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.
  19. ^ Johansson, F. (2019). Numerical Evaluation of Elliptic Functions, Elliptic Integrals and Modular Forms. In Elliptic Integrals, Elliptic Functions and Modular Forms in Quantum Field Theory (pp. 269-293). Springer, Cham.
  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 




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