ERATO湊離散構造処理系プロジェクト制作）

  20. ハードディスクやメモリの容量が十分に大きくなってきた今日，コンピュータを個人的に利用する範疇において「容量を減らすためにテキストデータを圧縮して保存する」ということはほとんどないでしょう． Windowsにはフォルダごとに圧縮をかけて容量を小さくする機能がありますが，私はこの機能を使ったことがありません．画像や音声データのようなマルチメディア・データならば圧縮して保存するのが当然ですが，テキストデータを圧縮することは百害あって一利なしと思われるでしょう．しかし，例えば大量のログファイルや過去のメールデータなどは削除せずに圧縮保存しておくほうが得策です． 01111000011110011111110101101000101010100111101000101110011010111101100011101111110100110101111100110100111001101100000111111010110101111111110000010100100101001 喜田の研究テーマについて 文書ファイル群 圧縮文書ファイル群 圧縮された状態のまま高速にキーワード検索！ 中身がややこしい形になっている！

  21. 最新の研究成果：Re-pair-VF符号 よく知られたgzipという圧縮ツールよりも圧縮率が良い

  22. 新聞記事(reuters21578)上の検索速度

  23. まとめ • 本講義「くらしの中のコンピューター・サイエンス②」では， • 情報を「２進数へデータ化」する方法 • データをコンパクトに表現する「データ圧縮」 • データを誤りなく伝達するための「誤り訂正」 　について学びました． • 効率よい計算をするためには，「アルゴリズム」が大事であることを学びました． • 喜田は，情報検索とデータ圧縮のアルゴリズムについて研究しています．

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