数理统计学在数学建模中的应用探索
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数学建模在农业院校概率论与数理统计教学中的应用研究【摘要】本文针对农科院校学生的特点,分析了概率论与数理统计课程教学中存在的问题,并结合数学建模思想,提出了教学改革思路,注重理论联系实际,培养学生的应用能力和创新能力。
【关键词】概率统计数学建模教学改革应用创新【中图分类号】g642 【文献标识码】a 【文章编号】1674-4810(2013)11-0031-02一引言概率论与数理统计是定量研究随机现象规律性的数学学科。
随着科学技术的发展,概率论与数理统计已广泛引用于农业院校各专业的科学研究中。
目前中国的农业院校都开设了概率论与数理统计,虽然课程概念比较抽象,计算繁杂,学起来较困难,但这是应用性最强的大学数学课程之一。
不过近年来,伴随着高校课程改革,高等农林院校本科生教学计划中概率论与数理统计课程的教学学时不断减少,所以必须对此课程的教学方式和方法进行改革。
全国大学生数学建模竞赛创办于1992年,每年一届,目前已成为全国高校规模最大的基础性学科竞赛,也是世界上规模最大的数学建模竞赛。
随着竞赛的推广,数学建模被越来越多的教师与学生所熟悉。
所谓数学模型,是指现实世界中的实际问题用数学语言表达出来,即建立数学模型,然后求解,以此解决现实问题的数学知识应用过程。
将数学建模运用于数学教学有利于培养学生的洞察能力、联想能力、数学语言翻译能力、综合应用分析能力和创新能力,此教学模式的运用切合新时代培养通专并用,全面发展的高素质人才的需要。
笔者认为,在当前的概率论和数理统计课程中可适当增加数学建模思想,培养学生的创新能力和应用能力,激发学生的学习兴趣,这也是本论文的切入点。
二农业院校概率论与数理统计教学中存在的问题1.中学与大学数学教育内容的脱节中学课改后的毕业生开始进入大学,课程改革中对数学课程的知识范围和要求改动了很多,学生们已经学习过部分概率论的知识,但中学时学习概率的思维方式与大学数学不同,很多学生依旧用中学的学习方式学习概率论与数理统计,造成了他们学习上产生挫败感。
数学学习专业学习心得数学建模与解题方法的探索与应用数学是一门理论和技能并重的学科,对于每一个学习者来说,掌握好数学学习的方法和技巧是非常重要的。
在我的学习过程中,我深入研究了数学建模和解题方法,并在实践中不断探索和应用,从而提高了自己的数学学习能力。
本文将分享我个人的学习心得和经验。
一、数学建模方法的理解与应用数学建模是将实际问题转化为数学问题的过程,通过数学模型的建立和求解,能够解决实际问题并做出预测。
在学习数学建模的过程中,我首先要理解问题的背景和目标,分析问题的关键因素和约束条件。
然后,根据问题的特点选择适当的数学模型,并进行数学化描述。
最后,通过数学求解的方法,得到问题的答案和结论。
在应用数学建模方法时,我发现一个关键点是要善于抽象和简化,将复杂的问题转化为可计算和可求解的数学模型。
例如,在解决物理力学问题时,我会先建立质点模型或刚体模型,对物体的运动进行分析;在解决经济学问题时,我会构建供求曲线和成本收益模型,研究市场的供需规律。
另外,数学建模还需要运用多种数学工具和方法,如微积分、概率统计、图论等。
对于不同类型的问题,要有针对性地选择和运用相应的数学知识。
例如,在处理复杂系统的问题时,我会运用图论和网络分析的方法揭示系统的结构和相互关系;在分析随机事件和不确定性时,我会运用概率论和统计学的方法进行定量分析。
二、解题方法的探索与应用除了数学建模外,解题也是数学学习的重要内容。
在解题过程中,我积累了一些解题方法和技巧,帮助我解决各种数学问题。
首先,理清问题的思路和逻辑是解题的关键。
我会仔细分析问题的要求,找出问题的关键点和重点,确保自己理解准确。
此外,还要注意问题的边界条件和限制,避免在解题过程中产生偏差。
其次,掌握数学知识和技巧是解题的基础。
在学习数学知识的时候,我注重理解概念和定理的内涵,并掌握运用的方法和技巧。
例如,在解决代数方程的问题时,我会熟练应用方程的性质和运算法则,利用因式分解、配方法等技巧简化问题,并得到准确的解答。
浅谈统计决策方法在数学建模中的应用【摘要】本文主要就统计决策方法在数学建模中的应用展开讨论。
首先介绍了统计决策方法的概念和原理,然后通过具体的应用案例展示了其在数学建模中的实际运用。
接着分析了统计决策方法的优缺点,以及未来的发展前景。
结论部分强调了统计决策方法在数学建模中的重要性,并展望了未来的研究方向。
通过本文的阐述,读者可以更深入了解统计决策方法在数学建模中的作用和意义,为相关领域的研究和应用提供参考和启示。
【关键词】统计决策方法、数学建模、原理、应用案例、优缺点、发展前景、重要性、未来研究方向。
1. 引言1.1 研究背景在过去的研究中,统计决策方法已经在多个领域得到应用,比如金融、医疗、环境等。
而随着数据量的不断增加和计算机技术的日益发展,统计决策方法在数学建模中的应用也呈现出愈发重要的趋势。
通过对数据进行分析和建模,我们可以更好地了解问题的本质,为决策提供科学依据。
深入研究统计决策方法在数学建模中的应用,探讨其原理与案例,有助于进一步推动数学建模领域的发展,提高决策的科学性和准确性。
这也是我们选择该课题进行探讨的主要原因之一。
1.2 研究意义统计决策方法在数学建模中的应用具有重要的研究意义。
统计决策方法可以帮助我们更好地理解和解决现实生活中的问题。
通过对大量数据的分析和处理,我们可以通过统计决策方法找出问题的规律和趋势,为决策提供科学依据。
统计决策方法的研究可以促进数学建模领域的发展。
统计决策方法是数学建模的重要组成部分,它可以为数学建模提供更多的方法和工具,为数学建模的应用领域拓展提供支持。
统计决策方法在实际应用中可以为各行各业提供决策支持和决策参考,进一步推动了统计学在实践中的应用和发展。
深入研究统计决策方法在数学建模中的应用具有重要的理论和实践价值,对于推动数学建模领域的发展具有重要的意义。
1.3 文献综述王五的文献综述显示,统计决策方法在环境科学、能源领域、工程技术等多个领域都有着重要的应用价值。
数学建模思想概率论的数理统计论文一、融入数学建模思想的重要性对传统的概率论与数理统计教学进行归纳,大致是:理论知识+说明举例+解题+考试。
这种教学模式可以让学生掌握基础知识,提升计算能力,也有利于解决课后习题。
但这种教学模式也有一定的缺陷,不难看出,它与实际脱离较大,更多地停留在书本上。
学生掌握了理论知识,未必会将其运用到实际,这违背了素质教育的宗旨,不利于学生学习积极性的提高。
运用数学建模的指导思想,可以有效避免传统教学模式的缺陷。
数学建模的一个重要功能就是培养学生理论联系实际的能力。
将数学建模思想融入教学,是概率论与数理统计教学的需要,也是顺应教学改革的需求。
二、数学建模思想融入课堂教学教师在讲授概率论与数理统计课程时,面临着非常重要的任务。
如何让学生通过学习增强对本课程的理解,并将知识合理地运用到实践中,是摆在教师面前的问题。
教师要将数学建模思想合理地融入到课堂。
(一)课堂教学侧重实例概率论与数理统计课程是运用性很强的一门课程。
因此,将教学内容与实例想结合,可以有效提高学生的理解力,加深学生对知识点的印象。
例如,在讲授概率加法公式的时候,可以用“三个臭皮匠问题”作为为实例。
“三个臭皮匠赛过诸葛亮”是对多人有效合作的一种赞美,我们可以把这个问题引入到数学中来,从概率的计算方面验证它的正确性。
首先可以建立起数学模型,三个臭皮匠能否赛过诸葛亮,主要是看他们解决实际问题的能力是否有差距,归结为概率就是解决问题的概率大小比较。
不妨用C表示诸葛亮解决某问题,Ai表示第i个臭皮匠单独解决某问题,其中i=1,2,3,每个臭皮匠解决好某问题的概率是P(A1)=0.45,P(A2)=0.55,P(A3)=0.60,而诸葛亮成功解决问题的概率是P(C)=0.90。
那么事件B顺利解决对于诸葛亮的概率是P(B)=P(C)=0.90,而三个臭皮匠解决好B问题的概率可以表示成P(B)=P(A1)+P(A2)+P(A3)。
数学的统计建模统计建模是数学中的一个重要分支,它主要通过数理统计的方法来分析和解释现实生活中的各种现象和问题。
数学的统计建模可以应用于各个领域,如经济学、社会学、医学等,并且在科学研究和决策制定中起着至关重要的作用。
本文将从统计建模的定义、应用领域以及建模过程等方面进行论述,旨在探究数学的统计建模的重要性和意义。
一、统计建模的定义统计建模是一种利用统计学中的概率理论和数据分析方法对现实问题进行建模和分析的过程。
它通过搜集、整理和分析相关数据,运用数学统计方法来描述和解释问题,并根据模型的结果进行预测和推断。
统计建模的目的是通过对数据的研究和分析,揭示事物间的内在联系和规律性,从而更好地理解和解决实际问题。
二、统计建模的应用领域统计建模广泛应用于各个领域,具有极高的实用性和普适性。
以下是一些常见的应用领域:1. 经济学领域:统计建模可以帮助分析和预测经济现象,如通货膨胀率、利率、股市指数等。
通过对历史数据的分析,可以建立各种经济模型来解释和预测宏观或微观经济变量的走势,为经济决策提供科学依据。
2. 社会学领域:社会学研究常常需要对大量的调查数据进行分析,以了解社会现象和社会群体之间的关系。
通过统计建模,可以对社会问题进行量化和实证研究,探索社会规律,并为政府政策制定提供参考。
3. 医学领域:医学统计建模可以帮助分析疾病的发病率、传播方式等因素,预测疾病的流行趋势,为疾病防治提供科学依据。
此外,在临床试验中,统计建模也是评估药物疗效和安全性的重要工具。
4. 环境科学领域:统计建模可以分析和预测环境变量,如气候变化、大气污染、土壤质量等。
通过对环境数据的建模和分析,可以为环境保护和资源管理提供科学决策依据。
三、统计建模的过程统计建模的过程通常包括以下几个步骤:1. 问题定义:明确研究的问题和目标,并确定所需数据的类型和来源。
2. 数据收集:采集相关的数据,可以是实地调查、实验观测或历史数据的整理等方式。
数学与统计学的应用与建模 数学和统计学是现代科学中不可或缺的工具和学科。它们被广泛应用于各个领域,从物理学到经济学,从生物学到工程学。本文将探讨数学和统计学在现实生活中的应用,并介绍一些建模技术。
一、金融领域中的数学与统计学应用 1. 投资组合优化模型 投资组合优化是金融领域中的一个重要问题。数学和统计学可以帮助投资者确定最佳的资产配置,以最大化收益或最小化风险。通过使用现代投资组合理论中的数学模型,可以平衡各种资产类别之间的风险和收益,从而实现有效的资产配置。
2. 期权定价模型 期权是金融领域中常见的一种金融工具。通过数学模型,如布莱克-斯科尔斯模型,可以对期权进行定价。这些模型基于随机过程和风险中性定价理论,可以帮助投资者和金融机构计算和确定期权的合理价格。
二、生物医学领域中的数学与统计学应用 1. 生物统计学 生物统计学是生物医学研究中不可或缺的一部分。通过采用数学和统计学的方法,可以对大量的生物医学数据进行分析和解释。生物统计学可以帮助研究人员确定样本大小、设计实验、进行统计推断和验证研究假设。
2. 数学建模在药物研发中的应用 数学建模在药物研发过程中起着重要的作用。通过建立数学模型,研究人员可以更好地理解药物的传输、代谢和疗效。数学模型可以帮助研究人员预测药物在体内的浓度分布、评估不同剂量的疗效,并为临床试验和药物治疗提供指导。
三、工程学领域中的数学与统计学应用 1. 最优化问题 数学最优化是工程学中常见的一个问题。通过数学最优化方法,可以解决诸如最小化成本、最大化效益或最优化资源配置等问题。这些方法在工程设计、生产计划、供应链管理等领域中得到广泛应用。
2. 数据分析与质量控制 工程领域需要处理大量的数据,如生产数据、传感器数据等。数学和统计学可以帮助工程师分析这些数据,识别潜在的问题和改进的机会。通过应用统计过程控制、设计实验和数据挖掘等方法,可以提高产品质量、降低成本并改进生产过程。
数学建模思想在高等数学中的应用探讨看似晦涩难懂的数学,在数学建模中被赋予了新的生命。
数学建模是一种将抽象的数学概念应用于实际问题的数学科学方法。
它遵循现实情况的问题,将其抽象为符号化模型,并对其进行数学分析,从而得出答案。
高等数学中,数学建模思想的应用具有以下几个方面。
一、微积分在数学建模中的应用微积分是高等数学中的重要分支,它研究函数的导数和积分,构成了数学模型的核心。
数学建模中,微积分经常用于描述变化率和增长率的变化规律,在量化描述复杂系统行为和规律方面起着重要作用。
几何模型的建立常常需要微积分的知识,在三维空间中建立曲面的模型,需要使用微积分的重要概念——曲面面积和曲面积分。
微积分在模型建立和分析中具有重要作用,其应用范围十分广泛。
线性代数是高等数学中的重要分支,研究了向量空间、矩阵、行列式等,它是数学建模的基础。
在数学建模中,线性代数经常用于描述复杂系统的线性运动规律,分析系统的稳定性和鲁棒性。
在模型的数学分析中,矩阵代数的应用十分广泛,主要用于描述和分析线性系统的行为,是分析实际问题中复杂大型数据的基础。
因此,线性代数是数学建模领域中不可或缺的一部分。
概率论和数理统计是高等数学中的另一重要分支,它研究了随机变量和概率分布,以及数据分析和推理的基础工具。
在数学建模中,利用概率论可以有效地描述和分析问题中的随机因素,适当地结合数学统计学方法可以分析各种问题,从而得出更加准确的答案。
在一些实际问题中,概率论的应用十分广泛,如风险评估、金融分析、安全评估等。
因此,概率论和数理统计在数学建模中具有广泛的应用价值。
总之,在高等数学中,数学建模思想的应用是一个十分有意义的方向。
不仅有助于学生理解抽象的数学概念,还能够将其联系到现实生活中的实际问题中,培养学生的思维能力、创造力、实际问题解决能力等。
同时,也推动数学学科的发展,并在各个领域起着积极的作用。
数学建模与数据统计技术应用数学建模和数据统计技术是现代社会中非常重要的一部分,也是科学技术发展、经济社会建设的重要支撑。
在当今社会中,数学建模和数据统计技术被广泛应用于各个领域,比如经济学、生态学、医学、化学、生物学、机械学等领域。
数学建模是指通过数学方法和模型分析问题,将问题的本质抽象为一系列的数学模型并对这些模型进行算法设计,最终得出问题的解决方案。
数据统计技术是通过对大量数据的收集、整理和分析,以发现数据背后的规律和趋势。
这两种技术在研究和解决问题的过程中互补又相互依存,共同提高了问题解决的准确性和效率。
在经济学领域,数学建模和数据统计技术的应用尤为广泛。
数学模型可以被用来解读并预测市场趋势、改善企业决策、制订政策,以及在金融领域中进行风险评估和资产定价。
数据统计技术也可以用来研究市场价格分布和商品需求,分析企业的营销策略和消费者偏好,从而改进产品设计和市场营销。
生态学领域也是数据统计技术和数学建模的重要应用领域。
通过对野生动植物的种群数据的收集和分析,建立种群动态模型,可以更好的研究和预测生态系统的变化。
此外,通过对气象、水文和土地使用的数据的分析,还可以改进区域气候模式和水循环模型以及优化土地利用。
生物科学领域也广泛使用数学建模和数据统计技术来解决生物问题。
例如,病毒模型可以被用来预测细菌和病毒的生长和传播规律,从而制定预防和治疗策略。
对基因序列数据的分析可以帮助科学家们理解特定基因的功能和染色体的进化历史。
对于化学科学,数学建模和数据统计技术也发挥了重要的作用。
它们可以用于建立分子动力学模型,研究分子的结构、性质和反应。
此外,数据统计技术还可以用于计算化学模型的参数,以指导合成化学和药物设计。
机械学领域是另一个重要的数学建模和数据统计技术的应用领域。
数学模型可以被用来研究机械设计中的运动学和动力学问题,以及优化产品的设计和生产。
对于机器学习和人工智能也经常运用数据统计技术为基础,帮助机器学习算法更好地处理并学习数据,以预测未来的趋势和结果。
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数理统计学在数学建模中的应用探索
作者:石金贵 李毅 罗妮君
来源:《好日子(下旬)》2018年第05期
【摘 要】随着大数据挖掘技术不断发展,面临的数据量越来越复杂,统计学显得更加重
要,它是开发现代工程技术、信息技术、软件开发、卫星通信技术等的重要工具。本文采用纯
数据,应用统计变异系数数据构造判断矩阵, 及 值具有高度一致满意性,求得最大特征向量
作为指标权重,再对原始数据作奇异值分解,并将奇异值作为另一权重向量。组合这两种权重
作为叠加权重,结合 综合模型进行排名,实验取得较好的结果。
【关键词】统计学变异系数据;矩阵奇异值分解; 综合模型
评价方法在社会生活的各行各业中广泛存在,如药物成份对总体药性效果,各色素对颜色
的影响,生态环境质量优劣,项目经济效益评价,NBA球类竞赛分析与评价等体系。常常涉
及多个影响因素指标值,这类问题的解决是将多个指标通过一定的方法处理汇总,得到一个综
合指标值,从这个指标值反映被评价问题的整体情况。随着计算机技术和大数据挖掘技术不断
日新月异的发展,面对多个复杂的影响指标,使得评价体系系统日趋复杂,迫切要求进行多学
科综合评价,例如用统计学与大数据挖掘技术、计算机编程技术、代数学中的矩阵计算等相结
合进行分析和评价。这样就更能使非定性的、模糊不清的、难以量化的问题得到系统性强的清
晰结果。
本文对文献[1]中NBA赛程排序进行评价,利用新的方法,用变异系数构造互反判断矩
阵,求出互反判断矩阵的最大特征值的特征向量作为加权系数。将原始数据 个数据作为 数据
矩阵,通过奇异值分解得到 个奇异值,每个奇异值作为另一个加权分量。将两个加权系数进
行加权得到叠加加权系数。通过建立 综合模型,进行指标值排序,与文献[ 1 ]的模型结果进行
对比分析。
1.评价赛程的因素分析
建立恰当的评价指标体系,是整个评价方法工作的最基本的关键一步,要建立有效合理赛
程评价体系,要求问题的影响因子构成的指标必须完整有效,它的选取直接影响综合评价的准
确性、合理性。
本文利用文献[1]中的的6个指标进行分析,各个指标之间的相互影响具有许多不确定的模
糊性,层次分析法提供了处理这类问题的一种有效的方法[2],它是将复杂问题的各个影响指
标按照支配关系主次分层,形成一定的隶属关系,并用一定的方法确定各个影响指标的权重,
通过建立 综合评价模型,在 软件中进行统计试验。表略
记上述表1中的30个球队的6个影响指标构成原始数据单位化矩阵为 。
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2.用数理统计学数据构造两两成对比较互反判断矩阵
问题的影响因子指标的重要程度是一个相对比较,具有一定的模糊性,现实数据不能完全
刻画它们的相对重要规律,所以建立合理的互反判断比较矩阵至关重要,互反判断比较矩阵是
决策者针对方案给出的关于两两影响指标比较的一种偏好信息形式,在比较时带有强烈的主观
性、经验性,常常导致不同的专家确定的值不相同。
本文用矩阵 的每列的变异系数,作相互比值构造判断矩阵。由于变异系数能反映待评价
对象之间的差异性[3],变异系数之间的差异就能刻画其相对差异性程度,变异系数公式为
(1)
(其中 表示第 指标的标准差, 表示第 指标的平均值, ),由表1的数据,经计算得矩
阵 每列的变异系数构成的向量为
利用变异系数构造的互反判断矩阵公式以及对应的判断矩阵分别为
(2)
通过矩阵H的特征值分解,求出判断矩阵的最大特征值 ,对应的特征向量并归一化作为
权重向量,即
一致性检验。用一致性检验确定原始判断矩阵内在逻辑关系是否合理。一致性检验影响因
子指标值为
由于判断矩阵的最大特征值 依赖于 , 最大特征值 比维数 大的越多,判断矩阵的不一致
性越严重,用判断矩阵最大特征值对应的特征向量作为被比较因素对上层某指标的权向量,其
不一致程度就越大,产生的判断误差越大。反之,最大特征值 比维数 大的越小,产生的误差
越小,用的权向量就越准确。由计算可知, ,说明判断矩阵具有完全一致性,比文献[1]中的
较好。
同时,随机一致性比值为
当维数 时, ,将数据代入得 ,文献[1]的 ,结果表明,此时的互反判断矩阵具有高度的
满意一致性。
3.利用奇异值构造权重系数
奇异值分解法的几何意义是任意两个垂直方向的单位向量,在矩阵作用下进行拉伸,拉伸
后形成的两个单位向量任然保持垂直,拉伸的长度就为奇异值的大小,奇异值的大小就为每个
元素的叠加之和的大小,因此,可以作为客观权重向量。
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根据文献[4]矩阵奇异值分解的基本概念,对于给定的任意实数矩阵 ,存在正交矩阵 和正
交矩阵 ,使得矩阵 可以分解为 (其中 ),由表1的数据,经计算得矩阵 的奇异值分解得到
将每个对角元看作 的每列影响指标的权重大小,即对角元记作权向量并单位化得
4.一级指标向量和两个二级指标向量构成交错叠加权重
本文采用由变异系数构造判断矩阵的最大特征值对应的特征向量和原始数据单位化矩阵
的奇异值构成的分量权重,再综合标准差构成的一级指标权重进行交错组合,最终形成叠加权
重。
取一级指标球队因素和媒体因素两个影响因子的权重为 ,并取 ,則叠加权重计算式为
(3)
将 的值代入(3)式,代入计算得综合叠加权重为
(4)
5.TOPSIS综合模型:对30个球队进行效应型指标排名
第一步,利用综合权重系数加权规一化矩阵 ,即
(5)
第二步,确定效益型指标的正负理想值,即
(6)
第三步,正负理想距离为
(7)
第四步,绩效指标值的确定,公式为
(8)
将(4)代入(5)~(8)式,可以得绩效指标值,并进行排序,对变异系数法与文献[1]
的最大离差法的负理想值进行对比,表略
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从表2的对比结果,有18个排序顺序完全相同, 对其余12个排序不同的队进行比较,交
错顺序间隔为1的有6个队,交错间隔为2的2个队,交错间隔为3的2个队,交错间隔为5
的1个队,交错间隔为6的1个队。因此,两种方法排序效果相当。
6.结束语
本文综合了文献[1]与[2]、[3]、[4]的研究方法,提出了用数理统计学方法构造互反判断矩
阵的方法,求此矩阵的最大特征值的特征向量作为主观权重。通过求 值,得出本文的方法比
文献[1]构造的主观权重向量较好,通过奇异值分解,用奇异值作为权重分量,并且和主观权
重向量组合,最终获得叠加权重,并且建立TOPSIS综合模型进行绩效排名,结果表明,使用
本文的方法也较好。
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作者简介:
李 毅(1969-)女,副教授,主要研究课程论。
罗妮君(1963-)女,副教授,主要研究高等数学教育。
通讯作者:
石金贵(1985-)男,硕士,讲师,主要研究数值代数、数学建模应用、数理统计学、大
数据挖掘处理。