標準偏差の解説(基本情報技術者シラバス用語)
標準偏差とは 標準偏差(ひょうじゅんへんさ)とは、データの集まりにおいて、それぞれのデータが「平均値からどれくらいバラついているか(散らばっているか)」を表す数値のことです。標準偏差が「小さい」ということは、データのほとんどが平均値の近くにギュッと集まっていてバラつきが少ないことを意味します。逆に標準偏差が「大きい」ということは、データが平均値から遠く離れた値まで広く散らばっていることを意味します...
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標準偏差とは 標準偏差(ひょうじゅんへんさ)とは、データの集まりにおいて、それぞれのデータが「平均値からどれくらいバラついているか(散らばっているか)」を表す数値のことです。標準偏差が「小さい」ということは、データのほとんどが平均値の近くにギュッと集まっていてバラつきが少ないことを意味します。逆に標準偏差が「大きい」ということは、データが平均値から遠く離れた値まで広く散らばっていることを意味します...
相関係数とは 相関係数(そうかんけいすう)とは、2つの異なるデータ(変数)の間に、どれくらい「連動する関係(関連性)」があるかをマイナス1からプラス1の間の数値で表した指標です。数値が「プラス1」に近いほど、片方が増えるともう片方も増えるという「正の相関」が強くなります。逆に「マイナス1」に近いほど、片方が増えるともう片方が減るという「負の相関」が強くなります。数値が「0」に近い場合は、2つのデー...
回帰分析とは 回帰分析(かいきぶんせき)とは、過去に集まった複数のデータの関連性を分析し、ある数値(原因)が変化したときに、別の数値(結果)がどう変化するかを予測するための数式(予測式)を作り出す統計手法です。原因となるデータを「説明変数」、予測したい結果のデータを「目的変数」と呼びます。例えば、「これまでの広告費」と「売上高」のデータを回帰分析にかけることで、「広告費を1万円増やすと、売上は何万...
行列とは 行列(ぎょうれつ)とは、複数の数値を縦(行:ぎょう)と横(列:れつ)に格子状に並べて、括弧で囲んでひとまとめにしたものです。数学や物理のツールですが、コンピュータの世界、特に3DグラフィックスやAI(ディープラーニング)の処理において極めて重要な役割を果たしています。コンピュータは、たくさんの点や数値を一度にまとめて計算するのが得意です。行列を使うと、何万個もの座標データに対して「回転さ...
情報量とは 情報量(じょうほうりょう)とは、ある出来事や情報が「どれくらい珍しいか(予測しにくいか)」を数値で表した尺度です。統計や情報の理論において、めったに起こらない珍しい出来事を知ることほど「価値が高い(情報量が多い)」と捉え、逆に当たり前のわかりきったことについては「情報量が少ない(またはゼロ)」とみなします。この情報量を測定する基本的な単位が「ビット(bit)」であり、すべての情報を0か...
符号化とは 符号化(ふごうか)とは、人間が理解できる文字、画像、音声などのデータを、コンピュータが処理・通信しやすいように、特定のルールに基づいて「0」と「1」のデジタル信号(コード)に変換することです。「エンコード」とも呼ばれます。逆に、変換されたデジタルデータを人間が読める元の形式に戻すことを「復号(デコード)」と呼びます。インターネットでメールを送る、動画を見る、音楽を聴くといったすべての操...
ハフマン符号とは ハフマン符号(はふまんふごう)とは、データを効率よく圧縮するために開発された符号化の手法です。データの中で「よく使われる(出現頻度が高い)文字」には短いビット(短い0と1の組み合わせ)を割り当て、逆に「めったに使われない文字」には長いビットを割り当てることで、データ全体の合計サイズを最も小さく抑えることができます。この方法を使うと、文字ごとの長さを一律にするよりも大幅にデータサイ...
シャノンの定理とは シャノンの定理(しゃのんのていり)とは、通信回線の性能やノイズの多さに応じて、「その回線を使って、どれだけのデータを誤りなく送ることができるか」という限界値(最大通信速度)を数学的に証明した定理です。「通信路符号化定理」とも呼ばれます。どれほど優れた技術を使っても、ノイズ(雑音)が存在する回線においては、この定理が示す限界のスピード(通信容量)を超えてデータを完璧に送ることはで...
オートマトンとは オートマトン(おーとまとん)とは、あらかじめ決められた「状態」を持ち、外部から「入力(何らかのアクション)」を受けると、そのルールに従って「次の状態」へと遷移(変化)していく、自動的に動作する仕組みや概念モデルのことです。日本語では「自動機械」とも呼ばれます。複雑なコンピュータのプログラムやハードウェアをそのまま設計すると混乱しやすいため、「今どの状態で、何が起きたらどうなるか」...
形式言語とは 形式言語(けいしきげんご)とは、あらかじめ厳密に定められた文法ルールと記号のみを使って構成される言語のことです。私たちが普段使っている日本語や英語のような「自然言語」は、文脈によって意味が変わったり曖昧さがあったりしますが、形式言語にはそのような曖昧さは一切ありません。ルール通りであれば誰が読んでも、コンピュータが読んでも、ただ1つの意味として正しく解釈されます。プログラミング言語(...
逆ポーランド記法とは 逆ポーランド記法(ぎゃくぽーらんどきほう)とは、数式を書くときに、演算子(+やーなどの記号)を数値の「後ろ」に配置する書き方のことです。「後置記法」とも呼ばれます。私たちが普段使っている「3 + 4」のような書き方は「中置記法」と呼ばれ、演算子が数値の間にあります。これに対して逆ポーランド記法では「3 4 +」と書きます。この書き方の最大のメリットは、カッコ「( )」を使わな...
文字コードとは 文字コード(もじこーど)とは、コンピュータで文字を扱うために、1つひとつの文字に対して割り当てられた固有の「識別番号」のルールのことです。コンピュータは「0」と「1」の数値しか理解できないため、文字を画面に表示したり保存したりするには、すべての文字を数値に置き換える必要があります。この置き換えルールのことを文字コードと呼びます。代表的な規格には、英語圏の基本である「ASCII」、世...
AIとはAI(Artificial Intelligence:人工知能)とは、人間の知的な振る舞い(学習、推論、判断、問題解決など)をコンピュータのソフトウェアやシステムを用いて再現する技術のことです。コンピュータが大量のデータを処理し、パターンを見つけ出すことで、人間のように自ら学んで賢くなっていく仕組みを含みます。近年ではスマートフォンの音声アシスタントや、自動翻訳、画像認識など、日常生活のい...
ディープラーニングとはディープラーニング(Deep Learning:深層学習)とは、人間の脳にある神経細胞(ニューロン)のネットワークを模した「ニューラルネットワーク」を何層にも深く重ねて用いることで、コンピュータに複雑なデータを認識・分析させる技術です。従来の機械学習とは異なり、人間が「どの特徴に注目すべきか」を細かく指示しなくても、コンピュータ自身がデータの中から重要な特徴を自動的に見つけ出...
教師あり学習とは教師あり学習(Supervised Learning)とは、コンピュータによる機械学習の手法の一つで、「問題(入力データ)」と「正解(ラベル)」がセットになった学習データ(教師データ)を事前に大量に与えて学習させる方式です。コンピュータは問題と正解のパターンやルールを学び、それをもとに新しい「問題」だけを与えられたときにも、正しい「正解」を予測・判別できるようになります。画像認識や...
教師なし学習とは教師なし学習(Unsupervised Learning)とは、コンピュータに「正解(ラベル)」を与えず、「問題(入力データ)」だけを大量に与えて学習させる手法です。コンピュータはデータそのものが持つ特徴や構造を自ら分析し、似た者同士をグループに分ける(クラスタリング)ことや、データの規則性を発見することを行います。まだ正解がわかっていないデータの分析や、隠れた関係性を見つけるのに...
強化学習とは強化学習(Reinforcement Learning)とは、コンピュータ(エージェント)が特定の環境のなかで「どのような行動をとるべきか」を試行錯誤を通じて自ら学習する手法です。コンピュータが良い結果を出したときには「報酬(プラスの点数)」を、悪い結果のときには「ペナルティ(マイナスの点数)」を与えることで、得られる報酬の合計が最大になるような最適な行動パターンを自発的に学習していき...
生成AIとは生成AI(Generative AI)とは、大量のデータを学習した人工知能が、人間の指示(プロンプト)に応じて、テキスト、画像、音楽、動画、プログラムのソースコードなど、新しいコンテンツを自動的に作り出す技術です。従来のAIが「データの分類や予測」を得意としていたのに対し、生成AIは「新しいものを創造する」ことができる点が画期的であり、クリエイティブな業務の支援や業務の自動化に大きく貢...
誤り検出とは誤り検出(Error Detection)とは、コンピュータ間でデータを通信したり、ハードディスクなどの記憶媒体にデータを保存したりする際に、ノイズや障害によってデータの内容が途中で書き換わって(破損して)いないかをチェックする技術です。送信側がデータから一定の計算ルールに基づいて「検証用データ」を作り、データと一緒に送ります。受信側でも同じルールで計算し、送られてきた検証用データと一...
誤り訂正とは誤り訂正(Error Correction)とは、コンピュータ間でデータをやり取りしたり、データをストレージに保存したりする際に、ノイズなどによってデータの一部が書き換わって(壊れて)しまった場合、受信側や読み出し側でその誤りを発見し、自動的に正しいデータへ修復(訂正)する技術のことです。誤りを検出するだけでなく、正しい値に直すための追加情報(冗長ビット)をデータと一緒に送ることで実現...
A/D変換とはA/D変換(Analog-to-Digital Conversion:アナログデジタル変換)とは、温度や音、光、電圧などの連続的に変化する「アナログ信号」を、コンピュータが処理できる「0」と「1」の離散的な「デジタルデータ」に変換するプロセスのことです。この変換は、「標本化(サンプリング)」「量子化」「符号化」という3つのステップを経て行われ、センサーから情報を読み取る様々な機器で不...
PWM制御とはPWM制御(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)とは、電気回路において電力を細かくコントロールするための技術です。電圧そのものの大きさを変えるのではなく、スイッチの「ON(電気を流す)」と「OFF(電気を止める)」を非常に高速(1秒間に数千〜数万回)で繰り返し、そのONの時間とOFFの時間の比率(デューティ比)を変化させることで、モーターの回転速度やLEDの明...
フィードバック制御とはフィードバック制御(Feedback Control)とは、制御を行う際に対象の「現在の状態(出力)」をセンサーなどで計測し、それを「目標の値」と比較しながら、そのズレを無くすように次の指示(入力)を自動的に調整する制御方式です。「出力を入力に引き戻して反映させる」というループを絶えず繰り返すことで、外からの変化(外乱)があっても目標状態を維持できます。具体例エアコンの温度管...
2進数とは 2進数(にしんすう)とは、数値を表すときに「0」と「1」の2つの数字だけを使い、2に達するごとに桁(けた)を上げていく記数法のことです。英語では「バイナリ(binary)」と呼ばれます。 人間が普段使っているのは、0から9までの10個の数字を使い、10で桁が上がる「10進数」です。しかし、コンピュータの心臓部である電子回路は、電気の「流れていない状態(OFF=0)」と「流れている状態(...