第十四讲计算方法建模(1)资料
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数学建模计算方法蒙特卡罗算法(该算法又称随机性模拟算法,是通过计算机仿真来解决问题的算法,同时可以通过模拟可以来检验自己模型的正确性,是比赛时必用的方法)数据拟合、参数估计、插值等数据处理算法(比赛中通常会碰到大量的数据必须要处理,而处理数据的关键就在于这些算法,通常使用Matlab 作为工具)线性规划、整数规划、多元规划、二次规划等规划类问题(建模比赛大多数问题属于最优化问题,很多时候这些问题可以用数学规划算法来描述,通常使用Lindo、Lingo 软件实现) 图论算法(这类算法可以分为很多种,包括最短路、网络流、二分图等算法,涉及到图论的问题可以用这些方法解决,必须要认真准备)动态规划、回溯搜索、分治算法、分支定界等计算机算法(这些算法是算法〔制定〕中比较常用的方法,很多场合可以用到比赛中)4建模计算法三层次结构:最高层:这一层次中只有一个元素,一般它是分析问题的预定目标或理想结果,因此也称为目标层。
中间层:这一层次中包涵了为实现目标所涉及的中间环节,它可以由假设干个层次组成,包括所必须合计的准则、子准则,因此也称为准则层。
最底层:这一层次包括了为实现目标可供选择的各种措施、决策方案等,因此也称为措施层或方案层。
递阶层次结构中的层次数与问题的复杂程度及必须要分析的详尽程度有关,一般地层次数不受限制。
每一层次中各元素所支配的元素一般不要超过 9 个。
这是因为支配的元素过多会给两两比较推断带来困难。
层次分析法的应用:在应用层次分析法研究问题时,碰到的主要困难有两个:(i)如何依据实际状况抽象出较为贴切的层次结构;(ii)如何将某些定性的量作比较接近实际定量化处理。
层次分析法对人们的思维过程进行了加工整理,提出了一套系统分析问题的方法,为科学管理和决策提供了较有说服力的依据。
但层次分析法也有其局限性,主要表现在:(i)它在很大程度上依赖于人们的经验,主观因素的影响很大,它至多只能排除思维过程中的严重非一致性,却无法排除决策者个人可能存在的严重片面性。
建模计划学习方法一、建模的基本知识学习1.1 学习建模的基本理论知识学习建模的基本理论知识是进行建模计划学习的首要任务。
建模的基本理论知识包括数学建模的定义、原理、基本概念和方法等内容。
在学习建模的基本理论知识时,学习者应当掌握以下几个方面的知识内容:(1)mathematical modeling的定义:建模是将具体问题转化为数学模型,通过数学模型表达和求解实际问题的过程。
(2)建模基本原理:建模的基本原理是建模者必须对所研究对象有深刻的认识,能够准确表达问题,并选择合适的数学工具来描述和求解问题。
(3)建模基本概念:建模的基本概念包括变量、参数、约束条件、目标函数等。
(4)建模方法:数学建模的基本方法有:常微分方程模型、离散数学模型(组合数学模型、概率统计模型)、最优化模型(线性规划模型、整数规划模型、非线性规划模型)等。
1.2 学习建模的相关数学知识数学是建模的基础,学习者应该具备扎实的数学基础知识。
建模所依赖的数学知识主要包括微积分、线性代数、概率统计、离散数学等。
在学习建模的相关数学知识时,学习者应该注重以下几个方面的知识内容:(1)微积分:学习者应该掌握微分、积分的运算方法,以及微分方程的基本理论和求解方法。
(2)线性代数:学习者应该掌握矩阵的运算方法、矩阵的逆、行列式等基本理论知识。
(3)概率统计:学习者应该掌握概率的基本概念、统计的基本概念、概率分布、统计推断等相关知识。
(4)离散数学:学习者应该掌握图论、集合论、数论等基本理论知识。
1.3 学习建模的相关计算机知识在现代建模中,计算机已经成为了不可或缺的工具。
学习者应该具备一定的计算机知识,包括计算机编程、数据处理、数据可视化等。
在学习建模的相关计算机知识时,学习者应该注重以下几个方面的知识内容:(1)计算机编程:学习者应该具备一门计算机编程语言,如Python、Matlab、R等的基本编程能力。
(2)数据处理:学习者应该掌握数据的收集、整理、分析和处理的方法。
数学建模方法知识点总结一、问题分析和建模1.问题分析数学建模的第一步是对实际问题进行分析和理解。
这包括确定问题的背景和范围,理解问题的关键要素,分析问题的复杂程度和不确定性,并确定问题的数学建模的可行性和必要性。
在问题分析阶段,需要充分调研、分析和理解现实世界中的问题,并准确把握问题的本质和特点,为建模和求解奠定基础。
2.建模的基本步骤建模的基本步骤包括确定问题的数学模型的类型,选择合适的数学模型,建立数学模型,进行模型的分析和求解,验证模型的有效性和适用性。
在建模的过程中,需要充分考虑问题的实际背景和要求,选择合适的数学工具和方法,保证模型的准确性和实用性。
3.模型假设在建立数学模型时,需要明确模型的假设,包括输入变量和输出变量,模型的非线性程度,问题的约束条件等。
模型假设的准确性和合理性对于模型的可靠性和有效性至关重要。
二、数学建模的数学方法1.微积分微积分是数学建模中最基本和最常用的工具之一,包括导数、积分、微分方程等。
在建立数学模型和求解问题时,常常涉及到对函数的求导和积分,微分方程的建立和求解等。
2.线性代数线性代数是数学建模中重要的数学工具,包括矩阵和向量的理论和方法,线性方程组的求解,特征值和特征向量的计算等。
在建模和求解问题时,常常需要用到线性代数的知识和方法。
3.概率论与统计学概率论和统计学是数学建模中涉及到的另一个重要领域,包括概率分布,随机变量,样本统计量,假设检验等。
在建立数学模型和分析问题时,需要考虑问题的不确定性和随机性,因此概率论和统计学的知识和方法非常重要。
4.优化方法优化方法是数学建模中用于求解最优化问题的重要工具,包括线性规划、非线性规划、整数规划等。
在建模和求解问题时,常常需要考虑优化问题,选择合适的优化方法进行求解。
5.离散数学与图论离散数学和图论是数学建模中用于处理离散结构和关系的重要工具,包括图的表示和遍历,图的匹配和覆盖,图的着色和路径等。
在建模和求解问题时,常常需要用到离散数学和图论的知识和方法。
建模算法入门知识点总结一、建模算法概述建模算法是指在数据科学领域中利用数学和统计学的方法对数据进行建模和预测的过程。
建模算法的目标是找到可以解释数据背后规律的数学模型,并利用模型对未来的现象进行预测或分析。
常见的建模算法包括线性回归、逻辑回归、决策树、支持向量机、朴素贝叶斯、神经网络等。
下面将对这些算法进行逐一介绍。
二、线性回归线性回归是一种用于建模和分析变量之间关系的统计技术。
它将一个或多个自变量和一个因变量之间的线性关系进行建模,然后利用这个模型对未来的结果进行预测。
线性回归的数学表示为:y = β0 + β1*x1 + β2*x2 + … + βn*xn ,其中y是因变量,x1、x2、…、xn是自变量,β0、β1、β2、…、βn是回归系数。
线性回归的优势在于简单、易理解、易实现,缺点在于只能处理线性关系,无法处理非线性关系。
三、逻辑回归逻辑回归是一种用于建模二分类问题的统计技术。
它将自变量与因变量的对数几率进行线性回归,并利用对数几率进行分类预测。
逻辑回归的数学表示为:p = 1 / (1 + e^(-z)),其中z = β0 + β1*x1 + β2*x2 + … + βn*xn,p是因变量为1的概率,e是自然常数2.71828。
逻辑回归的优势在于简单、易理解、易实现,缺点在于只能处理二分类问题,无法处理多分类问题。
四、决策树决策树是一种用于建模分类和回归问题的算法。
它通过对数据进行分割、选择最优特征、构建树结构来进行预测。
决策树的优势在于易理解、可解释性强、对数据预处理要求低,缺点在于容易过拟合,对噪声敏感,需要进行剪枝来提高泛化能力。
五、支持向量机支持向量机是一种用于分类和回归问题的算法。
它通过寻找超平面来最大化类别间的间隔,从而进行分类和回归预测。
支持向量机的优势在于对于高维数据和非线性数据有较好的表现,缺点在于对于大规模数据训练时间较长,难以解释模型内部。
六、朴素贝叶斯朴素贝叶斯是一种用于建模分类问题的算法。