コンピュータ科学

1. コンピュータ科学 2002.4.16 第１回目講義

2. 講義予定 • 情報と情報量（第１～２週） • コンピュータの歴史（第２週） • コンピュータの動作原理（第３・４・５週） • コンピュータ内部の数値と文字の表現方法（第６・７・８週） • オペレーティングシステムとプログラミング言語（第９・１０週） • 計算科学とシミュレーション（第１１週）

3. 成績評価方法 （１）期末試験 （２）小リポート（毎週） 次週の講義前までに、千葉研究室（６４２０室）の前のポストに提出。 他人のリポートの丸写しは、写した人も写させた人も零点とする。 情報開示：成績・得点について知りたい人・疑問のある人には、データをお見せします。千葉研究室に来てください。

4. 講義の目的 • コンピュータのしくみを知り、情報分野の基礎知識を身につける。 • 情報分野のアルファベットやカタカナ文字に振り回されないように、コンピュータの基本を勉強する

5. コンピュータの利用分野 • 家庭電化製品（炊飯器、冷蔵庫、洗濯機、電子レンジ、掃除機、テレビなど） • ゲーム機（PS2、GameBoy、N64など） • 通信機器（電話機、携帯電話など） • 運搬器具（自動車、電車、新幹線など） • 物流管理、商品管理（宅急便、POSなど） • 医療機器 • 工業・農業等、全産業の製品生産管理 • 気象予報、その他

6. 情報とは • 生物と無生物の違いは？ • 生物と無生物にとっての情報とは？ • 生物はどのようにして情報を取得しているか？ ☆定義：情報 ①生物が行動を決定する際に用いるデータ ②生物が子孫に受け渡すデータ（遺伝子）

7. 情報がなくては生物は生きていけない。 • 情報を適切にキャッチ・処理・利用してきた生物が種間の生存競争に勝ってきたのではないか？ • 人間にとっても、情報を適切にキャッチ・処理・利用することが大変重要。 • 情報科学（コンピュータ科学） • 人間が行動を決定するための情報を、数量として客観的に分析評価する科学

8. 情報の氾濫（人間にとって良い状況か？） • 行動を決定するためのデータが多すぎて決定できない状態（今の世の中の状態） • インターネットはこのままで良いのか？ • 小中学生から情報たれ流しのインターネットに触れさせる必要があるのか？ • 情報たれ流しのTVはチャンネル数が増えるばかり。このままで良いのか？ • 携帯電話やゲーム機は本当に必要なのか？

9. 情報量とは 　情報を科学的に捉えるために、情報の量を定義したもの。

10. 情報量を比べよう さ 桜

11. 情報量を比べよう か K

12. ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZｱﾙﾌｧﾍﾞｯﾄ　26文字ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZｱﾙﾌｧﾍﾞｯﾄ　26文字 あいうえおかきくけこさしすせそたちつてとなにぬねのはひふへほまみむめもやゆよらりるれろわをん ひらがな　48文字 JIS第１水準漢字　2965個 JIS第２水準漢字　3384個

13. 種類の多い文字ほど、1文字あたりの情報量が多い！！種類の多い文字ほど、1文字あたりの情報量が多い！！

14. 0と1の２文字だけからなる言語体系を考える ☆定義：この場合の1文字が持つ情報量を1ビットとする。

15. 次にABCDの４文字からなる言語体系を考える ABCDの4文字を2文字の言語体系の0と1で表す場合、どのような方法があるかを考えよう。 文字 符号 A 0 0 B 0 1 C 1 0 D 1 1

16. 次にABCDEFGHの８文字からなる言語体系を考える次にABCDEFGHの８文字からなる言語体系を考える この８文字を2文字の言語体系の0と1で表す場合、どのような方法があるか考えよう。 文字 符号　　文字 　符号 A 0 0 0E 1 0 0 B 0 0 1F1 0 1 C 0 1 0G1 1 0 D 0 1 1H1 1 1

17. 一般の文字（情報）を０と１の2種類の文字（記号）の体系に変換することを2進符号化と言う。一般の文字（情報）を０と１の2種類の文字（記号）の体系に変換することを2進符号化と言う。 ☆定義：2進符号化した時の0と1の桁数を、元の文字（情報）が持つ情報量と言う。

18. 文字 符号 A 0 0 B 0 1 C 1 0 D 1 1 4文字の体系の場合は1文字あたり2ビットの情報量 ８文字の体系の場合は1文字あたり３ビットの情報量 文字 符号　　文字 　符号 A 0 0 0E 1 0 0 B 0 0 1F1 0 1 C 0 1 0G1 1 0 D 0 1 1H1 1 1

19. 問題１　A～Pまでの16文字の体系の各文字を2進符号化しなさい。問題１　A～Pまでの16文字の体系の各文字を2進符号化しなさい。 問題２　１６文字の体系の各文字が持つ情報量は何ビットか答えなさい。

20. 一般にN個の文字からなる体系の１文字あたりの情報量は次のように与えられる。一般にN個の文字からなる体系の１文字あたりの情報量は次のように与えられる。 ２ a = N a：情報量（ビット） 上式は対数を使うと、a = log2Nとなる。

21. 問題３ アルファベット２６文字を全て２進符号化せよ。そして１文字あたりの情報量を求めよ。 ［ヒント］　Log2 26 = 4.70

22. 問題４ 数字の列656599が持つ情報量を、ここまでの考え方を延長して考えてみよう。 ［ヒント］　各桁の数字は、0から9までの選択肢から決まっていると考える。 なお、Log2 10 = 3.32

23. 問題５ 広辞苑の情報量を求めてみよう。 ［ヒント］　広辞苑は約3000ページ、１ページあたり約5000文字で構成される。日本語の文字数は、JIS第１水準漢字が2965個、第２水準漢字が3384個、ひらがな83個、カタカナ86個である。

24. 問題６　CD１枚の情報量を求めなさい (1)まず、トラック間の間隔=1.6μmとして、トラックの本数を求めなさい。 （２）トラック１周の平均長さを直径9cmの円周長と考えて、トラックの総延長の長さを求めなさい。 （３） １バイトあたりの記録長さを1μm/Byteと考えて、CD１枚の情報量を求めなさい。1Byte=8Bit ピット 6 cm 12cm

25. 符号化と復号化 • 何らかの情報を持つ数字の列を符号（コード）と呼ぶ。 • 情報を符号に変換することを符号化と呼ぶ。 • 符号を情報に変換することを復号化と呼ぶ。 • 特に0と1の数字だけの２進数に変換することを２進符号化と言い、符号の一桁を１ビットと呼ぶ。

26. 問題５の答え 2965+3384+83+86=6518 Log2 6518 = 12.67 3000 x 5000 x 12.67 = 1.9 x 108ビット = 190 メガビット = 23.7 メガバイト （１バイト = 8ビット、１メガ=106）

27. 問題６の答え　CD１枚の情報量を求めなさい (1)まず、トラック間の間隔=1.6μmとして、トラックの本数を求めなさい。 0.03/1.6×10-6 = 18750本 （２）トラック１周の平均長さを直径9cmの円周長と考えて、トラックの総延長の長さを求めなさい。 0.09×3.14×18750 ≒ 5300m （３）１ビットあたりの記録長さを1μm/Byteと考えて、CD１枚の情報量を求めなさい。 5300÷(1×10-6) = 5300 x 106ビット ≒ 663 メガバイト