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シミュレーション

書籍情報
シリーズ名未来へつなぐ デジタルシリーズ 【18】巻
ISBN978-4-320-12318-2
判型B5 
ページ数260ページ
発行年月2013年02月
本体価格2,800円
シミュレーション 書影
シミュレーション

コンピュータの発展に伴って,コンピュータシミュレーションは従来科学の実験的な研究方法の補助となるばかりでなく,新たに数値シミュレーションによる研究方法を提供している。その研究分野は,自然科学のみならず,社会科学や人文科学にも広く応用される方法となっている。本書では,このような多岐にわたるシミュレーションの分野を,シミュレーションのモデル化に関する議論から始めて,疑似乱数に関する議論,待ち行列モデルによるシミュレーション,微分方程式に基づく数値シミュレーション,セルオートマトンやマルチエージェントシミュレーションといった離散的なモデルのシミュレーション技術,分子動力学シミュレーションの方法論などを,詳細に解説している。応用分野としては,物理現象や生態系の分析,社会現象のシミュレーションなどについて解説している。サンプルプログラムなども掲載し,学習の理解を深めることができる。演習問題も用意されており,コンピュータシミュレーションの概略がつかめるよう説明されている。

目次

第1章 シミュレーションの概要
1.1 シミュレーションとは
1.2 シミュレーションの種類
1.3 シミュレーションの流れ
1.4 シミュレーションの分類
1.5 シミュレーションの技法
1.6 シミュレーション結果の分析

第2章 モデリング
2.1 モデリングとは
2.2 モデル化のプロセス
2.3 モデル化の実際
2.4 モデルの検証

第3章 乱数とシミュレーション
3.1 乱数とは
3.2 乱数の生成
3.3 乱数の検証

第4章 待ち行列とシミュレーション
4.1 待ち行列モデルとは
4.2 待ち行列モデルの用語
4.3 例題:表計算ソフトを用いた待ち行列の簡易シミュレーション
4.4 待ち行列システムのシミュレーション

第5章 M/M/1待ち行列モデル
5.1 リトルの公式
5.2 サービス時間のモデル
5.3 ランダムな到着のモデル~ポアソン到着モデル
5.4 ポアソン到着と指数分布の重要な性質
5.5 待ち行列システムの表し方とケンドールの記法
5.6 M/M/1待ち行列の理論的解析
5.7 M/M/1待ち行列システムのシミュレーション
5.8 シミュレーション時間と結果の安定

第6章 連続型シミュレーション
6.1 連続型シミュレーションとは
6.2 微分方程式と実在現象
6.3 オイラー法
6.4 オイラー法の誤差
6.5 ルンゲクッタ法
6.6 2階の常微分方程式

第7章 生態系シミュレーション
7.1 生態系シミュレーションとは
7.2 指数成長モデル
7.3 ロジスティック成長モデル
7.4 低密度の影響モデル
7.5 捕食者と被食者のモデル
7.6 3種の個体からなるモデル

第8章 物理現象のシミュレーション
8.1 物理現象のシミュレーションとは
8.2 初期値問題と境界値問題
8.3 質点に基づくシミュレーション
8.4 多体問題のシミュレーション
8.5 粒子法を使った連続体のシミュレーション
8.6 格子に基づくシミュレーション
8.7 各種微分方程式

第9章 社会システムのシミュレーション
9.1 社会システムのシミュレーション
9.2 セルオートマトン
9.3 マルチエージェントモデル

第10章 シミュレーションによる問題の最適化
10.1 シミュレーションによる問題の最適化とは
10.2 遺伝的アルゴリズム
10.3 ニューラルネットワーク
10.4 蟻コロニー最適化
10.5 シミュレーテッドアニーリング

第11章 分子動力学シミュレーション(1) 液体と固体
11.1 実験,理論,そしてシミュレーション
11.2 液体や固体の分子動力学シミュレーション
11.3 周期境界条件
11.4 粒子間力
11.5 運動方程式
11.6 温度一定の運動
11.7 サンプリング
11.8 自由エネルギー
11.9 自由エネルギーの計算
11.10 モンテカルロシミュレーション

第12章 分子動力学シミュレーション(2) 蛋白質と生体分子
12.1 蛋白質の重要性
12.2 蛋白質とは
12.3 バイオインフォマティクス
12.4 分子の古典力学的モデル
12.5 蛋白質の分子動力学シミュレーション
12.6 水中の蛋白質
12.7 水のシミュレーション
12.8 計算の困難
12.9 コンピュータの進歩
12.10 蛋白質原子間の相互作用
12.11 蛋白質原子間の力
12.12 力場パラメタ
12.13 原子電荷
12.14 力場パラメタの開発
12.15 ソフトウエアの開発
12.16 クーロン力の高速計算方法の開発
12.17 PPPC法の開発
12.18 PPPC法の実装
12.19 新しいシミュレーションソフトウエアの開発

第13章 分子動力学シミュレーション(3) 高速化
13.1 ソフトウエアの構造
13.2 ベクトル化と並列化による加速
13.3 ベクトル化と並列化による加速結果
13.4 ハイブリッド並列プログラミング
13.5 ハードウエアの進歩とソフトウエアの保守

第14章 シミュレーション結果の分析
14.1 シミュレーション結果の分析とは
14.2 シミュレーションの計画と結果の検証
14.3 シミュレーション結果の分析

第15章 各種シミュレータ
15.1 シミュレーションツールの役割
15.2 離散イベントシミュレータ
15.3 ネットワークシミュレータ
15.4 構造解析シミュレータ
15.5 気流シミュレータ
15.6 分子動力学シミュレータ

付録1 待ち行列シミュレータの完全なソースコード
1 プログラムの構成
2 evqsim.h
3 evqsim.c
4 mmsim.c
5 q2sim.c

付録2 リトルの公式の証明