全国数学建模大赛获奖优秀论文.doc
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全国大学生数学建模国家奖优秀论文在当今高度数字化和信息化的时代,数学建模已经成为解决各种实际问题的重要工具。
全国大学生数学建模竞赛作为一项具有高度影响力的赛事,每年都吸引着众多优秀学子参与,而能够获得国家奖的优秀论文更是代表着学生在数学建模领域的卓越成就。
数学建模的本质是将实际问题转化为数学问题,并通过建立数学模型来求解,从而为实际问题提供有效的解决方案。
这些获奖论文通常具有一些显著的特点。
首先,它们能够准确地把握问题的关键。
在面对复杂的实际问题时,参赛学生需要迅速理清问题的核心,明确问题的约束条件和目标。
例如,在研究城市交通拥堵问题时,关键可能在于分析车流量、道路容量、信号灯设置等因素之间的关系,并确定如何优化交通流量以减少拥堵。
其次,优秀论文中的模型建立具有创新性和合理性。
学生们不会拘泥于传统的模型和方法,而是敢于尝试新的思路和技术。
他们可能会结合多种数学方法,如概率论、线性规划、微分方程等,构建一个综合性的模型,以更精确地描述问题。
再者,数据处理和分析能力也是至关重要的。
为了验证模型的有效性,需要收集大量的数据,并进行有效的清洗、整理和分析。
在这个过程中,学生们需要运用统计学知识,判断数据的可靠性和代表性,运用合适的方法对数据进行拟合和预测。
以一篇关于电商平台商品推荐系统的数学建模论文为例。
在这篇论文中,学生们深入研究了用户的购买历史、浏览行为、评价等数据,通过构建协同过滤模型和基于内容的推荐模型,为用户提供个性化的商品推荐。
他们不仅考虑了用户的兴趣偏好,还考虑了商品的热门程度、时效性等因素,使得推荐结果更加准确和实用。
在模型求解方面,他们采用了高效的算法和计算工具,如 Python 中的相关库和机器学习框架,快速得到模型的解。
并且,通过大量的实验和对比分析,验证了模型的性能和优越性。
此外,优秀的论文还注重结果的解释和应用。
模型求解得到的结果不是孤立的数字,而是需要结合实际情况进行合理的解释和分析。
全国研究生数学建模竞赛获奖论文一、概要《全国研究生数学建模竞赛获奖论文》是对全国范围内研究生数学建模竞赛的优胜者论文的集结和展示。
该竞赛旨在鼓励研究生群体深入探究数学建模理论与实践,挖掘科研潜力,锻炼解决实际问题的能力。
本书收录的论文,均为经过激烈竞争,展现出色创新思维、建模能力和问题解决能力的佳作。
这些论文涉及的领域广泛,包括物理、化学、生物、工程、经济、社会科学等多个学科。
本次竞赛的获奖论文展示了中国研究生在数学建模领域的最新研究成果和前沿思考。
通过对这些论文的研读,可以了解当前研究生数学建模的总体水平,以及未来的发展趋势和研究方向。
这些论文对于推动相关领域的研究进展,提供新的研究思路和方法,具有重要的参考价值和实践指导意义。
本书的一大部分内容是对获奖论文的高度概括和深入分析,包括问题的提出、建模过程、解决方法、结果讨论等各个方面。
通过详尽的阐述,让读者可以全面理解每一篇论文的研究思路和方法。
书中还会介绍各篇论文的创新点、难点及解决策略,以展现研究生们在面对复杂问题时所展现出的科研能力和创新思维。
还将介绍全国研究生数学建模竞赛的背景、发展历程以及未来的发展方向,为读者提供一个全面的视角来理解和参与这一重要的学术活动。
1. 介绍全国研究生数学建模竞赛的背景和意义全国研究生数学建模竞赛是一项针对全国范围内研究生的重要学术竞赛活动,旨在激发研究生在数学建模领域的创新精神和研究热情。
该竞赛不仅为研究生提供了一个展示自身才华的舞台,更是推动数学建模技术发展和应用的重要途径。
其背景源于数学建模在各个领域中的广泛应用,包括工程、经济、金融、生物、医学等多个领域。
随着科技的进步和学科交叉的加深,数学建模已经成为解决复杂问题不可或缺的工具。
全国研究生数学建模竞赛的举办,对于提高研究生的综合素质,培养创新思维和解决问题的能力,推动数学建模技术的研究和发展,具有十分重要的意义。
促进学术交流与合作。
全国研究生数学建模竞赛为来自全国各地的研究生提供了一个交流和学习的平台,促进了学术上的交流与合作,推动了数学建模技术的不断进步。
交巡警服务平台的设置与调度摘要由于警务资源有限,需要根据城市的实际情况与需求建立数学模型来合理地确定交巡警服务平台数目与位置、分配各平台的管辖范围、调度警务资源。
设置平台的基本原则是尽量使平台出警次数均衡,缩短出警时间。
用出警次数标准差衡量其均衡性,平台与节点的最短路衡量出警时间。
对问题一,首先以出警时间最短和出警次数尽量均衡为约束条件,利用无向图上任意两点最短路径模型得到平台管辖范围,并运用上下界网络流模型优化解,得到A区平台管辖范围分配方案。
发现有6个路口不能在3分钟内被任意平台到达,最长出警时间为5.7分钟。
其次,利用二分图的完美匹配模型得出20个平台封锁13个路口的最佳调度方案,要完全封锁13个路口最快需要8.0分钟。
最后,以平台出警次数均衡和出警时间长短为指标对方案优劣进行评价。
建立基于不同权重的平台调整评价模型,以对出警次数均衡的权重u和对最远出警距离的权重v 为参数,得到最优的增加平台方案。
此模型可根据实际需求任意设定权重参数和平台增数,由此得到增加的平台位置,权重参数可反映不同的实际情况和需求。
如确定增加4个平台,令u=0.6,v=0.4,则增加的平台位置位于21、27、46、64号节点处。
对问题二,首先利用各区平台出警次数的标准差和各区节点的超距比例分析评价六区现有方案的合理性,利用模糊加权分析模型以城区的面积、人口、总发案次数为因素来确定平台增加或改变数目。
得出B、C区各需改变2个平台的位置,新方案与现状比较,表明新方案比现状更合理。
D、E、F区分别需新增4、2、2个平台。
利用问题一的基于不同权重的平台调整评价模型确定改变或新增平台的位置。
其次,先利用二分图的完美匹配模型给出80个平台对17个出入口的最优围堵方案,最长出警时间12.7分钟。
在保证能够成功围堵的前提下,若考虑节省警力资源,分析全市六区交通网络与平台设置的特点,我们给出了分阶段围堵方案,方案由三阶段构成。
最多需调动三组警力,前后总共需要29.2分钟可将全市路口完全封锁。
地面搜索问题的优化模型摘要本文针对地面搜索过程中人员安排和路线选择问题,建立了优化模型,并给出了相应算法,用LINGO软件编程,在确保所有地点都不遗漏且不重复的情况下,合理安排人员和线路,使得搜索用时最短。
问题一的求解中,把20个搜索队员排成一行,向前搜索。
从局部和总体两个方面对人员行进和路线选择。
在局部方面,考虑到人员行进中90度和180度转弯的情况,给出了两种转弯策略,并计算出这两种转弯的情况需要多耗费的时间;在总体方面,把需要进行搜索的区域分割成的126个方格,利用一笔画原理,判断出这些方格可以用一条不重复的线路走完。
考虑到转弯需要多耗费时间,建立了以转弯次数最少,并且从起始点开始不重复行走到达集结点的模型,利用LINGO软件进行编程求解,得到了最少转弯的模型。
考虑到具体情况,对上述模型得到的路线进行适当调整,得到最终的搜索线路安排图。
根据图表,计算出20个队员进行搜索需要50.117小时,无法在48内完成搜索任务。
考虑到队员和组长距离不超过1000米,设计一种让20名搜索队员组成的队伍和新增人员组成的队伍进行交替行进的模型,以确保让整个搜索过程控制在48小时以内。
最后给出了该行进模型的相应算法,通过计算,得出增加2个队员可以确保搜索在48小时内完成。
问题二的求解中,首先对50名人员分3组进行分析,由于矩形区域被分割后形成的小区域恰好能被20人组成的一个队列一次搜索覆盖,以及10人组成的一个队列一个来回的搜索覆盖,于是3组可分为:2个队伍为20人,1个队伍为10人。
随后进行队伍搜索区域的划分,根据各个队伍人数确定该组分配到的方格的数量,划分出各个队伍的搜索区域。
然后对三个区域进行搜索路径的优化求解,改进问题一的模型,求出三个区域的搜索路径。
再根据实际情况,对路径进行适当修改,得出20人的2个队伍,需要19.816小时,10人的队伍需要20.294小时。
根据先完成搜索任务的队伍能否有足够的时间来帮助未完成搜索任务的队伍提早完成任务的时间要求,判断出该解是可以接受的。
2009高教社杯全国大学生数学建模竞赛编号专用页赛区评阅编号(由赛区组委会评阅前进行编号):全国评阅编号(由全国组委会评阅前进行编号):眼科病床安排的数学模型摘 要本文解决的是医院眼科病床的安排问题,现医院安排病人入院的原则是先来先服务,这样虽然公平,但缺乏合理性以致等待住院的病人队列越来越长,为解决此问题,我们建立了三个最优化模型。
对于问题一:我们确定了三个评价指标:手术前的平均逗留时间q T ,平均每天出院人数NO ,病人手术前的准备时间g T 。
然后计算出在原来先来先服务的原则下各指标值为:13.1519q T =,7.8605NO =, 2.4413g T =。
对于问题二:我们采用优先级原则动态地对病床进行安排。
首先,统计初始数据,通过6SQ 软件进行分布的卡方拟合检验得:每类病人的到来均服从泊松分布、术后观察时间服从均匀分布。
然后,我们发现合理的调度方案必须使得病人的术前准备时间尽量短。
因此,重新制定入院规则:外伤优先级始终最高;其它病的优先级随时间的变化而变化。
接着,再以三个指标为目标函数,病人入院规则为约束建立了多目标的最优化模型,最后,根据入队与服务时间服从的分布,用计算机随机模拟,得到在队列稳定时,此规则下三个指标值为:10.311q T =,9.633NO ==9.633, 1.6526g T =;这样手术前的平均逗留时间减少21.6%,平均每天出院人数增加了22.55%,平均术前准备时间减少了32.31%。
对于问题三:在问题二的计算机随机模拟的基础上,已经可以求得对应的等待队列中病人的入院时间的模拟结果,因为存在一定随机性,我们模拟10次,取出每次所得结果中的模拟入院时间,作为病人的一个大致入院时间。
对于问题四:由于星期六与星期日不安排除了外伤手术的其它手术,故安排在周四,五住院的视网膜和青光眼病人的手术要推迟到下周二、四,以此我们同样建立了多目标的最优化模型,得出在队列稳定时,三个指标值分别为:10.436q T =,9.1667NO =, 2.017g T =;对于问题五:为便于医院的管理,可根据各类病人服从的分布按照比例给各类病人安排固定的病床数,但要先单独分配外伤类的病床,因为医院要保证有足够的床铺满足外伤类病人,据统计结果知外伤病人到达和外伤病人被服务的时间都是服从泊松分布,则先建立排队论中的M/M/C 模型求出分配给外伤病人的病床数,余下的病床按照一定的比例分配给其它类的病人。
脑卒中发病环境因素分析及干预摘要本文主要讨论脑卒中发病环境因素分析及干预问题。
根据题中所给出的数据,利用SPSS20 软件进行相关性统计分析,分别对各气象因素进行单因素分析,进而建立后退法线性回归分析模型,得到脑卒中与气压、气温、相对湿度之间的关系。
同时在广泛收集各种资料并综合考虑环境因素,对脑卒中高危人群提出预警和干预的建议方案。
首先,利用SPSS20软件,从患病人群的性别、年龄、职业进行统计分析,得到2007-2010年男性患病人数高于女性,且男性所占比例有逐年下降趋势,女性则有上升趋势,因此,性别比例呈减小趋势。
分析不同年龄段患病人数,得到患病高峰期为75-77岁之间,且青少年比例逐年呈增长趋势,可见患病比例趋于年轻化。
同时在不同的职业中,农民发病人数最多,教师,渔民,医务人员,职工,离退人员的发病人数较少。
其次,由题中所给数据先进行单因素分析,剔除对脑卒中影响不显著的因素,得出气温、气压、相对湿度对脑卒中的影响程度大小,进而采用后退法线性回归分析建立模型,利用SPSS20对数据进行分析,求得脑卒中发病率与气温、气压、相对湿度之间的关系。
即发病率与平均温度成正相关,与最高温度成负相关,发病率与平均气压成正相关,与最低气压成负相关,与平均相对湿度成负相关,与最小相对湿度成正相关。
最后,通过查找资料发现,影响脑卒中的因素有两类,一类是不可干预因素,如年龄、性别、家族史,另一类是可干预因素,如高血压、高血脂、糖尿病、肥胖、抽烟、酗酒等因素。
分析这些因素,建立双变量因素分析模型,并结合问题1和问题2,对高危人群提出预警和干预的建议方案。
关键词脑卒中单因素分析后退法线性回归分析双变量因素分析一问题的重述脑卒中(俗称脑中风)是目前威胁人类生命的严重疾病之一,它的发生是一个漫长的过程,一旦得病就很难逆转。
这种疾病的诱发已经被证实与环境因素,包括气温、湿度之间存在密切的关系。
对脑卒中的发病环境因素进行分析,其目的是为了进行疾病的风险评估,对脑卒中高危人群能够及时采取干预措施,也让尚未得病的健康人,或者亚健康人了解自己得脑卒中风险程度,进行自我保护。
一.摘要:“温室中的绿色生态臭氧病虫害防治”数学模型是通过臭氧来探讨如何有效地利用温室效应造福人类,减少其对人类的负面影响。
由于臭氧对植物生长具有保护与破坏双重影响,利用数学知识联系实际问题,作出相应的解答和处理。
问题一:根据所掌握的人口模型,将生长作物与虫害的关系类似于人口模型的指数函数,对题目给定的表1和表2通过数据拟合,在自然条件下,建立病虫害与生长作物之间相互影响的数学模型。
因为在数据拟合前,假设病虫害密度与水稻产量成线性关系,然而,我们知道,当病虫害密度趋于无穷大时,水稻产量不可能为负值,所以该假设不成立。
从人口模型中,受到启发,也许病虫害密度与水稻产量的关系可能为指数函数,当拟合完毕后,惊奇地发现,数据非常接近,而且比较符合实际。
接下来,关于模型求解问题,顺理成章。
问题二,在杀虫剂作用下,要建立生长作物、病虫害和杀虫剂之间作用的数学模型,必须在问题一的条件下作出合理假设,同时运用数学软件得出该模型,最后结合已知数据可算出每亩地的水稻利润。
对于农药锐劲特使用方案,必须考虑到锐劲特的使用量和使用频率,结合表3,农药锐劲特在水稻中的残留量随时间的变化,可确定使用频率,又由于锐劲特的浓度密切关系水稻等作物的生长情况,利用农业原理找出最适合的浓度。
问题三,在温室中引入O3型杀虫剂,和问题二相似,不同的是,问题三加入了O3的作用时间,当O3的作用时间大于某一值时才会起作用,而又必须小于某一值时,才不会对作物造成伤害,建O3对温室植物与病虫害作用的数学模型,也需用到数学建模相关知识。
问题四,和实际联系最大,因为只有在了解O3的温室动态分布图的基础上,才能更好地利用O3。
而该题的关键是,建立稳定性模型,利用微分方程稳定性理论,研究系统平衡状态的稳定性,以及系统在相关因素增加或减少后的动态变化,最后。
通过数值模拟给出臭氧的动态分布图。
问题五,作出农业生产特别是水稻中杀虫剂使用策略、在温室中臭氧应用于病虫害防治的可行性分析。
I 、问题重述 确定葡萄酒质量时一般是通过聘请一批有资质的评酒员进行品评。
每个评酒员在对葡萄酒进行品尝后对其分类指标打分,然后求和得到其总分,从而确定葡萄酒的质量。
酿酒葡萄的好坏与所酿葡萄酒的质量有直接的关系,葡萄酒和酿酒葡萄检测的理化指标会在一定程度上反映葡萄酒和葡萄的质量。
附件1给出了某一年份一些葡萄酒的评价结果,附件2和附件3分别给出了该年份这些葡萄酒的和酿酒葡萄的成分数据。
请尝试建立数学模型讨论下列问题:请尝试建立数学模型讨论下列问题: 1. 分析附件1中两组评酒员的评价结果有无显著性差异,哪一组结果更可信?中两组评酒员的评价结果有无显著性差异,哪一组结果更可信? 2. 根据酿酒葡萄的理化指标和葡萄酒的质量对这些酿酒葡萄进行分级。
根据酿酒葡萄的理化指标和葡萄酒的质量对这些酿酒葡萄进行分级。
3. 分析酿酒葡萄与葡萄酒的理化指标之间的联系。
分析酿酒葡萄与葡萄酒的理化指标之间的联系。
4.分析酿酒葡萄和葡萄酒的理化指标对葡萄酒质量的影响,并论证能否用葡萄和葡萄酒的理化指标来评价葡萄酒的质量?酒的理化指标来评价葡萄酒的质量?II 、问题分析问题思路问题一: 本问题中,两组各10名评酒员分别对27种红葡萄酒和28种白葡萄酒进行评分。
其中,评分标准一样,评酒员都能理性的按照标准给酒一个合理的评分。
由于,每个人的口感、视觉效果和嗅觉不一样,品酒员给每种酒打的分数不一样而产生误差。
品酒员给每种酒打的分数不一样而产生误差。
根据表格,根据表格,分别计算出两组10名评酒员的评价总分、标准方差、平均值。
运用SAS 对两组进行配对样本T 检验,并用Excle 进行图标分析。
对比两种结果并得出统一结论。
给及两组评酒员的评价结果的差异性和可信度进行评估。
组评酒员的评价结果的差异性和可信度进行评估。
问题二:根据酿酒葡萄的理化指标和葡萄酒的质量对这些酿酒葡萄进行分级,这里的分级问题需要考虑两方面的问题处理:1、对葡萄理化指标和影响葡萄酒质量评定的标准进行整合分析,2、现实中还没有统一的酿酒葡萄分级标准,现实中还没有统一的酿酒葡萄分级标准,对本题中葡萄进行分级需要有一对本题中葡萄进行分级需要有一套标准。
全国大学生数学建模竞赛论文范例摘要:本文通过对具体问题的深入研究,建立了数学模型并进行求解,旨在为相关领域提供有益的参考和决策支持。
文中首先对问题进行了详细的分析和阐述,然后构建了相应的数学模型,运用了列举所用的方法和工具等方法进行求解,最后对结果进行了分析和讨论,并提出了一些改进和优化的建议。
一、问题重述在当今社会,具体问题背景。
本次数学建模竞赛的问题是:详细描述问题。
需要我们通过建立合理的数学模型,来解决阐述问题的核心和关键,并得出具有实际意义的结论和建议。
二、问题分析为了有效地解决上述问题,我们首先对其进行了深入的分析。
从问题的性质来看,它属于定性问题的类型,如优化问题、预测问题等。
进一步分析发现,影响问题的主要因素有列举主要因素,这些因素之间可能存在着描述因素之间的关系,如线性关系、非线性关系等。
基于以上分析,我们决定采用列举解决问题的总体思路和方法的方法来建立数学模型。
三、模型假设为了简化问题并使模型更具可操作性,我们做了以下假设:假设 1:具体假设 1 的内容假设 2:具体假设 2 的内容假设 n:具体假设 n 的内容需要说明的是,这些假设在一定程度上简化了实际情况,但在后续的模型验证和改进中,我们会对其合理性进行检验和调整。
四、符号说明为了便于后续模型的建立和表述,我们对文中用到的符号进行如下说明:符号 1:符号 1 的名称和含义符号 2:符号 2 的名称和含义符号 n:符号 n 的名称和含义五、模型建立与求解(一)模型 1 的建立与求解基于前面的分析和假设,我们首先建立了模型 1。
详细描述模型 1 的数学表达式和原理通过求解模型 1 所使用的方法和工具,我们得到了模型 1 的解为:给出模型 1 的解(二)模型 2 的建立与求解为了进一步提高模型的精度和适用性,我们又建立了模型 2。
详细描述模型 2 的数学表达式和原理运用求解模型 2 所使用的方法和工具,解得模型 2 的结果为:给出模型 2 的解(三)模型的比较与选择对建立的多个模型进行比较和分析,从准确性、复杂性、适用性等方面综合考虑,最终选择了说明选择的模型作为最优模型。
全国数学建模大赛获奖优秀论文
者T.L.Satty于代提出了以定性与定量相结合,系统化、层次化分析解决问题的方法,简称AHP。
传统的层次分析法算法具有构造判断矩阵不容易、计算繁多重复且易出错、一致性调整比较麻烦等缺点。
本文利用微软的Excel电子表格的强大的函数运算功能,设置了简明易懂的计算表格和步骤,使得判断矩阵的构造、层次单排序和层次总排序的计算以及一致性检验和检验之后对判断矩阵的调整变得十分简单。
关键词:Excel 层次分析法模型
一、层次分析法的基本原理
层次分析法是解决定性事件定量化或定性与定量相结合问题的有力决策分析方法。
它主要是将人们的思维过程层次化、,逐层比较其间的相关因素并逐层检验比较结果是否合理,从而为分析决策提供较具说服力的定量依据。
层次分析法不仅可用于确定评价指标体系的权重,而且还可用于直接评价决策问题,对研究对象排序,实施评价排序的评价内容。
用AHP分析问题大体要经过以下七个步骤:
⑴建立层次结构模型;
首先要将所包含的因素分组,每一组作为一个层次,按照最高层、若干有关的中间层和最低层的形式排列起来。
对于决策问题,通常可以将其划分成层次结构模型,如图1所
示。
其中,最高层:表示解决问题的目的,即应用AHP所要达到的目标。
中间层:它表示采用某种措施和政策来实现预定目标所涉及的中间环节,一般又分为策略层、约束层、准则层等。
最低层:表示解决问题的措施或政策(即方案)。
⑵构造判断矩阵;
设有某层有n个元素,X={Xx1,x2,x3xn}要比较它们对上一层某一准则(或目标)的影响程度,确定在该层中相对于某一准则所占的比重。
(即把n个因素对上层某一目标的影响程度排序。
上述比较是两两因素之间进行的比较,比较时取1~9尺度。
用表示第i个因素相对于第j个因素的比较结果,则
A则称为成对比较矩阵
比较尺度:(1~9尺度的含义)
如果数值为2,4,6,8表示第i个因素相对于第j个因素的影响介于上述两个相邻等级之间。
倒数:若j因素和i因素比较,得到的判断值为
⑶用和积法或方根法等求得特征向量W(向量W 的分量Wi 即为层次单排序)并计算最大特征根max;
⑷计算一致性指标CI、RI、CR 并判断是否具有满意的一致性。
其中RI是
其中
平均随机一致性指标RI 的数值:
矩阵阶数3 4 5 6 7 8 9 10 11
RI 0.5149 0.8931 1.1185 1.2494 1.3450 1.4全国数学建模优秀论文篇2试论数学建模
【摘要】本文以减肥问题的研究为例,介绍了数学建模基本方法和步骤,希望它能对初次参加数学建模的同学有所帮助。
【关键词】数学建模;基本方法;步骤
数学建模就是应用建立数学模型来解决各种实际问题的方法,也就是通过对实际问题作抽象、简化、确定变量和参数并应用某些规律建立含变量和参数的数学问题,求解该数学问题并验证所得到的解,从而确定能否用于解决实际问题的这种多次循环,不断深化的过程。
数学建模可以培养学生下列能力:
(1)洞察能力,许多提出的问题往往不是数学化的,这就是需要建模者善于从实际工作提供的原形中;抓住其数学本质,同时有些数学模型又可以有许多现实意义,这使得建模者不得不具有很强的洞察以及多种思维方式进行横向、纵向的研究;
(2)数学语言翻译能力即把经过一定抽象和简化的实际用数学的语言表达出来,形成数学模型,并对数学的方法和理
论推导或计算得到的结果,能用大众的语言表达出来,在此基础上提出解决某一问题的方案或建议;
(3)综合应用分析能力,用已学到的数学思想和方法进行综合应用分析,并能学习一些新的知识;(4)联想能力,对于不少的实际问题,看起来完全不同,但在一定的简化层次下它们的数学建模是相同的或相似的,这正是数学应用广泛性的体现,这就要培养学生有广泛的兴趣,多思考,勤奋踏实地学习,通过熟能生巧达到触类旁通地境界。
因此,目前有越来越多的高等院校自己组织或参加全国乃至国际大学生数学建模竟赛。
然而,有部分学生特别是初次参加数学建模的学生对数学建模感到很茫然,本人多次承担数学建模指导老师,撰写该论文,希望对初次参加数学建模的同学有所帮助。
1.建立数学模型的一般步骤
1.1 使问题理想化
在众多因素中孤立出所研究的问题是科学研究的经典方法。
按照辩证唯物主义观点,世界上一切事物都是相互依赖、相互依存的,要精细地研究一个问题常常无从下手,就是因为思考相关问题太多所致。
因此,对初学者最好的方法就是使问题简单化、理想化,在特殊或极端情况下进入课题,然后加入相关因素,修正结果,使问题深化。
这一步的核心思想就是在复杂的现实中孤立我们所关心的事物与什么有直
接因果关系,把这些孤立出来的事物用符号、算式及相关学科的理论进行数学分析处理的全过程,就可以认为是数学建模的过程了。
1.2 假定及符号认定
在比较理想的情况下建立数学模型还是很容易的。
所谓理想就是通过假设条件把所研究的问题进一步明确,哪些条件先不虑,哪些条件应设为变量,哪些变量与时间(路程、费用等等)有关。
这样就为下一步建立数学模型打下了良好的基础。
1.3 数据处理与模型建立
数学模型的建立一般有两种情况。
其一,问题本身给出一些数据,建模的人应从数据上找出一定的规律性,这时就应通过相应的数学方法整理数学数据。
如使用最小二乘法、统计学方法等。
对于没有数据的数学模型的建立,一般要使用数学手段建立形式,如矩阵、微分方程、数学优化形式等等,这些都可以视为数学模型的初创时期。
在建模初期还必须注意使用其它学科的成果,如物理学、化学、生物学、电工、机械、光学等学科,把这些学科的现成结论直接拿来使用也是数学建模时必不可少的一环。
1.4 分析结果及修改模型
在比较理想的状态下建立的数学模型一般都与实际原形有较大差距。
为使数学模型更能反映原形,就必须按实际情
况再修改、补充新条件,分析新结论,最终经反复研究会得到一个令人满意的结果。
2.以对减肥问题的研究为例,探讨数学建模方法和步骤
2.1 问题的提出
对于人类来说,肥胖症或减肥问题越来越引起人们的广泛关注。
目前各种减肥食品或药物数不胜数,各种减肥新法也纷纷登场,如国氏全营养素、减肥酥、soft海藻减肥香皂等。
一时间,爱美的人,害怕肥胖的人面对如此多的食品、药物或疗法简直无所适从。
这里不准备也不可能去论证各种食品、药物或疗法的机理和有效性,只从数学上对减肥问题作些讨论,即科学减肥的数学。
2.2 合理假设
A1:不妨假设人体由脂肪构成。
(相对而言,成人是由骨骼、水分、脂肪组成,短时间内人体的骨骼、内脏等变化不大,可视为常数。
)
A2:设时刻t,人的体重为W(t)千克,显然W(t)可假设为t的连续函数;
A3:假设单位时间内人食用食物产生的热量为A大卡,同样也假设A为常数;
A4:单位时间内维持新陈代谢的热量为B大卡,同样也假设为常数;
A5:设单位时间内因运动消耗的能量与体重成正比,即
CW(t)大卡(由于运动需要消耗能量,而且体重越大,能量越多);
A6:对于人体系统而言,能量守恒;
A7:过剩的热量按1千克脂肪=D大卡热量转化为脂肪(D=4.2*10焦耳/千克,称为脂肪的能量转换系数);
A8:初始时刻t=0时,体重为W0千克。
注:1千克脂肪完全然烧相当于释放10000(即1D)大卡热量。
2.3 模型的建立
由能量(热量)守恒原理即任何时间段内由于体重的改变所引起的人体内能量的变化应该等于这段时间的摄入的能量与消耗的能量之差。
故在△t(或[t,t+△t]时间间隔内,增加的热量=△t[单位时间内吸入热量-单位时间内消耗的热量],于是有:
3.总结
(1)一般方法只供参考,各步有机联系但侧重点不同。
(2)模型虽粗,但能定性说明问题,每步还有改进的余地。
参考文献:
[1]数学建模[M].高等教育出版社.
[2]刘平.谈数学学习[J].数学通讯,2012(10).。