情報工学

情報工学は、電気システムにおける情報、データ、知識の生成、配布、分析、使用を扱う工学分野です。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]この分野は21世紀初頭に初めて認識されました。

コンピューター ビジョンにおけるオブジェクト検出 (一時停止の標識) の例。
一時停止標識の物体検出

情報工学の構成要素には、電磁気学、機械学習、人工知能、制御理論、信号処理、マイクロエレクトロニクスなどの理論的な分野と、コンピュータビジョン、自然言語処理、バイオインフォマティクス、医用画像コンピューティング、ケモインフォマティクス、自律ロボット、モバイルロボット、電気通信などの応用分野が含まれます。[ 1 ] [ 2 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]これらの多くはコンピュータ工学だけでなく、電気工学、コンピュータサイエンス、バイオエンジニアリングなどの他の工学分野に由来しています。

機械学習におけるクラスタリングの例。
機械学習におけるクラスタリングの例

情報工学の分野は、工学と数学、特に確率、統計、微積分、線形代数、最適化、微分方程式、変分法、複素解析に大きく基づいています。

情報エンジニアは情報工学または関連分野の学位を取得していることが多く、工学技術協会や計測制御協会などの専門団体に所属しています。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]情報工学の普及により、ほぼすべての業界で情報エンジニアが雇用されています。

歴史

1980年代と1990年代には情報工学という用語はソフトウェア工学の一分野を指していましたが、2010年代と2020年代にはデータ工学として知られるようになりました。 [ 11 ]

要素

機械学習と統計

機械学習は、統計的および確率的手法を用いて、明示的にプログラムすることなくコンピュータがデータから「学習」できるようにする分野です。 [ 12 ]データサイエンスは、機械学習を応用してデータから知識を抽出することを伴います。

機械学習のサブフィールドには、ディープラーニング、教師あり学習、教師なし学習、強化学習、半教師あり学習、能動学習などがあります。

因果推論は情報工学のもう一つの関連要素です。

制御理論

制御理論は（連続的な）動的システムの制御を指し、遅延、オーバーシュート、不安定性を回避することを目的としています。[ 13 ]情報エンジニアは、制御システムや回路の物理的な設計（電気工学の範疇に入ることが多い） よりも制御理論に重点を置く傾向があります。

制御理論のサブフィールドには、古典制御、最適制御、非線形制御などがあります。

信号処理

信号処理とは、画像、音声、電気、生物など様々な形態の信号の生成、分析、使用を指します。 [ 14 ]

画像処理を放射線撮影に適用する例。
2Dフーリエ変換を使用してX線スキャンから不要な情報を除去する方法の例

情報理論

情報理論は、情報の分析、伝送、および保存を研究する。情報理論の主要な分野には、符号化とデータ圧縮が含まれる。[ 15 ]

コンピュータービジョン

コンピュータビジョンは、コンピュータに画像や動画のデータを高度なレベルで理解させることを扱う分野です。[ 16 ]

自然言語処理

自然言語処理は、コンピュータに人間の（自然）言語を高度なレベルで理解させることを扱います。これは通常テキスト処理を意味しますが、音声処理や音声認識も含まれることがよくあります。[ 17 ]

バイオインフォマティクス

バイオインフォマティクスは、生物学的データの分析、処理、および利用を扱う分野です。[ 18 ]これは通常、ゲノミクスやプロテオミクスなどのトピックを意味し、時には医用画像コンピューティングも含まれることがあります。

ケミインフォマティクス

ケミインフォマティクスは化学データの分析、処理、利用を扱う分野です。[ 19 ]

ロボット工学

情報工学におけるロボティクスは、主にロボットの制御に使用されるアルゴリズムとコンピュータプログラムに焦点を当てています。そのため、情報工学は自律型、移動型、あるいは確率型ロボットに重点を置く傾向があります。[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]情報エンジニアが研究する主要なサブフィールドには、制御、知覚、SLAM、動作計画などがあります。[ 20 ] [ 21 ]

ツール

かつては信号処理など情報工学の一部の分野でアナログ電子工学が用いられていましたが、現在ではほとんどの情報工学はデジタルコンピュータを用いて行われています。情報工学の多くのタスクは並列化が可能であるため、現在ではCPU、GPU、AIアクセラレータを用いて行われています。[ 23 ] [ 24 ]また、機械学習やロボティクスなど、情報工学の一部の分野では量子コンピュータの利用にも関心が寄せられています。[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b「2009年の講義 | 過去の講義 | BCS/IET チューリング講義 | イベント | BCS – The Chartered Institute for IT」 www.bcs.org . 2018年10月11日閲覧。
  2. ^ a b Brady, Michael (2009). 「情報工学とその将来」英国工学技術協会チューリング講演会. 2018年10月4日閲覧。
  3. ^ロバーツ、スティーブン. 「情報工学入門」(PDF) .オックスフォード情報工学. 2018年10月4日閲覧。
  4. ^ “Department of Information Engineering, CUHK” . www.ie.cuhk.edu.hk. 2021年5月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年10月3日閲覧。
  5. ^ a b「情報工学 | 工学部」 www.eng.cam.ac.uk 2013年8月5日. 2018年10月3日閲覧。
  6. ^ 「Information Engineering Main/Home Page」 . www.robots.ox.ac.uk . 2018年10月3日閲覧。
  7. ^ "Information Engineering" . warwick.ac.uk . 2018年10月3日閲覧。
  8. ^ 「Academic Partners and Affiliates 2017/2018 – The IET」www.theiet.org。2018年10月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年10月3日閲覧。
  9. ^ 「電子情報工学 – インペリアル・カレッジ・ロンドン」Times Higher Education (THE)。2018年10月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年10月3日閲覧。
  10. ^ 「MEng | CUED学部教育の認定」teaching.eng.cam.ac.uk . 2018年10月3日閲覧。
  11. ^ Black, Nathan (2020年1月15日). 「データエンジニアリングとは何か、そしてなぜそれほど重要なのか？」 QuantHub . 2022年7月31日閲覧。
  12. ^ビショップ、クリストファー（2007年）『パターン認識と機械学習』ニューヨーク：シュプリンガー・フェアラーク・ニューヨーク社ISBN 978-0387310732。
  13. ^ Nise, Norman (2015).制御システム工学. Wiley. ISBN 978-1118170519。
  14. ^リチャード・ライオンズ（2010年）『デジタル信号処理の理解』プレンティス・ホール出版、ISBN 978-0137027415。
  15. ^ Cover, Thomas (2006). 『情報理論の要素』 . Wiley-Interscience. ISBN 978-0471241959。
  16. ^ Davies, Emlyn (2017). 『コンピュータビジョン：原理、アルゴリズム、応用、学習』 アカデミックプレス. ISBN 978-0128092842。
  17. ^ジュラフスキー、ダニエル (2008).音声言語処理. プレンティス・ホール. ISBN 978-0131873216。
  18. ^レスク、アーサー（2014年）『バイオインフォマティクス入門』オックスフォード大学出版局、ISBN 978-0199651566。
  19. ^リーチ、アンドリュー (2007).ケモインフォマティクス入門. シュプリンガー. ISBN 978-1402062902。
  20. ^ a bジークヴァルト、ローランド (2011).自律移動ロボット入門. MIT Press. ISBN 978-0262015356。
  21. ^ a bケリー、アロンゾ（2013年）。モバイルロボティクス。ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-1107031159。
  22. ^スラン、セバスチャン (2005).確率論的ロボティクス. MIT Press. ISBN 978-0262201629。
  23. ^ Barker, Colin. 「GPUはいかにしてAIと機械学習の心臓部となったのか」 ZDNet . 2018年10月3日閲覧。
  24. ^ Kobielus, James. 「人工知能の強化：AIハードウェアアクセラレータの爆発的増加」 InfoWorld . 2018年10月3日閲覧。
  25. ^ Wittek, Peter (2014).量子機械学習. アカデミックプレス. ISBN 978-0128100400。
  26. ^ Schuld, Maria (2018). 『量子コンピュータによる教師あり学習』 Springer. ISBN 978-3319964232。
  27. ^タンドン、プラティーク (2017).量子ロボティクス. モーガン＆クレイプール出版社. ISBN 978-1627059138。
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