IT pass HikiWiki - [itbase2024]Fortran 課題 問題 Diff
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= 問題
下に用意した日本周辺の地震の震源分布のデータを用いて, 下に説明する処理を行うプログラムを作り, gnuplot を使って処理結果のグラフを描きなさい.
作成したプログラムのファイルと図を提出しなさい.
(1) 下に示すデータを用いて地震のマグニチュードの度数分布 (ヒストグラム) を求めるプログラムを作りなさい.
求める度数分布のマグニチュードの刻み幅と開始点と終点は, 自分が適切と考える値として良い.
もし刻み幅を自分で決められないようならば 0.1 とするとよいだろう.
(2) 地震のマグニチュードと発生数には下の関係があることが知られている.
この関係はグーテンベルク・リヒター則 (Gutenberg-Richter law;
Gutenberg and Richter, 1949) と呼ばれる.
この関係式の定数 a と b を最小二乗法に基づいて求めるプログラムを作りなさい.
ただし, a と b を求める際にはマグニチュード 4 から 7 までの震源のデータを用い, もし地震の発生数 1 以下のマグニチュード範囲があれば除くこと.
(3) gnuplot を使って (1) で求めた度数分布のグラフを描きなさい.
さらにグラフには (2) で求めた直線を重ね描きしなさい.
グラフの横軸をマグニチュードとし, 縦軸を度数の対数としなさい.
上の 1, 2 の両方を処理する一つのプログラムを作っても良いし, それぞれを処理する一つずつのプログラムを作っても良い.
また, 3 で描くグラフには必ず縦軸と横軸の意味と単位 (あれば) を書くこと.
* 作成したプログラム (ソースコード, .f90 ファイル) とグラフ (pdf 形式) は BEEF+ の「最終レポート (プログラムとグラフのファイル)」に提出しなさい.
* 最小二乗法を用いて求めたグーテンベルク・リヒター則の定数 a, b の値は「最終レポート (記述)」に記述しなさい.
* 提出期限までに完成しない場合は提出時点でのものを提出し, 「最終レポート (記述)」にどこまでできていて, どこができなかったのか, また, どこに悩んだのかの詳細を説明しなさい.
= データ
* ((<地震のデータファイル|URL:https://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2024/kadai1/data/earthquake.txt>))
* データ形式
* ファイルには 10 種類の数値が保存されている. それぞれの数値の意味は以下の通り.
* 1 カラム目 : 年
* 2 カラム目 : 月
* 3 カラム目 : 日
* 4 カラム目 : 時
* 5 カラム目 : 分
* 6 カラム目 : 秒
* 7 カラム目 : 経度 (°)
* 8 カラム目 : 緯度 (°)
* 9 カラム目 : 深さ (km)
* 10 カラム目 : マグニチュード
= gnuplot を用いたヒストグラムの描き方
例えば,
区間 頻度
2.0 ＜ M ≦ 2.5 15
2.5 ＜ M ≦ 3.0 18
3.0 ＜ M ≦ 3.5 22
3.5 ＜ M ≦ 4.0 25
4.0 ＜ M ≦ 4.5 32
4.5 ＜ M ≦ 5.0 35
5.0 ＜ M ≦ 5.5 42
5.5 ≦ M ≦ 6.0 31
のデータのヒストグラムを描く場合,
ファイルに下のように 1 カラム目に頻度区分の中心値, 2 カラム目に頻度を保存する.
2.25 15
2.75 18
3.25 22
3.75 25
4.25 32
4.75 35
5.25 42
5.75 31
そして,
gnuplot で下のようにすることで頻度分布 (ヒストグラム) を描くことができる.
gnuplot> plot "file.txt" with boxes
= 参考文献
* Gutenberg，B．and C．F．Richter (1949)
Seismicity of the earth and associated phenomena，
Princeton Univ．Press．
= 謝辞
* 数値データは((<気象庁のウェブページ|URL:https://www.data.jma.go.jp/eqev/data/bulletin/shindo.html>))からダウンロードしました.
= 解答例
ただし, 下のグラフは正しくありません.
* ((<地震のマグニチュードの度数分布|URL:https://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2024/kadai1/images/answer_hist_wrong.pdf>))
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= 問題
下に用意した日本周辺の地震の震源分布のデータを用いて, 下に説明する処理を行うプログラムを作り, gnuplot を使って処理結果のグラフを描きなさい.
作成したプログラムのファイルと図を提出しなさい.
(1) 下に示すデータを用いて地震のマグニチュードの度数分布 (ヒストグラム) を求めるプログラムを作りなさい.
求める度数分布のマグニチュードの刻み幅と開始点と終点は, 自分が適切と考える値として良い.
もし刻み幅を自分で決められないようならば 0.1 とするとよいだろう.
(2) 地震のマグニチュードと発生数には下の関係があることが知られている.
この関係はグーテンベルク・リヒター則 (Gutenberg-Richter law;
Gutenberg and Richter, 1949) と呼ばれる.
この関係式の定数 a と b を最小二乗法に基づいて求めるプログラムを作りなさい.
ただし, a と b を求める際にはマグニチュード 4 から 7 までの震源のデータを用い, もし地震の発生数 1 以下のマグニチュード範囲があれば除くこと.
(3) gnuplot を使って (1) で求めた度数分布のグラフを描きなさい.
さらにグラフには (2) で求めた直線を重ね描きしなさい.
グラフの横軸をマグニチュードとし, 縦軸を度数の対数としなさい.
上の 1, 2 の両方を処理する一つのプログラムを作っても良いし, それぞれを処理する一つずつのプログラムを作っても良い.
また, 3 で描くグラフには必ず縦軸と横軸の意味と単位 (あれば) を書くこと.
* 作成したプログラム (ソースコード, .f90 ファイル) とグラフ (pdf 形式) は BEEF+ の「最終レポート (プログラムとグラフのファイル)」に提出しなさい.
* 最小二乗法を用いて求めたグーテンベルク・リヒター則の定数 a, b の値は「最終レポート (記述)」に記述しなさい.
* 提出期限までに完成しない場合は提出時点でのものを提出し, 「最終レポート (記述)」にどこまでできていて, どこができなかったのか, また, どこに悩んだのかの詳細を説明しなさい.
= データ
* ((<地震のデータファイル|URL:https://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2024/kadai1/data/earthquake.txt>))
* データ形式
* ファイルには 10 種類の数値が保存されている. それぞれの数値の意味は以下の通り.
* 1 カラム目 : 年
* 2 カラム目 : 月
* 3 カラム目 : 日
* 4 カラム目 : 時
* 5 カラム目 : 分
* 6 カラム目 : 秒
* 7 カラム目 : 経度 (°)
* 8 カラム目 : 緯度 (°)
* 9 カラム目 : 深さ (km)
* 10 カラム目 : マグニチュード
= gnuplot を用いたヒストグラムの描き方
例えば,
区間 頻度
2.0 ＜ M ≦ 2.5 15
2.5 ＜ M ≦ 3.0 18
3.0 ＜ M ≦ 3.5 22
3.5 ＜ M ≦ 4.0 25
4.0 ＜ M ≦ 4.5 32
4.5 ＜ M ≦ 5.0 35
5.0 ＜ M ≦ 5.5 42
5.5 ≦ M ≦ 6.0 31
のデータのヒストグラムを描く場合,
ファイルに下のように 1 カラム目に頻度区分の中心値, 2 カラム目に頻度を保存する.
2.25 15
2.75 18
3.25 22
3.75 25
4.25 32
4.75 35
5.25 42
5.75 31
そして,
gnuplot で下のようにすることで頻度分布 (ヒストグラム) を描くことができる.
gnuplot> plot "file.txt" with boxes
= 参考文献
* Gutenberg，B．and C．F．Richter (1949)
Seismicity of the earth and associated phenomena，
Princeton Univ．Press．
= 謝辞
* 数値データは((<気象庁のウェブページ|URL:https://www.data.jma.go.jp/eqev/data/bulletin/shindo.html>))からダウンロードしました.
= 解答例
ただし, 下のグラフは正しくありません.
* ((<地震のマグニチュードの度数分布|URL:https://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~itbase/exp/fy2024/kadai1/images/answer_hist_wrong.pdf>))