数学建模方法归类(很全很有用)
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数学建模方法一、机理分析法从基本物理定律以及系统的结构数据来推导出模型。
1. 比例分析法--建立变量之间函数关系的最基本最常用的方法。
2. 代数方法--求解离散问题(离散的数据、符号、图形)的主要方法。
3. 逻辑方法--是数学理论研究的重要方法,对社会学和经济学等领域的实际问题,在决策,对策等学科中得到广泛应用。
4. 常微分方程--解决两个变量之间的变化规律,关键是建立"瞬时变化率"的表达式。
5. 偏微分方程--解决因变量与两个以上自变量之间的变化规律。
二、数据分析法从大量的观测数据利用统计方法建立数学模型。
1. 回归分析法--用于对函数f(x)的一组观测值(xi,fi)i=1,2,…,n,确定函数的表达式,由于处理的是静态的独立数据,故称为数理统计方法。
2. 时序分析法--处理的是动态的相关数据,又称为过程统计方法。
3. 回归分析法--用于对函数f(x)的一组观测值(xi,fi)i=1,2,…,n,确定函数的表达式,由于处理的是静态的独立数据,故称为数理统计方法。
4. 时序分析法--处理的是动态的相关数据,又称为过程统计方法。
三、仿真和其他方法1. 计算机仿真(模拟)--实质上是统计估计方法,等效于抽样试验。
①离散系统仿真--有一组状态变量。
②连续系统仿真--有解析表达式或系统结构图。
2. 因子试验法--在系统上作局部试验,再根据试验结果进行不断分析修改,求得所需的模型结构。
3. 人工现实法--基于对系统过去行为的了解和对未来希望达到的目标,并考虑到系统有关因素的可能变化,人为地组成一个系统。
(参见:齐欢《数学模型方法》,华中理工大学出版社,1996)二、风扇的最优化布局设计为你上课的教室安装风扇,请你做风扇的最优化布局设计;建模提示:(1)在风扇数目一定的情况下,风扇的位置不同,效果也不同,是否一定存在一个最好的布局?(2)在风扇数目不定的情况下,就有一个安装多少台风扇为最佳方案的问题,自然也应该存在一个最佳数量结果。
数学建模10种常用算法1、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)2、数据拟合、参数估计、插值等数据处理算法(比赛中通常会遇到大量的数据需要处理,而处理数据的关键就在于这些算法,通常使用Matlab作为工具)3、线性规划、整数规划、多元规划、二次规划等规划类问 题(建模竞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)4、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,需要认真准备)5、动态规划、回溯搜索、分治算法、分支定界等计算机算法(这些算法是算法设计中比较常用的方法,很多场合可以用到竞赛中)6、最优化理论的三大非经典算法:模拟退火法、神经网络、遗传算法(这些问题是用来解决一些较困难的最优化问题的算法,对于有些问题非常有帮助,但是算法的实现比较困难,需慎重使用)7、网格算法和穷举法(网格算法和穷举法都是暴力搜索最优点的算法,在很多竞赛题中有应用,当重点讨论模型本身而轻视算法的时候,可以使用这种暴力方案,最好使用一些高级语言作为编程工具)8、一些连续离散化方法(很多问题都是实际来的,数据可以是连续的,而计算机只认的是离散的数据,因此将其离散化后进行差分代替微分、求和代替积分等思想是非常重要的)9、数值分析算法(如果在比赛中采用高级语言进行编程的话,那一些数值分析中常用的算法比如方程组求解、矩阵运算、函数积分等算法就需要额外编写库函数进行调用)10、图象处理算法(赛题中有一类问题与图形有关,即使与图形无关,论文中也应该要不乏图片的,这些图形如何展示以及如何处理就是需要解决的问题,通常使用Matlab进行处参数估计C.F.20世纪60年代,随着电子计算机的。
参数估计有多种方法,有最小二乘法、极大似然法、极大验后法、最小风险法和极小化极大熵法等。
数学建模各类方法归纳总结数学建模是一门应用数学领域的重要学科,它旨在通过数学模型对现实世界中的问题进行分析和解决。
随着科技的不断发展和应用需求的增加,数学建模的方法也日趋多样化和丰富化。
本文将对数学建模的各类方法进行归纳总结,以期帮助读者更好地了解和应用数学建模。
一、经典方法1. 贝叶斯统计模型贝叶斯统计模型是一种基于概率和统计的建模方法。
它通过利用先验知识和已知数据来确定未知数据的后验概率分布,从而进行推理和预测。
贝叶斯统计模型在金融、医药、环境等领域具有广泛应用。
2. 数理统计模型数理统计模型是基于概率统计理论和方法的建模方法。
它通过收集和分析样本数据,构建统计模型,并通过参数估计和假设检验等方法对数据进行推断和预测。
数理统计模型在市场预测、风险评估等领域有着重要的应用。
3. 线性规划模型线性规划模型是一种优化建模方法,它通过线性目标函数和线性约束条件来描述和解决问题。
线性规划模型在供应链管理、运输优化等领域被广泛应用,能够有效地提高资源利用效率和降低成本。
4. 非线性规划模型非线性规划模型是一种对目标函数或约束条件存在非线性关系的问题进行建模和求解的方法。
非线性规划模型在经济学、物理学等领域有着广泛的应用,它能够刻画更为复杂的现实问题。
二、进阶方法1. 神经网络模型神经网络模型是一种模拟人脑神经元系统进行信息处理的模型。
它通过构建多层神经元之间的连接关系,利用反向传播算法进行训练和学习,实现对复杂数据的建模和预测。
神经网络模型在图像识别、自然语言处理等领域取得了显著的成果。
2. 遗传算法模型遗传算法模型是一种模拟自然界生物进化过程的优化方法。
它通过模拟遗传、交叉和突变等过程,逐步搜索和优化问题的最优解。
遗传算法模型在组合优化、机器学习等领域具有广泛的应用。
3. 蒙特卡洛模拟模型蒙特卡洛模拟模型是一种基于随机模拟和概率统计的建模方法。
它通过生成大量的随机样本,通过对样本进行抽样和分析,模拟系统的运行和行为,从而对问题进行求解和评估。
数学建模十大经典算法数学建模是将现实问题抽象化成数学问题,并通过数学模型和算法进行解决的过程。
在数学建模中,常用的算法能够帮助我们分析和求解复杂的实际问题。
以下是数学建模中的十大经典算法:1.线性规划算法线性规划是一种用于求解线性约束下的最优解的方法。
经典的线性规划算法包括单纯形法、内点法和对偶理论等。
这些算法能够在线性约束下找到目标函数的最大(小)值。
2.整数规划算法整数规划是在线性规划的基础上引入了整数变量的问题。
经典的整数规划算法包括分枝定界法、割平面法和混合整数线性规划法。
这些算法能够在整数约束下找到目标函数的最优解。
3.动态规划算法动态规划是一种将一个问题分解为更小子问题进行求解的方法。
经典的动态规划算法包括背包问题、最短路径问题和最长公共子序列问题等。
这些算法通过定义递推关系,将问题的解构造出来。
4.图论算法图论是研究图和图相关问题的数学分支。
经典的图论算法包括最小生成树算法、最短路径算法和最大流算法等。
这些算法能够解决网络优化、路径规划和流量分配等问题。
5.聚类算法聚类是将相似的数据点划分为不相交的群体的过程。
经典的聚类算法包括K均值算法、层次聚类算法和密度聚类算法等。
这些算法能够发现数据的内在结构和模式。
6.时间序列分析算法时间序列分析是对时间序列数据进行建模和预测的方法。
经典的时间序列分析算法包括平稳性检验、自回归移动平均模型和指数平滑法等。
这些算法能够分析数据中的趋势、周期和季节性。
7.傅里叶变换算法傅里叶变换是将一个函数分解成一系列基础波形的过程。
经典的傅里叶变换算法包括快速傅里叶变换和离散傅里叶变换等。
这些算法能够在频域上对信号进行分析和处理。
8.最优化算法最优化是研究如何找到一个使目标函数取得最大(小)值的方法。
经典的最优化算法包括梯度下降法、共轭梯度法和遗传算法等。
这些算法能够找到问题的最优解。
9.插值和拟合算法插值和拟合是通过已知数据点来推断未知数据点的方法。
经典的插值算法包括拉格朗日插值和牛顿插值等。
在数学建模中常用的方法:类比法、二分法、量纲分析法、差分法、变分法、图论法、层次分析法、数据拟合法、回归分析法、数学规划(线性规划,非线性规划,整数规划,动态规划,目标规划)、机理分析、排队方法、对策方法、决策方法、模糊评判方法、时间序列方法、灰色理论方法、现代优化算法(禁忌搜索算法,模拟退火算法,遗传算法,神经网络)。
用这些方法可以解下列一些模型:优化模型、微分方程模型、统计模型、概率模型、图论模型、决策模型。
拟合与插值方法(给出一批数据点,确定满足特定要求的曲线或者曲面,从而反映对象整体的变化趋势):matlab可以实现一元函数,包括多项式和非线性函数的拟合以及多元函数的拟合,即回归分析,从而确定函数;同时也可以用matlab实现分段线性、多项式、样条以及多维插值。
在优化方法中,决策变量、目标函数(尽量简单、光滑)、约束条件、求解方法是四个关键因素。
其中包括无约束规则(用fminserch、fminbnd实现)线性规则(用linprog实现)非线性规则、(用fmincon实现)多目标规划(有目标加权、效用函数)动态规划(倒向和正向)整数规划。
回归分析:对具有相关关系的现象,根据其关系形态,选择一个合适的数学模型,用来近似地表示变量间的平均变化关系的一种统计方法(一元线性回归、多元线性回归、非线性回归),回归分析在一组数据的基础上研究这样几个问题:建立因变量与自变量之间的回归模型(经验公式);对回归模型的可信度进行检验;判断每个自变量对因变量的影响是否显著;判断回归模型是否适合这组数据;利用回归模型对进行预报或控制。
相对应的有线性回归、多元二项式回归、非线性回归。
逐步回归分析:从一个自变量开始,视自变量作用的显著程度,从大到地依次逐个引入回归方程:当引入的自变量由于后面变量的引入而变得不显著时,要将其剔除掉;引入一个自变量或从回归方程中剔除一个自变量,为逐步回归的一步;对于每一步都要进行值检验,以确保每次引入新的显著性变量前回归方程中只包含对作用显著的变量;这个过程反复进行,直至既无不显著的变量从回归方程中剔除,又无显著变量可引入回归方程时为止。
在数学建模中常用的方法数学建模是一种利用数学模型来描述和解决实际问题的方法。
它在科学研究、工程技术和经济管理等领域具有广泛的应用。
在数学建模中,常用的方法包括线性规划、非线性规划、动态规划、离散事件模拟、蒙特卡洛方法等。
下面将对这些方法进行详细介绍。
1.线性规划:线性规划是一种在给定的约束条件下最大化或最小化线性目标函数的方法。
它适用于有着线性关系的问题,包括生产计划、资源分配、运输问题等。
线性规划的主要方法是使用线性规划模型将问题转化为数学形式,并通过线性规划算法求解最优解。
2.非线性规划:非线性规划是一种在给定的约束条件下最大化或最小化非线性目标函数的方法。
它适用于有着非线性关系的问题,包括优化设计、模式识别、经济决策等。
非线性规划的主要方法是使用非线性规划模型将问题转化为数学形式,并通过非线性规划算法求解最优解。
3.动态规划:动态规划是一种通过将复杂问题分解为子问题,并利用最优子结构的性质求解问题的方法。
它适用于有着重叠子问题的问题,包括最短路径问题、背包问题、机器调度问题等。
动态规划的主要方法是建立递推关系,通过填表或递归的方式求解最优解。
4.离散事件模拟:离散事件模拟是一种通过模拟系统状态的变化,以评估系统性能的方法。
它适用于有着离散事件发生和连续状态变化的问题,包括排队论、制造过程优化、金融风险评估等。
离散事件模拟的主要方法是建立事件驱动的模拟模型,并通过统计分析得到系统性能的估计。
5.蒙特卡洛方法:蒙特卡洛方法是一种基于概率统计的模拟方法,通过生成随机样本来估计问题的解。
它适用于有着随机性质的问题,包括随机优化、风险分析、可靠性评估等。
蒙特卡洛方法的主要思想是基于大数定律,通过大量的随机模拟次数来逼近问题的解。
除了上述方法外,在数学建模中还可以使用图论、拟合分析、概率论和统计方法等。
图论可用于描述网络结构和路径问题;拟合分析可用于对实际数据进行曲线或曲面拟合;概率论和统计方法可用于建立概率模型和对数据进行统计分析。
数学建模方法大汇总数学建模是数学与实际问题相结合,通过建立数学模型来解决实际问题的一种方法。
在数学建模中,常用的方法有很多种,下面将对常见的数学建模方法进行大汇总。
1.描述性统计法:通过总结、归纳和分析数据来描述现象和问题,常用的统计学方法有平均值、标准差、频率分布等。
2.数据拟合法:通过寻找最佳拟合曲线或函数来描述和预测数据的规律,常用的方法有最小二乘法、非线性优化等。
3.数理统计法:通过样本数据对总体参数进行估计和推断,常用的方法有参数估计、假设检验、方差分析等。
4.线性规划法:建立线性模型,通过线性规划方法求解最优解,常用的方法有单纯形法、对偶理论等。
5.整数规划法:在线性规划的基础上考虑决策变量为整数或约束条件为整数的情况,常用的方法有分支定界法、割平面法等。
6.动态规划法:通过递推关系和最优子结构性质建立动态规划模型,通过计算子问题的最优解来求解原问题的最优解,常用的方法有最短路径算法、最优二叉查找树等。
7.图论方法:通过图的模型来描述和求解问题,常用的方法有最小生成树、最短路径、网络流等。
8.模糊数学法:通过模糊集合和隶属函数来描述问题,常用的方法有模糊综合评价、模糊决策等。
9.随机过程法:通过概率论和随机过程来描述和求解问题,常用的方法有马尔可夫过程、排队论等。
10.模拟仿真法:通过构建系统的数学模型,并使用计算机进行模拟和仿真来分析问题,常用的方法有蒙特卡洛方法、事件驱动仿真等。
11.统计回归分析法:通过建立自变量与因变量之间的关系来分析问题,常用的方法有线性回归、非线性回归等。
12.优化方法:通过求解函数的最大值或最小值来求解问题,常用的方法有迭代法、梯度下降法、遗传算法等。
13.系统动力学方法:通过建立动力学模型来分析系统的演化过程,常用的方法有积分方程、差分方程等。
14.图像处理方法:通过数学模型和算法来处理和分析图像,常用的方法有小波变换、边缘检测等。
15.知识图谱方法:通过构建知识图谱来描述和分析知识之间的关系,常用的方法有图论、语义分析等。
2常用的建模方法
(I)初等数学法。
主要用于一些静态、线性、确定性的模型。
例如,席位分配问题,学生成绩的比较,一些简单的传染病静态模型。
(2)数据分析法。
从大量的观测数据中,利用统计方法建立数学模型,常见的有:回归分析法,时序分析法。
(3)仿真和其他方法。
主要有计算机模拟(是一种统计估计方法,等效于抽样试验,可以离散系统模拟和连续系统模拟),因子试验法(主要是在系统上做局部试验,根据试验结果进行不
断分析修改,求得所需模
型结构),人工现实法(基于对系统的了解和所要达到的目标,人为地组成一个系统)。
(4)层次分析法。
主要用于有关经济计划和管理、能源决策和分配、行为科学、军事科学、军事指挥、运输、农业、教育、人才、医疗、环境等领
域,以便进行决策、评价、分析、预测等。
该方法关键的一步是建立层次结
构模型。
数学建模有哪些方法
数学建模是指将实际问题用数学的方法进行描述和分析的过程。
常见的数学建模方法有以下几种:
1. 形式化建模:将实际问题抽象成数学模型,通过符号和公式的形式进行描述和求解。
2. 统计建模:利用统计学的方法对数据进行收集、整理和分析,从中提取规律和模式,对未知的情况进行预测和决策。
3. 数值模拟:利用计算机和数值方法对问题进行模拟和求解,通过近似计算得到结果。
4. 最优化建模:通过建立优化模型,寻找使目标函数达到最大或最小值的最优解。
5. 离散建模:将连续的问题离散化,转化为离散的数学模型进行分析和求解。
6. 动态建模:对问题进行时间序列的分析和建模,预测未来的变化和趋势。
7. 图论建模:将问题抽象成图的形式,利用图的相关理论和算法进行分析和求解。
8. 概率建模:利用概率论的方法对问题进行建模和分析,从中推断出一些未知的情况。
以上是一些常见的数学建模方法,具体的方法选择要根据实际问题的特点和要求进行判断和决策。
一、主成分分析法一)、主成分分析法介绍:主成分分析(principal components analysis,PCA)又称:主分量分析,主成分回归分析法。
旨在利用降维的思想,把多指标转化为少数几个综合指标。
它是一个线性变换。
这个变换把数据变换到一个新的坐标系统中,使得任何数据投影的第一大方差在第一个坐标(称为第一主成分)上,第二大方差在第二个坐标(第二主成分)上,依次类推。
主成分分析经常用减少数据集的维数,同时保持数据集的对方差贡献最大的特征。
这是通过保留低阶主成分,忽略高阶主成分做到的。
这样低阶成分往往能够保留住数据的最重要方面。
但是,这也不是一定的,要视具体应用而定。
二)、主成分分析法的基本思想:在实证问题研究中,为了全面、系统地分析问题,我们必须考虑众多影响因素。
这些涉及的因素一般称为指标,在多元统计分析中也称为变量。
因为每个变量都在不同程度上反映了所研究问题的某些信息,并且指标之间彼此有一定的相关性,因而所得的统计数据反映的信息在一定程度上有重叠。
在用统计方法研究多变量问题时,变量太多会增加计算量和增加分析问题的复杂性,人们希望在进行定量分析的过程中,涉及的变量较少,得到的信息量较多。
主成分分析正是适应这一要求产生的,是解决这类题的理想工具。
同样,在科普效果评估的过程中也存在着这样的问题。
科普效果是很难具体量化的。
在实际评估工作中,我们常常会选用几个有代表性的综合指标,采用打分的方法来进行评估,故综合指标的选取是个重点和难点。
如上所述,主成分分析法正是解决这一问题的理想工具。
因为评估所涉及的众多变量之间既然有一定的相关性,就必然存在着起支配作用的因素。
根据这一点,通过对原始变量相关矩阵内部结构的关系研究,找出影响科普效果某一要素的几个综合指标,使综合指标为原来变量的线性拟合。
这样,综合指标不仅保留了原始变量的主要信息,且彼此间不相关,又比原始变量具有某些更优越的性质,就使我们在研究复杂的科普效果评估问题时,容易抓住主要矛盾。
数模竞赛13种建模方法你掌握了几个
随着时代的变迁和科技的进步,数据分析和建模已成为当今比赛领域
的热门课题。
数据建模技术比赛中用到的模型有很多。
以下是常用的13
种数据建模方法:
1、线性回归:基于线性模型的数据建模,主要用来预测一个变量与
另一个变量的依赖关系。
2、逻辑回归:也称为分类回归,它是一种二元分类模型,可以用来
预测输入变量的值和输出变量的分类。
3、决策树:通过计算每个属性的信息增益,建立起决定变量的各个
分支,从而建立起决策树的模型。
4、贝叶斯分类:基于贝叶斯定理,它是一种监督学习模型,可以用
来预测输入数据的值和输出分类。
5、K近邻:以其中一特征的值为准,与其周围的K个样本进行比较,得出其对应的分类。
6、支持向量机:SVM是一种监督学习模型, can建立在带有高斯核
的假设基础上,用来预测输入变量的值和输出变量的分类。
7、感知机:它是一种用来处理二元分类任务的线性分类器,它有一
个输入层和一个输出层,它分类输入的数据,返回结果的类。
8、AdaBoost:基于弱分类器的而提升算法。
它把弱分类器结合起来,形成一个更强大的分类器。
数学建模是将实际问题抽象成数学模型,并通过数学方法进行求解和分析的过程。
以下是一些常见的数学建模方法:
1.数理统计:利用概率论和统计学方法来分析数据,建立统计模型并进行参数估计、假设
检验等,从而对问题进行量化和预测。
2.最优化方法:使用最优化理论和方法,在给定约束条件下寻找最优解,如线性规划、非
线性规划、整数规划等。
3.微分方程模型:通过建立微分方程或偏微分方程描述系统的动态行为,包括常微分方程
和偏微分方程模型。
4.离散事件模拟:通过离散事件模拟方法模拟系统的运作过程,包括随机过程、排队论等。
5.图论与网络流模型:使用图论和网络流算法对复杂的关系和网络结构进行建模和分析,
如最短路径、最小生成树等。
6.时间序列分析:对时间序列数据进行建模和预测,涉及自相关函数、谱分析、回归分析
等方法。
7.近似方法:如插值、拟合、逼近等方法,通过寻找适当的函数形式来近似真实问题。
8.随机过程:通过建立随机过程来描述系统的不确定性和随机性,包括马尔可夫链、布朗
运动等。
9.图像处理与模式识别:利用数学方法和算法对图像和模式进行处理和识别,如图像滤波、
边缘检测、模式匹配等。
10.数据挖掘与机器学习:利用统计学和机器学习算法对大规模数据进行分析和挖掘,发现
隐藏的模式和关联规律。
这些方法只是数学建模中的一部分,实际应用还需根据具体问题进行选择和组合。
在数学建模过程中,常常需要结合领域知识和实际情况,并使用计算机软件和工具进行模型求解和结果分析。
数学建模常用模型方法总结数学建模是指用数学方法对实际问题进行抽象和描述,进而建立数学模型来解决实际问题的方法。
数学建模是现代科学技术的重要手段之一,它在实际应用中起着重要的作用。
下面将介绍一些常用的数学建模方法。
一、线性规划线性规划是在约束条件下求解线性目标函数的问题,广泛应用于经济、工程等领域。
它的数学模型可以表示为:$$\begin{align*}\text{maximize}\quad & \mathbf{C}^T\mathbf{X} \\\text{subject to}\quad & \mathbf{A}\mathbf{X} \leq \mathbf{b} \\& \mathbf{X} \geq \mathbf{0}\end{align*}$$其中,$\mathbf{C}$是一个列向量,$\mathbf{X}$是要优化的目标变量,$\mathbf{A}$是一个矩阵,$\mathbf{b}$是一个列向量。
二、非线性规划非线性规划是在约束条件下求解非线性目标函数的问题。
非线性规划模型往往在现实问题中具有更广泛的适用性。
非线性规划的数学模型可以表示为:$$\begin{align*}\text{maximize}\quad & f(\mathbf{X}) \\\text{subject to}\quad & \mathbf{g}(\mathbf{X}) \leq\mathbf{0} \\& \mathbf{h}(\mathbf{X}) = \mathbf{0}\end{align*}$$其中,$f(\mathbf{X})$是一个目标函数,$\mathbf{g}(\mathbf{X})$是不等式约束条件,$\mathbf{h}(\mathbf{X})$是等式约束条件。
三、动态规划动态规划是一种通过将问题分解成子问题的方式来求解复杂问题的方法。
它通常适用于具有最优子结构性质的问题。
数学建模常用算法数学建模是指将实际问题转化为数学模型,并通过数学方法进行求解的过程。
在数学建模中,常用的算法有很多种,下面将介绍一些常见的数学建模算法。
1.最优化算法:-线性规划算法:如单纯形法、内点法等,用于求解线性规划问题。
-非线性规划算法:如最速下降法、牛顿法等,用于求解非线性规划问题。
-整数规划算法:如分支定界法、割平面法等,用于求解整数规划问题。
2.概率统计算法:-蒙特卡洛模拟:通过模拟随机事件的方式,得出问题的概率分布。
-贝叶斯统计:利用先验概率和条件概率,通过数据更新后验概率。
-马尔可夫链蒙特卡洛:用马尔可夫链的方法求解复杂的概率问题。
3.图论算法:-最短路径算法:如迪杰斯特拉算法、弗洛伊德算法等,用于求解两点之间的最短路径。
-最小生成树算法:如普里姆算法、克鲁斯卡尔算法等,用于求解图中的最小生成树。
- 最大流最小割算法: 如Edmonds-Karp算法、Dinic算法等,用于求解网络流问题。
4.插值和拟合算法:-多项式插值:如拉格朗日插值、牛顿插值等,用于通过已知数据点拟合出多项式模型。
-最小二乘法拟合:通过最小化实际数据与拟合模型之间的差异来确定模型参数。
-样条插值:通过使用多段低次多项式逼近实际数据,构造连续的插值函数。
5.遗传算法和模拟退火算法:-遗传算法:通过模拟自然选择、遗传变异和交叉等过程,优化问题的解。
-模拟退火算法:模拟固体退火过程,通过随机策略进行,逐步靠近全局最优解。
6.数据挖掘算法:- 聚类算法: 如K-means算法、DBSCAN算法等,用于将数据分为不同的类别。
-分类算法:如朴素贝叶斯算法、决策树算法等,用于通过已知数据的类别预测新数据的类别。
- 关联分析算法: 如Apriori算法、FP-growth算法等,用于发现数据集中的关联规则。
以上只是数学建模中常用的一些算法,实际上还有很多其他算法也可以应用于数学建模中,具体使用哪种算法取决于问题的性质和要求。
汽车租赁模型要结合蒙特卡罗算法176投票趋势模型177马尔可夫链Markov 决策离散概率模型串联和并联系统模型178无约束类生产计划模型192取整数类载货模型194动态规划类197多目标规划类投资问题有时须对目标进行取舍。
可采取加权系统层次分析196冲突目标Minmax 与maxmin机会约束约束满足概率性>P 矛盾约束约束相互矛盾单纯形法木匠生产模型注意步骤性。
215组合模型参数模型动态规划决策法背包问题排序问题多步骤形的规划线性规划模型数值搜索法工业流程优化黄金分割搜索法还有二分搜索法233最大树最大流最短路关键路线法网络计划布点问题中心问题重心问题运输问题网络流分配问题匈牙利方法最大匹配最优匹配旅行推销问题中国邮递员问题分式规划目标是分式凸规划非线性规划几何规划2人0种对策鞍点对策混合对策对策合作单摆模型通过实验选择最终模型253爆炸模型函数随爆炸威力上升改变258烤火鸡模型262量纲分析模型阻力模型使用相似性、比例性。
注意它额外定义的物理量。
268军备竞赛模型民防、移动发射台、多弹头271税收-能源危机模型参考经济学书籍!288图标模型税收归宿模型税收-汽油短缺模型马尔萨斯人口模型无限增长299人口模型有限增长模型可推广到其它生物的增长301用药模型储蓄模型关注Euler 法的使用(该法并不精确)326竞争捕猎模型363页:相应的Euler 法使用生物关系模型捕食者-食饵模型Scheafer 微分方程模型Lanchester 战斗模型350SIR 模型军备竞赛的经济模型355微分方程模型混沌与分形模型连续Steiner 树模型名称所在目录1,国有企业业绩分化的数学模型2,打假问题的机理数学分析3,足球比赛排名问题4,大象群落的稳定性分析5,火车便餐最有价格方案6,影院最优设计方案7,国有企业业绩分化的数学模型8,打假问题的机理数学分析9,足球比赛排名问题10,大象群落的稳定性分析11,火车便餐最有价格方案12,施肥效果分析13,迷宫问题14,锁具装箱问题15,密码问题16,席位分配模型初等模型17,双重玻璃窗功效模型18,储存模型优化模型19,森林救火模型20,消费者均衡模型21,加工奶制品模型数学规划模型22,自来水输送模型23,混合泳接力模型24,投入产出模型25,三级火箭模型26,糖尿病模型27,传染病模型28,生物种群模型29,人口模型30,分子模型31,扫雪模型32,商人过河问题。
在数学建模中常用的方法:类比法、二分法、量纲分析法、差分法、变分法、图论法、层次分析法、数据拟合法、回归分析法、数学规划(线性规划,非线性规划,整数规划,动态规划,目标规划)、机理分析、排队方法、对策方法、决策方法、模糊评判方法、时间序列方法、灰色理论方法、现代优化算法(禁忌搜索算法,模拟退火算法,遗传算法,神经网络)。
用这些方法可以解下列一些模型:优化模型、微分方程模型、统计模型、概率模型、图论模型、决策模型。
拟合与插值方法(给出一批数据点,确定满足特定要求的曲线或者曲面,从而反映对象整体的变化趋势):matlab可以实现一元函数,包括多项式和非线性函数的拟合以及多元函数的拟合,即回归分析,从而确定函数;同时也可以用matlab实现分段线性、多项式、样条以及多维插值。
在优化方法中,决策变量、目标函数(尽量简单、光滑)、约束条件、求解方法是四个关键因素。
其中包括无约束规则(用fminserch、fminbnd实现)线性规则(用linprog实现)非线性规则、(用fmincon实现)多目标规划(有目标加权、效用函数)动态规划(倒向和正向)整数规划。
回归分析:对具有相关关系的现象,根据其关系形态,选择一个合适的数学模型,用来近似地表示变量间的平均变化关系的一种统计方法(一元线性回归、多元线性回归、非线性回归),回归分析在一组数据的基础上研究这样几个问题:建立因变量与自变量之间的回归模型(经验公式);对回归模型的可信度进行检验;判断每个自变量对因变量的影响是否显著;判断回归模型是否适合这组数据;利用回归模型对进行预报或控制。
相对应的有线性回归、多元二项式回归、非线性回归。
逐步回归分析:从一个自变量开始,视自变量作用的显著程度,从大到地依次逐个引入回归方程:当引入的自变量由于后面变量的引入而变得不显著时,要将其剔除掉;引入一个自变量或从回归方程中剔除一个自变量,为逐步回归的一步;对于每一步都要进行值检验,以确保每次引入新的显著性变量前回归方程中只包含对作用显著的变量;这个过程反复进行,直至既无不显著的变量从回归方程中剔除,又无显著变量可引入回归方程时为止。
(主要用SAS来实现,也可以用matlab软件来实现)。
聚类分析:所研究的样本或者变量之间存在程度不同的相似性,要求设法找出一些能够度量它们之间相似程度的统计量作为分类的依据,再利用这些量将样本或者变量进行分类。
系统聚类分析—将n个样本或者n个指标看成n类,一类包括一个样本或者指标,然后将性质最接近的两类合并成为一个新类,依此类推。
最终可以按照需要来决定分多少类,每类有多少样本(指标)。
系统聚类方法步骤:
1.计算n个样本两两之间的距离
2.构成n个类,每类只包含一个样品
3.合并距离最近的两类为一个新类
4.计算新类与当前各类的距离(新类与当前类的距离等于当前类与组合类中包含的类的距离最小值),
若类的个数等于1,转5,否则转3
5.画聚类图
6.决定类的个数和类。
判别分析:在已知研究对象分成若干类型,并已取得各种类型的一批已知样品的观测数据,在此基础上根据某些准则建立判别式,然后对未知类型的样品进行判别分类。
距离判别法—首先根据已知分类的数据,分别计算各类的重心,计算新个体到每类的距离,确定最短的距离(欧氏距离、马氏距离)
Fisher判别法—利用已知类别个体的指标构造判别式(同类差别较小、不同类差别较大),按照判别式的值判断新个体的类别
Bayes判别法—计算新给样品属于各总体的条件概率,比较概率的大小,然后将新样品判归为来自概率最大的总体
模糊数学:研究和处理模糊性现象的数学(概念与其对立面之间没有一条明确的分界线)与模糊数学相关的问题:模糊分类问题—已知若干个相互之间不分明的模糊概念,需要判断某个确定事物用哪一个模糊概念来反映更合理准确;模糊相似选择—按某种性质对一组事物或对象排序是一类常见的问题,但是用来比
较的性质具有边界不分明的模糊性;模糊聚类分析—根据研究对象本身的属性构造模糊矩阵,在此基础上根据一定的隶属度来确定其分类关系;模糊层次分析法—两两比较指标的确定;模糊综合评判—综合评判就是对受到多个因素制约的事物或对象作出一个总的评价,如产品质量评定、科技成果鉴定、某种作物种植适应性的评价等,都属于综合评判问题。
由于从多方面对事物进行评价难免带有模糊性和主观性,采用模糊数学的方法进行综合评判将使结果尽量客观从而取得更好的实际效果。
时间序列是按时间顺序排列的、随时间变化且相互关联的数据序列—通过对预测目标自身时间序列的处理,来研究其变化趋势(长期趋势变动、季节变动、循环变动、不规则变动)
自回归模型:一般自回归模型AR(n)—系统在时刻t的响应X(t)仅与其以前时刻的响应X(t-1),…,X(t-n)有关,而与其以前时刻进入系统的扰动无关;移动平均模型MA(m)—系统在时刻t的响应X(t),与其以前任何时刻的响应无关,而与其以前时刻进入系统的扰动a(t-1),…,a(t-m)存在着一定的相关关系;自回归移动平均模型ARMA(n,m)—系统在时刻t的响应X(t),不仅与其前n个时刻的自身值有关,而且还与其前m个时刻进入系统的扰动存在一定的依存关系。
时间序列建模的基本步骤
1.数据的预处理:数据的剔取及提取趋势项
2.取n=1,拟合ARMA(2n,2n-1)(即ARMA(2,1))模型
3.n=n+1,拟合ARMA(2n,2n-1)模型
4.用F准则检验模型的适用性。
若检验显著,则转入第2步。
若检验不显著,转入第5步。
5.检查远端时刻的系数值的值是否很小,其置信区间是否包含零。
若不是,则适用的模型就是
ARMA(2n,2n-1)。
若很小,且其置信区间包含零,则拟合ARMA(2n-1,2n-2)。
6.利用F准则检验模型ARMA(2n,2n-1)和ARMA(2n-1,2n-2) ,若F值不显著,转入第7步;若F值显
著,转入第8步。
7.舍弃小的MA参数,拟合m<2n-2的模型ARMA(2n-1,m),并用F准则进行检验。
重复这一过程,
直到得出具有最小参数的适用模型为止
8.舍弃小的MA参数,拟合m<2n-1的模型ARMA(2n,m),并用F准则进行检验。
重复这一过程,直
到得出具有最小参数的适用模型为止。
图论方法:
最短路问题:两个指定顶点之间的最短路径—给出了一个连接若干个城镇的铁路网络,在这个网络的两个指定城镇间,找一条最短铁路线(Dijkstra算法)每对顶点之间的最短路径(Dijkstra算法、Floyd 算法)。
最小生成树问题:连线问题—欲修筑连接多个城市的铁路设计一个线路图,使总造价最低(prim算法、Kruskal算法)。
图的匹配问题:人员分派问题:n个工作人员去做件n份工作,每人适合做其中一件或几件,问能否每人都有一份适合的工作?如果不能,最多几人可以有适合的工作?(匈牙利算法)。
遍历性问题:中国邮递员问题—邮递员发送邮件时,要从邮局出发,经过他投递范围内的每条街道至少一次,然后返回邮局,但邮递员希望选择一条行程最短的路线
最大流问题。
运输问题:
最小费用最大流问题:在运输问题中,人们总是希望在完成运输任务的同时,寻求一个使总的运输费用最小的运输方案
在数学建模中常用的算法:
1:蒙特卡罗算法;
2:数据拟合、参数估计、插值等数据处理算法(常用matlab实现);
3:线性规划、整数规划、多元规划、二次规划(用lingo、lingdo、matlab即可实现);
4:图论算法(包括最短路、网络流、二分图);
5:动态规划、回溯搜索、分治算法、分支界定;
6:最优化理论的三大经典算法(模拟退火算法、神经网络算法、遗传算法);
7:网格算法和穷举法;
8:连续数据离散化;
9:数值分析算法;
10:图象处理算法(常用matlab来实现)。