数学建模 图论模型一

数学建模中的图论方法一、引言我们知道，数学建模竞赛中有问题A和问题B。

一般而言，问题A是连续系统中的问题，问题B是离散系统中的问题。

由于我们在大学数学教育内容中，连续系统方面的知识的比例较大，而离散数学比例较小。

因此很多人有这样的感觉，A题入手快，而B题不好下手。

另外，在有限元素的离散系统中，相应的数学模型又可以划分为两类，一类是存在有效算法的所谓P类问题，即多项式时间内可以解决的问题。

但是这类问题在MCM中非常少见，事实上，由于竞赛是开卷的，参考相关文献，使用现成的算法解决一个P类问题，不能显示参赛者的建模及解决实际问题能力之大小；还有一类所谓的NP问题，这种问题每一个都尚未建立有效的算法，也许真的就不可能有有效算法来解决。

命题往往以这种NPC问题为数学背景，找一个具体的实际模型来考验参赛者。

这样增加了建立数学模型的难度。

但是这也并不是说无法求解。

一般来说，由于问题是具体的实例，我们可以找到特殊的解法，或者可以给出一个近似解。

图论作为离散数学的一个重要分支，在工程技术、自然科学和经济管理中的许多方面都能提供有力的数学模型来解决实际问题，所以吸引了很多研究人员去研究图论中的方法和算法。

应该说，我们对图论中的经典例子或多或少还是有一些了解的，比如，哥尼斯堡七桥问题、中国邮递员问题、四色定理等等。

图论方法已经成为数学模型中的重要方法。

许多难题由于归结为图论问题被巧妙地解决。

而且，从历年的数学建模竞赛看，出现图论模型的频率极大，比如：AMCM90B－扫雪问题；AMCM91B－寻找最优Steiner树；AMCM92B－紧急修复系统的研制(最小生成树)AMCM94B－计算机传输数据的最小时间(边染色问题)CMCM93B－足球队排名(特征向量法)CMCM94B－锁具装箱问题(最大独立顶点集、最小覆盖等用来证明最优性)CMCM98B－灾情巡视路线(最优回路)等等。

这里面都直接或是间接用到图论方面的知识。

要说明的是，这里图论只是解决问题的一种方法，而不是唯一的方法。

数学建模常用算法和模型全集数学建模是一种将现实世界的问题转化为数学问题，并通过建立数学模型来求解的方法。

在数学建模中，常常会用到各种算法和模型，下面是一些常用的算法和模型的全集。

一、算法1.线性规划算法：用于求解线性规划问题，例如单纯形法、内点法等。

2.非线性规划算法：用于求解非线性规划问题，例如牛顿法、梯度下降法等。

3.整数规划算法：用于求解整数规划问题，例如分支定界法、割平面法等。

4.动态规划算法：用于求解具有最优子结构性质的问题，例如背包问题、最短路径问题等。

5.遗传算法：模拟生物进化过程，用于求解优化问题，例如遗传算法、粒子群算法等。

6.蚁群算法：模拟蚂蚁寻找食物的行为，用于求解优化问题，例如蚁群算法、人工鱼群算法等。

7.模拟退火算法：模拟固体退火过程，用于求解优化问题，例如模拟退火算法、蒙特卡罗模拟等。

8.蒙特卡罗算法：通过随机抽样的方法求解问题，例如蒙特卡罗模拟、马尔科夫链蒙特卡罗等。

9.人工神经网络：模拟人脑神经元的工作原理，用于模式识别和函数逼近等问题，例如感知机、多层感知机等。

10.支持向量机：用于分类和回归问题，通过构造最大间隔超平面实现分类或回归的算法，例如支持向量机、核函数方法等。

二、模型1.线性模型：假设模型的输出与输入之间是线性关系，例如线性回归模型、线性分类模型等。

2.非线性模型：假设模型的输出与输入之间是非线性关系，例如多项式回归模型、神经网络模型等。

3.高斯模型：假设模型的输出服从高斯分布，例如线性回归模型、高斯朴素贝叶斯模型等。

4.时间序列模型：用于对时间序列数据进行建模和预测，例如AR模型、MA模型、ARMA模型等。

5.最优化模型：用于求解优化问题，例如线性规划模型、整数规划模型等。

6.图论模型：用于处理图结构数据的问题，例如最短路径模型、旅行商问题模型等。

7.神经网络模型：用于模式识别和函数逼近等问题，例如感知机模型、多层感知机模型等。

8.隐马尔可夫模型：用于对具有隐藏状态的序列进行建模，例如语音识别、自然语言处理等。

数学建模第三版习题答案数学建模是一门应用数学的学科，通过建立数学模型来解决实际问题。

《数学建模第三版》是一本经典的教材，其中的习题对于学生来说是非常重要的练习材料。

在这篇文章中，我将为大家提供《数学建模第三版》习题的答案，希望能够帮助大家更好地理解和应用数学建模的知识。

第一章：数学建模的基础知识1. 数学建模的定义：数学建模是指将实际问题转化为数学问题，并通过建立数学模型来解决问题的过程。

2. 数学建模的基本步骤：问题的分析与理解、建立数学模型、求解数学模型、模型的验证与应用。

3. 数学建模的分类：确定性建模和随机建模。

4. 数学建模的特点：抽象性、理想化、简化性和应用性。

第二章：线性规划模型1. 线性规划模型的基本形式：目标函数和约束条件都是线性的。

2. 线性规划模型的求解方法：图形法、单纯形法和对偶理论。

3. 线性规划模型的应用：生产计划、资源分配、运输问题等。

第三章：整数规划模型1. 整数规划模型的基本形式：目标函数是线性的，约束条件中包含整数变量。

2. 整数规划模型的求解方法：分枝定界法、割平面法、动态规划法等。

3. 整数规划模型的应用：项目选择、装配线平衡问题、旅行商问题等。

第四章：动态规划模型1. 动态规划模型的基本思想：将一个大问题分解为若干个子问题，通过求解子问题的最优解来求解整个问题的最优解。

2. 动态规划模型的求解方法：递推法、备忘录法和自底向上法。

3. 动态规划模型的应用：背包问题、最短路径问题、最长公共子序列问题等。

第五章：非线性规划模型1. 非线性规划模型的基本形式：目标函数和约束条件中包含非线性函数。

2. 非线性规划模型的求解方法：牛顿法、拟牛顿法、全局优化法等。

3. 非线性规划模型的应用：经济增长模型、生态系统模型、医学诊断模型等。

第六章：图论模型1. 图论模型的基本概念：顶点、边、路径、回路等。

2. 图论模型的求解方法：深度优先搜索、广度优先搜索、最短路径算法等。

研究生数学建模e题常用的模型
研究生数学建模中常用的模型包括：
1.线性模型：线性回归、线性规划等模型，适用于描述一些简单的线性关系。

2.非线性模型：非线性回归、非线性规划等模型，适用于描述一些复杂的非线性关系。

3.随机模型：包括随机过程、马尔可夫链、随机优化模型等，适用于描述具有随机性或不确定性的问题。

4.动态模型：包括差分方程、微分方程等模型，适用于描述随时间变化的问题。

5.优化模型：包括线性规划、整数规划、多目标规划等模型，适用于求解最优化问题。

6.网络流模型：包括最小生成树、最短路径、最大流等模型，适用于描述网络中的最优路径或流量问题。

7.图论模型：包括图的匹配、图的着色、图的遍历等模型，适用于描述图论问题。

8.排队论模型：包括排队系统、服务系统等模型，适用于描述排队等待问题。

9.时间序列模型：包括ARIMA模型、ARCH模型等，适用于描述时间序列数据的变化规律。

10.复杂系统模型：包括Agent-Based模型、神经网络模型等，适用于描述复杂系统内部的交互和演化过程。

以上模型只是研究生数学建模中常用的一部分，具体的模型选择要根据问题的特点和要求进行决定。

数学建模各种分析方法数学建模是指将实际问题转化为数学问题，然后利用数学方法求解的过程。

在数学建模中，有各种各样的分析方法可以辅助研究人员进行问题分析和求解。

下面将介绍一些常用的数学建模分析方法。

1.计算方法：计算方法是数学建模中最基础也是最常用的方法之一、它可以包括求解方程组、数值积分、数值微分、插值与拟合、数值优化等。

通过这些计算方法，可以将实际问题转化为数学模型，然后利用计算机进行数值计算和模拟实验。

2.统计分析方法：统计分析在数学建模中也起着非常重要的作用。

它可以用来分析数据、建立概率模型、进行参数估计和假设检验等。

统计分析可以帮助研究人员从大量数据中提取有用的信息，深入分析问题的特征和规律，为问题解决提供参考。

3.线性规划模型：线性规划是一种优化模型，常用于解决资源分配、生产计划、物流运输等问题。

线性规划模型的目标是最大化或最小化一些线性函数，同时满足一系列线性等式或不等式约束。

通过线性规划模型，可以确定最优决策和最优解。

4.非线性规划模型：非线性规划是一种更一般的优化模型，用于解决非线性约束条件下的最优化问题。

非线性规划模型常用于经济管理、工程设计、生物医学等领域。

非线性规划模型的求解较复杂，需要借助数值计算和优化算法。

5.动态规划模型：动态规划是一种用来解决决策问题的数学方法，其特点是将问题分解为多个阶段，并利用最优子结构的性质进行递推求解。

动态规划模型常用于决策路径规划、资源调度、序列比对等问题。

它优化了逐步贪心法的局部最优解，能够得到全局最优解。

6.图论模型：图论是一种数学工具，用于研究图或网络结构及其属性。

图论模型在数学建模中可以用来分析网络拓扑、路径优化、最短路径、最小生成树等问题。

图论模型的特点是简洁明了，适用于复杂问题的分析和求解。

7.随机过程模型：随机过程是一种描述随机变量随时间变化的数学模型，常用于建立概率模型和分析具有随机性的系统。

随机过程模型常用于金融风险评估、天气预测、信号处理、优化设计等问题。

数学建模中的图论算法及其应用研究引言：数学建模是指利用数学方法和技巧对实际问题进行分析、抽象、描述、求解和预测的一种研究方法。

图论作为数学建模中的重要工具之一，被广泛应用于各个领域，如网络分析、交通规划、社交网络等。

本文将介绍数学建模中常用的图论算法，并探讨它们在实际问题中的应用。

一、图论基础知识1.1 图的概念图是由一些点和连接这些点的边组成的集合。

点表示图中的实体或对象，边表示实体之间的关系。

图包含了很多重要的信息，例如节点的度、连通性等。

1.2 图的表示方法图可以用邻接矩阵或邻接表来表示。

邻接矩阵是一个二维矩阵，其中的元素表示节点之间是否相连。

邻接表是一个由链表构成的数组，数组的每个元素表示一个节点，每个节点的链表存储了与该节点相连的节点列表。

二、图的遍历算法2.1 深度优先搜索（DFS）深度优先搜索是一种用于图的遍历的算法。

从一个节点出发，递归地访问它的相邻节点，直到所有可达的节点都被访问过为止。

DFS可以用于寻找连通分量、路径搜索等问题。

2.2 广度优先搜索（BFS）广度优先搜索是另一种图的遍历算法。

从一个节点出发，依次访问它的相邻节点，然后再依次访问相邻节点的相邻节点。

BFS可以用于寻找最短路径、网络分析等问题。

三、最短路径算法3.1 Dijkstra算法Dijkstra算法用于寻找图中两个节点之间的最短路径。

它基于贪心策略，从起点开始逐步扩展最短路径，直到到达终点或无法扩展为止。

Dijkstra算法在交通网络规划、电力网络优化等领域有广泛应用。

3.2 Floyd-Warshall算法Floyd-Warshall算法用于寻找图中所有节点之间的最短路径。

它通过动态规划的思想，逐步更新每对节点之间的最短路径。

Floyd-Warshall算法在地理信息系统、通信网络等领域有重要应用。

四、最小生成树算法4.1 Prim算法Prim算法用于寻找连通图的最小生成树。

它从一个起始节点开始，逐步选择与当前生成树距离最近的节点，并将其加入最小生成树中。

高中数学学习中的数学建模方法数学建模是一种将数学知识应用于实际问题解决的方法。

在高中数学学习中，数学建模方法可以帮助学生将抽象的数学理论与现实问题相结合，提高数学学习的深度和实用性。

本文将介绍几种高中数学学习中常用的数学建模方法。

一、函数建模法函数建模是数学建模中最基本的方法之一，它通过建立函数模型来描述实际问题。

在高中数学学习中，常以线性函数、二次函数和指数函数等为基础进行建模。

例如，在经济学中，可以使用成本函数和收入函数来描述生产成本和盈利情况，从而帮助分析最优生产量和成本控制等问题。

二、统计建模法统计建模是数学建模中的另一种重要方法。

它通过收集数据并进行统计分析，建立数学模型来描述数据的规律和趋势。

在高中数学学习中，统计建模常用于分析一组数据的分布特征、相关性和预测等问题。

例如，在生物学中，可以通过统计分析人口数据来研究人口增长趋势和变动规律。

三、优化建模法优化建模是一种将数学方法应用于寻找最优解的方法。

在高中数学学习中，优化建模常用于求解最大值、最小值和最优方案等问题。

例如，在物理学中，可以通过建立目标函数和约束条件，应用最优化理论来求解运动路径、能量最优分配等问题。

四、图论建模法图论建模是数学建模中的一种重要方法，它通过构建图模型来研究问题之间的关系和网络结构。

在高中数学学习中，图论建模常用于解决行走问题、网络问题和路径问题等。

例如，在计算机科学中，可以通过建立图模型来优化网络传输路径和最短路径等问题。

五、微分方程建模法微分方程建模是一种将微分方程应用于实际问题的方法。

在高中数学学习中，微分方程建模常用于研究变化过程和动力系统等问题。

例如，在物理学中，可以通过建立微分方程模型来描述物体的运动和振动特性。

综上所述，高中数学学习中的数学建模方法包括函数建模、统计建模、优化建模、图论建模和微分方程建模等。

这些数学建模方法不仅可以帮助学生将数学理论应用于实际问题，还能提高解决问题的能力和思维方式。

数学建模方法及其应用
数学建模是一种通过建立数学模型来解决现实问题的方法。

它可以应用于各种领域，包括物理学、工程学、经济学、环境科学、生物学等。

以下是一些常用的数学建模方法及其应用：
1.微分方程模型：用于描述动态系统的变化规律，包括传热、传质、机械运动等。

应用领域包括物理学、化学工程、生态学等。

2.优化模型：用于最大化或最小化某个目标函数，如生产成本最小化、资源利用最大化等。

应用领域包括供应链管理、金融风险管理、交通规划等。

3.图论模型：用于描述图形结构和网络连接关系，包括最短路径、最小生成树、网络流等。

应用领域包括电力系统优化、社交网络分析、交通路线规划等。

4.概率统计模型：用于描述随机事件和概率分布，包括回归分析、假设检验、时间序列分析等。

应用领域包括经济预测、医学统计、风险评估等。

5.离散事件模型：用于描述离散事件的发生和演化过程，包括排队论、蒙特卡洛模拟等。

应用领域包括交通流量预测、物流调度、金融风险评估等。

这只是数学建模的一小部分方法和应用，实际上还有很多其他方法和领域。

数学建模可以帮助解决实际问题，优化决策，提高效率和效果。

运筹学模型（一）本章重点：线性规划基础模型、目标规划模型、运输模型及其应用、图论模型、最小树问题、最短路问题复习要求：1. 进一步理解基本建模过程，掌握类比法、图示法以及问题分析、合理假设的内涵.2. 进一步理解数学模型的作用与特点.本章复习重点是线性规划基础模型、运输问题模型和目标规划模型. 具体说来，要求大家会建立简单的线性规划模型，把实际问题转化为线性规划模型的方法要掌握，当然比较简单. 运输问题模型主要要求善于将非线性规划模型转化为运输规化模型，这种转化后求解相当简单. 你至少把一个很实际的问题转化为用表格形式写出的模型，至于求解是另外一回事，一般不要求. 目标模型一般是比较简单的线性规模模型在提出新的要求之后转化为目标规划模型. 另外，关于图论模型的问题涉及到最短路问题，具体说来用双标号法来求解一个最短路模型. 这之前恐怕要善于将一个实际问题转化为图论模型. 还有一个最小数的问题，该如何把一个网络中的最小数找到. 另外在个别场合可能会涉及一笔划问题.1. 营养配餐问题的数学模型m i Z n =C 1x 1+C 2x + C n x n⎧a 11x 1+a 12x 2+ +a 1n x n ≥b 1, ⎪⎪a 21x 1+a 22x 2+ +a 2n x n ≥b 2, ⎪ s ⋅t⋅⎨⎪a x +a x + +a x ≥b , m 22mn n m ⎪m 11⎪⎩x j ≥0(j =1, 2, , n或更简洁地表为m i Z n =∑C x jj =1n j⎧n ⎪∑a ij x j ≥b i ⎪j =1s ⋅t ⋅⎨⎪x ≥0(i =1, 2, , m j ⎪j =1, 2, , n ⎩其中的常数C j 表示第j 种食品的市场价格，a ij 表示第j 种食品含第i 种营养的数量，b i 表示人或动物对第i 种营养的最低需求量.2. 合理配料问题的数学模型有m 种资源B 1，B 2，…，B m ，可用于生产n 种代号为A 1，A 2，…，A n 的产品. 单位产品A j 需用资源B i 的数量为a ij ，获利为C j 单位，第i 种资源可供给总量为b i 个单位. 问如何安排生产，使总利润达到最大？设生产第j 种产品x j 个单位（j =1，2，…，n ），则有m a Z x =C 1x 1+C 2x 2+ +C n x n⎧a 11x 1+a 12x 2+ +a 1n x n ≤b 1, ⎪⎪a 21x 1+a 22x 2+ +a 2n x n ≤b l , ⎪ s ⋅t⋅⎨⎪a x +a x + +a x ≤b , m 22mn n m ⎪m 11⎪⎩x j ≥0(j =1, 2, , n或更简单地写为m a z x =∑Cj =1n j x j⎧n ⎪∑a ij x j ≤b i ⎪j =1 s ⋅t ⋅⎨i =1, 2, , m ⎛⎫⎪x ≥0 j =1, 2, , n ⎪⎪⎪j ⎝⎭⎩3. 运输问题模型运输问题也是一种线性规划问题，只是决策变量设置为双下标变量. 假如问题具有m 个产地和n 个销地，第i 个产地用A i 表示，其产量为a i （i =1，2，…，m ），第j 个销地用B j 表示，其销量为b j （j =1，2，…，n ），从A i 运往B j 的运价为c ij ，而写成为∑a i =1m i =∑b j =1n j 表示产销平衡. 那么产销平衡运输问题的一般模型可以min Z =∑∑c ij x iji =1j =1m n⎧n ⎪∑x ij =a i ⎪j =1⎪⎪m s ⋅t ⋅⎨∑x ij =b j ⎪i =1⎪⎛i =1, 2, , m ⎫⎪x ij ≥0 j =1, 2, , n ⎪⎪⎪⎝⎭⎩4. 目标规划模型某工厂生产代号为Ⅰ、Ⅱ的两种产品，这两种产品都要经甲、乙两个车间加工，并经检验与销售两部门处理. 已知甲、乙两车间每月可用生产工时分别为120小时和150小时，每小时费用分别为80元和20元，其它数据如下表表4-1工厂领导希望给出一个可行性生产方案，使生产销售及检验等方面都能达标.问题分析与模型假设经与工厂总经理交谈，确定下列几条：p 1：检验和销售费每月不超过4600元；p 2：每月售出产品I 不少于50件；p 3：两车间的生产工时充分利用（重要性权系数按两车间每小时费用比确定）；p 4：甲车间加班不超过20小时；p 5：每月售出产品Ⅱ不少于80件；p 6：两车间加班总时数要有控制（对权系数分配参照第三优先级）.模型建立设x 1，x 2分别为产品Ⅰ和Ⅱ的月产量，先建立一般约束条件组，依题设50x 1+30x 2≤4600x 1≥50 售出量x 2≥80 2x 1+x 2≤120 两车间总工时x 1+3x 2≤150+ 设d 1表检验销售费偏差，则希望d 1达最小，有p 1d 1+, 相应的目标约束为 5x 1+30x 2+d 1--d 1+ = 4600； --达最小，有p 2d 2, 相应的目标约束 d 2表产品I 售量偏差，则希望d 2-+x 1+d 2-d 2=50,以d 3、d 4表两车间生产工时偏差，则由于充分利用，故希望d 320=4：1，有--p 3(4d 3+d 4 . 相应的目标约束应为 --达最小，考虑到费用比例为80：, d 4-+-+=150， -d 42x 1+x 2+d 3-d 3=120和x 1+3x 2+d 4以d 5表甲车间加班偏差，则有+-+d 3+d 5-d 5=20， p 4d 5+, 相应目标约束为以d 6表产品Ⅱ售量偏差，则希望d 6达最小，有相应约束为-+x 2+d 6-d 6=80.++++表示，考虑到权系数，有p6(4d 3+d 4, 其目标约束由于利用超生+d 4- 最后优先级p 6可利用d 3产工时，已在工时限制中体现，于是得到该问题的目标规划模型为---+-++m i z n =p 1d 1++p 2d 2+p 3(4d 3+d 4 +p 4d 5+p 5d 6+p 6(4d 3+d 4 ⎧50x 1+30x 2+d 1--d 1+⎪-+x 1+d 2-d 2⎪⎪-+2x +x +d -d 1233⎪⎪-+s ⋅t ⋅⎨x 1+3x 2+d 4-d 4⎪+-+d +d -d 355⎪⎪x 2+d 6--d 6+⎪-+⎪⎩x 1, x 2≥0, d l , d l≥0=4600=50=120=150=20=80(l =1, 2, , 65. 最小树问题一个图中若有几个顶点及其边的交替序列形成闭回路，我们就说这个图有圈；若图中所有连顶点间都有边相接，就称该图是连通的；若两个顶点间有不止一条边连接，则称该图具有多重边. 一个图被称为是树意味着该图是连通的无圈的简单图. ．在具有相同顶点的树中，总赋权数最小的树称为最小树.最小树的求法有两种，一种称为“避圈法”，一种是“破圈法”，两法各具优缺点，它们具有共同的特征——去掉图中的圈并且每次都是去掉圈中边权较大的边.6. 最短路问题的数学模型最短路问题一般描述如下：在一个图（或者说网络）中，给定一个始点v s 和一个终点v t ，求v s 到v t 的一条路，使路长最短（即路的各边权数之和最小）.狄克斯屈（E.D.Dijkstra ）双标号法该法亦称双标号法，适用于所有权数均为非负（即一切w ij ≥0 w ij 表示顶点v i 与v j 的边的权数）的网络，能够求出网络的任一点v s 到其它各点的最短路，为目前求这类网络最短路的最好算法.该法在施行中，对每一个点v j 都要赋予一个标号，并分为固定标号P （v j ）和临时标号T （v j ）两种，其含义如下：P （v j ）——从始点v s 到v j 的最短路长；T （v j ）——从始点v s 到v j 的最短路长上界.一个点v j 的标号只能是上述两种标号之一. 若为T 标号，则需视情况修改，而一旦成为P 标号，就固定不变了.开始先给始点v s 标上P 标号0，然后检查点v s ，对其一切关联边（v s ，vj ）的终点v j ，给出v j 的T 标号w ij ；再在网络的已有T 标号中选取最小者，把它改为P 标号. 以后每次都检查刚得到P 标号那点，按一定规则修改其一切关联边终点的T 标号，再在网络的所有T 标号中选取最小者并把它改为P 标号. 这样，每次都把一个T 标号点改为P 标号点，因为网络中总共有n 个结点，故最多只需n -1次就能把终点v t 改为P 标号. 这意味着已求得了v s 到v t 的最短路.狄克斯屈标号法的计算步骤如下：1°令S ={v s }为固定标号点集，=V \{v s }为临时标号点集，再令P (v i =0，v t ∈S ； 2°检查点v i ，对其一切关联边（v i ， vj ）的终点v j∈，计算并令 min{T (v j , P (v i +w ij }⇒T (v j3°从一切v j∈中选取并令 min{T (v j }=T (v r ⇒T (v r 选取相应的弧（v i ， vr ）. 再令 S {v r }⇒S , \{v r }⇒=∅，则停止，P (v j 即v s 到v j 的最短路长，特别P (v t 即v s 到v t 的最短路长，而已选出 4°若的弧即给出v s 到各点的最短路；否则令v r ⇒v i ，返2°. 注意：若只要求v s 到某一点v t 的最短路，而没要求v s 到其他各点的最短路，则上述步骤4°可改为 4°若r = t 则结束，P (v r 即为所求最短路长；否则令v r ⇒v i ，返2°.。