精度保証付き数値計算とは? わかりやすく解説

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精度保証付き数値計算

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2024/03/14 01:58 UTC 版)

精度保証付き数値計算[1](せいどほしょうつきすうちけいさん、Validated Numerics, Rigorous Computation, Reliable Computation, Verified Computation, Numerical Verification, : Zuverlässiges Rechnen)とは数学的に厳密な誤差(前進誤差、後退誤差、丸め誤差、打切り誤差、離散化誤差)の評価を伴う数値計算のことであり、数値解析の一分野である[2]。演算では区間演算を使用し、結果はすべて区間で出力する。精度保証付き数値計算はウォリック・タッカーによって14番目のスメイルの問題を解くのにも活用されており(Tucker (1999)を参照)、力学系の研究では重要なツールとして位置づけられている[3][4][5][6]


  1. ^ 山本哲朗によって発案された用語である
  2. ^ a b c 大石、他 (2018)
  3. ^ 荒井迅「精度保証付き数値計算の力学系への応用について (力学系の研究 : トポロジーと計算機による新展開 RIMS研究集会報告集)」『数理解析研究所講究録』第1485号、京都大学数理解析研究所、2006年4月、1-13頁、CRID 1050001202109463040hdl:2433/58149ISSN 18802818NAID 110004541092 
  4. ^ 荒井迅「精度保証付き数値計算の応用 : カオス : 渾沌を殺さず七竅を鑿つために」『数学セミナー』第47巻第11号、日本評論社、2008年11月、31-35頁、CRID 1050001339005746048hdl:2115/42701ISSN 03864960NAID 120001909638 
  5. ^ D. Michelucci (2000), "Reliable computations for dynamic systems". Proc. SCAN 2000 / Interval 2000 — 9th GAMM-IMACS International Symposium on Scientific Computing, Computer Arithmetic, and Validated Numerics
  6. ^ Kühn, Wolfgang (1998). “Rigorously computed orbits of dynamical systems without the wrapping effect”. Computing (Springer) 61: 47-67. doi:10.1007/BF02684450. https://doi.org/10.1007/BF02684450. 
  7. ^ Loh, E., & Walster, G. W. (2002). Rump's example revisited. Reliable Computing, 8(3), 245-248.
  8. ^ 精度保証付き数値計算の必要性
  9. ^ スカッドミサイルの追撃・阻止の失敗による兵舎の被爆”. 失敗知識データベース. 特定非営利活動法人 失敗学会 (2018年1月30日). 2019年4月20日閲覧。
  10. ^ アリアン5型ロケットが制御不能で40秒後に爆発”. 失敗知識データベース. 特定非営利活動法人 失敗学会 (2018年1月30日). 2019年4月20日閲覧。
  11. ^ Rounding error changes Parliament makeup
  12. ^ 大石進一:「精度保証付き数値計算」、コロナ社、(1999年)
  13. ^ a b c 山本哲朗『数値解析入門』(増訂版)サイエンス社〈サイエンスライブラリ 現代数学への入門 14〉、2003年6月。ISBN 4-7819-1038-6 
  14. ^ ガンマ関数の精度保証付き計算メモ (PDF)
  15. ^ Yamanaka, N., Okayama, T., & Oishi, S. I. (2015, November). Verified Error Bounds for the Real Gamma Function Using Double Exponential Formula over Semi-infinite Interval. In International Conference on Mathematical Aspects of Computer and Information Sciences (pp. 224-228). Springer, Cham.
  16. ^ Rump, S. M. (2014). Verified sharp bounds for the real gamma function over the entire floating-point range. Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE, 5(3), 339-348.
  17. ^ 大石進一(2008): 電子情報通信学会技術研究報告. NLP, 非線形問題, 108, 55-57.
  18. ^ N. Yamamoto and N. Matsuda (2005): Trans. Jap. Soc. Indust. Appl. Math., 15, 347-359.
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  20. ^ Johansson, F. (2019). Computing Hypergeometric Functions Rigorously. ACM Transactions on Mathematical Software (TOMS), 45(3), 30.
  21. ^ Johansson, F. (2015). Rigorous high-precision computation of the Hurwitz zeta function and its derivatives. Numerical Algorithms, 69(2), 253-270.
  22. ^ Johansson, F. (2017). Arb: efficient arbitrary-precision midpoint-radius interval arithmetic. IEEE Transactions on Computers, 66(8), 1281-1292.
  23. ^ Johansson, F. (2018, July). Numerical integration in arbitrary-precision ball arithmetic. In International Congress on Mathematical Software (pp. 255-263). Springer, Cham.
  24. ^ Johansson, F., & Mezzarobba, M. (2018). Fast and Rigorous Arbitrary-Precision Computation of Gauss--Legendre Quadrature Nodes and Weights. en:SIAM Journal on Scientific Computing, 40(6), C726-C747.
  25. ^ a b Zeidler, E., Nonlinear Functional Analysis and Its Applications I-V. en:Springer Science & Business Media.
  26. ^ a b c 杉原正顯, & 室田一雄. (1994). 数値計算法の数理. 岩波書店.
  27. ^ a b c 非線形方程式に対する解の精度保証付き数値計算 (PDF)
  28. ^ 中尾充宏, & 山本野人. (1998). 精度保証付き数値計算 チュートリアル: 応用数理最前線.
    中尾充宏, & 渡部善隆. (2011). 実例で学ぶ精度保証付き数値計算, サイエンス社.
    Nakao, Mitsuhiro T; Plum, Michael; Watanabe, Yoshitaka (2019). Numerical verification methods and computer-assisted proofs for partial differential equations. Springer. doi:10.1007/978-981-13-7669-6. https://link.springer.com/book/10.1007/978-981-13-7669-6 
  29. ^ Oishi, S., & Tanabe, K. (2009). Numerical Inclusion of Optimum Point for Linear Programming. JSIAM Letters, 1, 5-8.
  30. ^ 尾崎克久「誤らない計算幾何学アルゴリズム」『数学セミナー』第47巻第11号、東京 : 日本評論社、2008年11月、36-39頁、CRID 1523951030398658176ISSN 03864960 
  31. ^ S.M. Rump: INTLAB - INTerval LABoratory. In Tibor Csendes, editor, Developments in Reliable Computing, pages 77-104. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1999.
  32. ^ Rohn, J. (2009). VERSOFT: verification software in MATLAB/INTLAB.
  33. ^ Montanher, T. M. (2009). Intsolver: An interval based toolbox for global optimization. Version 1.0.
  34. ^ Overview of kv – a C++ library for verified numerical computation, Masahide Kashiwagi, SCAN 2018.
  35. ^ Johansson, F. (2013). Arb: a C library for ball arithmetic. ACM Comm. Computer Algebra, 47(3/4), 166-169.
  36. ^ Sanders, D. P., Benet, L., & Kryukov, N. (2016). The julia package ValidatedNumerics. jl and its application to the rigorous characterization of open billiard models. SCAN 2016, 124.
  37. ^ ValidatedNumerics.jl: a new framework in Julia, David P. Sanders and Luis Benet, SCAN 2018.
  38. ^ Interval and Verified Software
  39. ^ 松田望『中心値・半径方式による精度保証付き多倍長区間演算ライブラリの開発』電気通信大学〈博士(工学) 甲第851号〉、2016年。 NAID 500000971971https://uec.repo.nii.ac.jp/records/1291 



精度保証付き数値計算

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2021/11/30 23:37 UTC 版)

数値解析」の記事における「精度保証付き数値計算」の解説

「精度保証付き数値計算」も参照 近似値計算をすると同時に計算含まれる丸め誤差打切り誤差離散化誤差をすべて(数学的な意味で)厳密に評価する技術を精度保証付き数値計算という。計算する際は数を区間置き換えて計算(区間演算) し、真値を含む区間結果として出力する精度保証するという観点から数値計算全般見直動き数値計算各方面起こっている。例え微分方程式分野では解の存在証明困難な解析学上の問題対す数値的アプローチ確立されつつある。現代では力学系研究にも応用されており、有力な道具として注目されている

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「精度保証付き数値計算」を含む「数値解析」の記事については、「数値解析」の概要を参照ください。

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