【技術士一次試験】基礎科目② 情報・論理

基礎科目概要

　技術士一次試験の出題分野は以下の5つの群に分かれる。

  1. 設計・計画に関するもの：設計理論、システム設計、品質管理など
  2. 情報・論理に関するもの；アルゴリズム、情報ネットワークなど
  3. 解析に関するもの：力学、電磁気学など
  4. 材料・化学・バイオに関するもの：材料特性、バイオテクノロジーなど
  5. 環境。エネルギー・技術に関するもの：環境、エネルギー、技術史など

それぞれに対して６問ずつ出題され、３問ずつの解答が要求される（15問／30問）。合格条件は50%であり、過去問題の類似問題が多い。このため、過去問題の出題系統に着目して、必要な知識を身につけることが要求される。

2. 情報・論理

2.1. 情報理論

■情報理論

  • 情報量\
    事象Jの生起確率をP(J)とした場合の情報量I(J)
    $$
    I(J) = -\log_2P(J)
    $$
  • 平均情報量\
    いわゆるエントロピー(H)は情報量の平均値。
    $$
    H = -\sum_{i=1}^nP(J_i)\log_2P(J_i)
    $$
  • 情報源
    • マルコフ情報源：天気など。ある時点で発生した事象の生起確率が、その以前に起きた事象の生起確率に依存する。
    • エルゴード情報源：サイコロなど。事象の生起確率を長期にわたって観測する場合、一定の値に収束する情報源。
  • ハフマン符号\
    データ圧縮技法。出現率に応じて符号の長さを選択する。出現率の高いものには長い符号を割り当てる。

■符号理論

  • CRC方式
    • 一定の生成多項式による除算のあまりを検査用の冗長ビットとする。ブロックの誤りや、ランダム誤りの検出に有効。

■演算と精度

  • シフト演算
    • 算術シフト：左シフトでは、移動によってあいた右側の桁に０を挿入する。右シフトでは、移動によってあいた左側の桁に符号ビットと同じ値を挿入する。
    • 論理シフト：右シフトでも左シフトでも全ビットを移動させたあいた桁には0を挿入する。

2.2 アルゴリズム

■アルゴリズムの体系

  • 探索アルゴリズム
    • 線形アルゴリズム
    • 線形探査：先頭から順に探索。最大n回、平均$\sim n/2$回
    • 二分探査：ソートされた状態に対する探査。平均比較回数$[\log_2n]$。最大比較回数は平均比較回数+1。また$[n]$は$n$を超えない最大の整数を意味する。
    • 整列アルゴリズム
    • 選択ソート：配列の中から最大値を探して、列の最後の要素と入れ替える。これを順に繰り返す。最後から大きい値を順に埋めていくイメージ。計算量は$\mathcal{O}(n^2)$
    • バブルソート：隣接する要素を順に比較しながら入れかえる。順次範囲を狭めていき最後は、列の一番目と二番目の比較で終了する。計算量は$\mathcal{O}(n^2)$
    • クイックソート：配列の中から適当な要素を選び出し、その要素のキー値を軸として、その軸のキー値より小さな要素のグループ、大きな値のグループに分ける。これをグループの要素が１になるまで繰り返すことで整列させる。計算量は$\mathcal{O}(n^2)$

■計画・管理の数理的手法

  • PERT(Program Evaluation and Review Technique)
    • ガント・チャートをアローダイヤグラムに変換し、ネットワークモデルにより工程を検討するもの。
    • 具体的には日程計算を行う
  • CPM(Critical Path Method)
    • プロジェクト完了までの必要最小限の期間であるクリティカルパス上の作業に対して、費用をかけて期間を短縮する最適な期間短縮方法を見出す手法
    • プロジェクト遂行費用を目的関数とした最適化を行う。

2.3. 情報ネットワーク

■ネットワークセキュリティ

  • コールバック：アクセス権をもつサーバであることを確認するため、回線を一旦きって、システム側から再発信し、通信を開始する方法。
  • アプリケーションゲートウェイ方式：企業内ネットワークとインターネットを切り離す。アプリケーションレベルでフィルタリングを行う。

■セキュリティ関連プロトコル

  • IPsec：IPパケットの暗号化と認証を行うTCP/IP環境で汎用的に用いることが可能
  • PAP：ユーザIDとパスワードをヘイブンのまま送信するため、認証は強くない。
  • PPP：シリアル回線を使って通信するための通信プロトコル
  • SSL：wwwブラウザ、wwwサーバ間でデータを暗号化して転送する場合に使用される方法
    • SSLを使用して接続した場合、ブラウザのディスクキャッシュ内に格納したHTML文書はすでに復号されている。

2.4. その他

  • CGI: wwwブラウザからのテキスト入力やDBへの要求などの処理を行い、実際に利用者の対話性を実現するサーバプログラム。wwwサーバとサーバプログラムとの間の情報を受け渡すためのプロトコルがCGI(Common Gateway Interface)。

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