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ポリトープとは?

ぽりとーぷ

多角形多面体を高次元に一般化した幾何学的概念で、数学や計算科学で広く研究されています。

ポリトープ(polytope)とは、多角形(2次元)や多面体(3次元)を任意の次元に拡張した概念です。有限個の頂点・辺・面などの要素で構成された凸または非凸の幾何学的図形を指し、数学・計算幾何学・最適化理論などで重要な役割を果たします。

ポリトープはその次元によって呼び名が変わります。1次元はポリトープとしては線分、2次元は多角形(ポリゴン)、3次元は多面体(ポリヘドロン)、4次元はポリコーラと呼ばれます。正多角形・正多面体(プラトン立体)もポリトープの特殊なケースです。

凸ポリトープは特に研究が進んでおり、線形計画法の実行可能領域はしばしば凸ポリトープとして表現されます。シンプレックス法はこのポリトープの頂点を辿りながら最適解を探索するアルゴリズムです。また、高次元のポリトープは組合せ論・トポロジー・コンピュータグラフィックスなど幅広い分野に応用されています。

ポリトープの研究は19世紀のシュレーフリーらによって体系化が進み、現代でも新たな正則ポリトープや抽象ポリトープの理論が発展し続けています。

使い方・例文

線形計画問題を解く際、実行可能解の集合は凸ポリトープとして表現され、最適解はその頂点のいずれかに存在します。

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