摂動（Perturbation）とは
摂動とは、ある系に小さな変化や乱れを加えることを指します。この概念は、物理学、数学、工学、機械学習など、様々な分野で用いられます。
摂動の例
- 物理学:
- 天体の運動における他の天体の引力の影響
- 原子のエネルギー準位に対する外部電磁場の影響
- 数学:
- 微分方程式の解に対する初期値やパラメータのわずかな変化
- 行列の固有値や固有ベクトルに対する要素の小さな変化
- 工学:
- 制御システムの設計における外乱やノイズ
- 数値計算における丸め誤差
- 機械学習:
- 敵対的攻撃における入力画像に対する微小なノイズ
- モデルのパラメータに対する小さな変化
摂動の重要性
摂動は、系の安定性や感度を評価したり、近似解を求めたりする際に重要な役割を果たします。
- 安定性解析: 系に摂動を加えたときの応答を調べることで、系の安定性を評価できます。
- 感度分析: 入力やパラメータのわずかな変化が、出力にどの程度影響を与えるかを分析できます。
- 近似解法: 摂動法は、複雑な問題をより簡単な問題に近似して解くための強力な手法です。
- 敵対的攻撃: 機械学習モデルに対する敵対的攻撃は、モデルの脆弱性を明らかにし、ロバスト性を向上させるために用いられます。
摂動法の種類
摂動法には、様々な種類があります。
- 正則摂動法: 摂動パラメータが小さい場合に、解をべき級数展開で近似します。
- 特異摂動法: 摂動パラメータが小さい場合に、解の構造が大きく変化する問題を扱います。
- 数値摂動法: コンピュータを用いて、数値的に摂動の影響を評価します。
摂動は、様々な分野で重要な概念であり、系の理解や問題解決に役立ちます。
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