Web Syllabus(講義概要)
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生命系の情報理論
英文名 Information Theory for Biological System
科目概要 データサイエンス学科2年後期、3群科目、選択、講義、2単位
科目責任者  岡 浩太郎
担当者 (※は実務経験のある教員) 岡 浩太郎※
講義室

教員免許取得のための必修科目

科目 教科及び教科の指導法に関する科目(高等学校 情報)
各科目に含めることが必要な事項
  • 教科に関する専門的事項 コンピュータ・情報処理

授業の目的

生命系のデータサイエンスで扱う対象である、遺伝コード、タンパク質、神経細胞の発火などについての定量的な理解を行うために、生命系を対象とした情報理論の基礎を理解する。

教育内容

情報の数量的認識、ノイズのない伝送路における情報伝達、ノイズのある伝送路における情報伝達、連続情報と信号空間、遺伝コード、タンパク質の情報密度について講義を行う。

教育方法

板書とパワーポイントを併用して講義形式で進める。また、適宜課題を課すことにより理解の定着を図りながら講義を展開していく。
課題に関する模範解答を作成し、受講者全員に配布する。

卒業・学位授与の方針と当該科目の関連

DP4

授業内容(シラバス)

項目 内容 担当者 日時
1 情報処理システムとしての生命 生命システムでの情報伝達とそれを定量化のための基礎について講義する。 岡 浩太郎
9/8②
2 情報の数量的認識1 情報量とエントロピーについて講義する。 岡 浩太郎
9/15②
3 情報の数量的認識2 条件付エントロピーと相互情報量について講義する。 岡 浩太郎
9/29②
4 情報の数量的認識3 情報源とそのモデルについて講義する。 岡 浩太郎
10/6②
5 ノイズのない伝送路における情報伝達1
ノイズのない離散伝送路について講義する。 岡 浩太郎
10/13②
6 ノイズのない伝送路における情報伝達2
ノイズのない伝送路の容量について講義する。 岡 浩太郎
10/20②
7 ノイズのない伝送路における情報伝達3 符号化による冗長度の除去について講義する。 岡 浩太郎
10/27②
8 ノイズのある伝送路における情報伝達1 ノイズのある離散伝送路の容量について講義する。 岡 浩太郎
11/10②
9 ノイズのある伝送路における情報伝達2 誤り符号訂正の仕組みについて講義する。 岡 浩太郎
11/17②
10 ノイズのある伝送路における情報伝達3
様々な誤り符号訂正の方法について講義する。 岡 浩太郎
11/24②
11 連続情報と信号空間1 連続信号とエントロピーについて講義する。 岡 浩太郎
12/1②
12 連続情報と信号空間2 信号空間の構成について講義する。 岡 浩太郎
12/8②
13 連続情報と信号空間3 連続伝送路の信号空間について講義する。 岡 浩太郎
12/15②
14 遺伝コードの情報 遺伝子が担う情報量とその特徴について講義する。 岡 浩太郎
12/15③
15 タンパク質の情報密度とまとめ 情報理論から見たタンパク質の関わる情報処理、講義全般の振り返りを行う。 岡 浩太郎
12/22②
No. 1
項目
情報処理システムとしての生命
内容
生命システムでの情報伝達とそれを定量化のための基礎について講義する。
担当者
岡 浩太郎
日時
9/8②
No. 2
項目
情報の数量的認識1
内容
情報量とエントロピーについて講義する。
担当者
岡 浩太郎
日時
9/15②
No. 3
項目
情報の数量的認識2
内容
条件付エントロピーと相互情報量について講義する。
担当者
岡 浩太郎
日時
9/29②
No. 4
項目
情報の数量的認識3
内容
情報源とそのモデルについて講義する。
担当者
岡 浩太郎
日時
10/6②
No. 5
項目
ノイズのない伝送路における情報伝達1
内容
ノイズのない離散伝送路について講義する。
担当者
岡 浩太郎
日時
10/13②
No. 6
項目
ノイズのない伝送路における情報伝達2
内容
ノイズのない伝送路の容量について講義する。
担当者
岡 浩太郎
日時
10/20②
No. 7
項目
ノイズのない伝送路における情報伝達3
内容
符号化による冗長度の除去について講義する。
担当者
岡 浩太郎
日時
10/27②
No. 8
項目
ノイズのある伝送路における情報伝達1
内容
ノイズのある離散伝送路の容量について講義する。
担当者
岡 浩太郎
日時
11/10②
No. 9
項目
ノイズのある伝送路における情報伝達2
内容
誤り符号訂正の仕組みについて講義する。
担当者
岡 浩太郎
日時
11/17②
No. 10
項目
ノイズのある伝送路における情報伝達3
内容
様々な誤り符号訂正の方法について講義する。
担当者
岡 浩太郎
日時
11/24②
No. 11
項目
連続情報と信号空間1
内容
連続信号とエントロピーについて講義する。
担当者
岡 浩太郎
日時
12/1②
No. 12
項目
連続情報と信号空間2
内容
信号空間の構成について講義する。
担当者
岡 浩太郎
日時
12/8②
No. 13
項目
連続情報と信号空間3
内容
連続伝送路の信号空間について講義する。
担当者
岡 浩太郎
日時
12/15②
No. 14
項目
遺伝コードの情報
内容
遺伝子が担う情報量とその特徴について講義する。
担当者
岡 浩太郎
日時
12/15③
No. 15
項目
タンパク質の情報密度とまとめ
内容
情報理論から見たタンパク質の関わる情報処理、講義全般の振り返りを行う。
担当者
岡 浩太郎
日時
12/22②

到達目標

様々な生命現象を情報理論の言葉で定量的に説明できるようになる。情報を数理的に扱う方法について理解すると共に、分子レベルでの生命システムに情報理論を適用する手法が理解できるようになる。

評価方法

講義内での課題(40%)と試験(60%)の結果から総合的に評価する。

準備学習(予習・復習等)

【講義時間外に必要な学修時間:60時間】
予習:事前に配布する講義資料から、理解の難しそうな箇所や疑問点を明らかにする。
復習:講義中に出題する課題について解答を作成し、講義後に配布する模範解答と比較・検討する。

備考・その他

講義に関する質問はメールや対面で個別に対応すると共に、重要な質問に関しては受講者全員で共有する。
【科目ナンバリング:FU301-FM02】
【関連科目:ライフサイエンスⅠ、情報の基礎】

実務経験の授業への活用方法

(岡)企業研究所での神経科学研究経験をもとに、神経細胞での情報伝達を定量することなどの実例を通じて生命系の情報理論の考え方について解説する。

教材

種別 書名 著者・編者 発行所
教科書 配布資料あり
参考書 情報理論(改訂版) (基礎物理学選書 15) 佐藤洋 裳華房
参考書 シャノンの情報理論入門 高岡詠子 講談社
参考書 生体系と情報理論 Gatlin 東京化学同人
教科書
書名
配布資料あり
著者・編者
発行所
参考書
書名
情報理論(改訂版) (基礎物理学選書 15)
著者・編者
佐藤洋
発行所
裳華房
参考書
書名
シャノンの情報理論入門
著者・編者
高岡詠子
発行所
講談社
参考書
書名
生体系と情報理論
著者・編者
Gatlin
発行所
東京化学同人