エンベデッドシステムスペシャリスト 2017年午前2 問06

問題文

コンピュータの性能評価には、シミュレーションを用いた方法や解析的な方法などがある。シミュレーションを用いた方法の特徴はどれか。

🖊️ 解答を隠して解いてみる

ア：解析的な方法よりも計算量が少なく、効率的に解が求まる。

イ：解析的な方法よりも、乱数を用いることで高精度の解が得られる。

ウ：解析的に解が求められないモデルに対しても、数値的に解が求まる。（正解）

エ：解析的に解が求められるモデルの検証には使用できない。

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正しいのはウです。

シミュレーションは、コンピュータ上に対象のモデルを作り、その動作を数値的に再現して結果を調べる方法です。モデルが複雑で、数式による解析的な解を求められない場合でも、条件を設定してシミュレーションを行うことで、性能を数値的に評価できます。

解析的な方法とシミュレーションの違いを確認します。
解析的な方法は、数式を解いて理論上の結果を求めます。一方、シミュレーションは、モデルの動作をコンピュータ上で再現し、数値的な結果を得ます。
シミュレーションの利点を考えます。
複雑なモデルでは、解析的な解を求めるのが困難な場合があります。シミュレーションなら、そのようなモデルも数値的に評価できることがあります。
選択肢を照合します。
「解析的に解が求められないモデルにも使える」という説明に当てはまるウが正解です。

ア：誤りです。
シミュレーションでは、モデルの動作を多数回計算することがあり、解析的な方法より計算量が少ないとは限りません。むしろ、計算時間が長くなることもあります。
イ：誤りです。
乱数を用いるシミュレーションもありますが、乱数を使えば必ず高精度になるわけではありません。精度を高めるには、試行回数を増やすなどの工夫が必要で、その分、計算量も増えることがあります。
ウ：正しいです。
解析的な解を求めるのが難しいモデルでも、数値計算によって性能を評価できる場合があります。
エ：誤りです。
シミュレーションは、解析的に解けるモデルの検証にも利用できます。解析的に求めた結果とシミュレーション結果を比較し、モデルや計算の妥当性を確認できます。

コンピュータの性能評価では、利用者数や処理要求の到着間隔、処理時間などをモデル化し、システムの応答時間や処理能力を調べることがあります。現実のシステムを直接試験するのが難しい場合でも、シミュレーションなら条件を変えながら評価しやすいのが利点です。

ただし、結果の信頼性はモデルの前提や入力データに依存します。現実を適切にモデル化できていなければ、計算結果も実態と異なる可能性があります。

Q. シミュレーションでは必ず乱数を使いますか？
A. いいえ。乱数を用いる確率的なシミュレーションもありますが、決められた条件に従って動作を再現するシミュレーションもあります。

Q. シミュレーションの結果は厳密な解ですか？
A. 一般に、モデルに基づく数値的な結果です。モデルの妥当性や計算条件を確認し、必要に応じて解析結果や実測値と比較します。

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