【コンピュータ・シミュレーション】
(Computer Simulations)
[物理学科 3群 A選択 科目(配当年次: 第3学年 ) ]
 
単  位:2単位 単位認定者: 神谷健秀
授業期間: 後期  15コマ 科目分担者:
授業形態: 演習  集中
 
授業の目的

生命現象の分子動力学的解明および生体物質の構造解明のための計算機シミュレーションの基礎理論を理解する。これまでの物理学は、自然界の複雑な現象を分析して、その背後にある基本法則を発見してきたが、多自由度で非線形性の強い生体系に対しては基本法則・方程式を解析的方法であつかうことはできない。計算機シミュレーションでは基本方程式やその数学モデルを数値的に解く、すなわち、計算機シミュレーションは方程式を満たす数値を見つけるために計算機を用いて行う実験であるという感覚を身につける。

教育内容

データ解析と数値計算を引き継ぐ形で、単なる方程式の数値解を求めるのではなく、より現実的なモデルに基づいたシミュレーションの理論および方法論を習得する。解析的に解ける簡単な題材を数値的に解くことにより、基本方程式そのものの理解を深める。

教育方法

実習時に配布するプリント資料にしたがって、
1週3コマで5週にわたり下記のテーマについて講義+演習の形で行う。

 
講義内容(シラバス)
項  目 担当者 授業内容

1回 〜3回

分子シミュレーションの基本原理とプログラミングの方法

神谷

C言語の復習と発展、計算の原理、画像処理の基礎
行列の処理、微分方程式の数値解法

4回 〜6回

量子化学計算(分子軌道法)の基礎と数値計算

神谷

基本的な分子軌道法の計算法、行列の対角化、
ポストスクリプトを用いた画像データの作成

7回 〜9回

分子力学法:生体分子の分子力場

神谷

分子構造の指定法と構造パラメタ、ファンデルワールス力とクーロン力、アミノ酸残基のエネルギーマップの計算

10回 〜12回

分子のエネルギーと構造の探索、基準振動解析法

神谷

分子構造の最適化、
確率的探索(モンテカルロ法)とエネルギー勾配法

13回 〜15回

決定論的シミュレーションと
確率論的シミュレーション

神谷

分子動力学法とモンテカルロ法の基礎と応用

 
到達目標

授業項目にある各内容について簡単なプログラムが作れること。同内容について実際の大きなプログラムが読めるようになること。

評価基準

毎回出題される課題を処理し提出すること。欠席・遅刻などは大幅に減点されるが、追加演習が認められることもある。

準備学習
(予習・復習)

1年次に学んだ基本的UNIXコマンド(ls, cat, mv, cp, rm, less, cd等)やエディタ(emacs)の使用法をマスターしていることが重要であるので復習しておくこと。2年次「プログラミング演習」で学んだC言語の基本的文法をマスターしていることも課題を手際よく仕上げるのに極めて望まれる。

 
  (書  名) (著者名) (出版社名) (定価)
教科書 プリント及び実習用Web
参考書 (なし)