数学建模讲座课件

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1、数学建模之旅,新手上路,一、数学模型的定义 二、建立数学模型的方法和步骤 三、数模竞赛出题的指导思想 四、竞赛中的常见题型 五、提交一篇论文，基本内容和格式是什么？ 六、参加数学建模竞赛是不是需要学习很多知识？ 七、小组中应该如何分工？,一、数学模型的定义,二、建立数学模型的方法和步骤,1.模型准备 2.模型假设 3.模型构成 4.模型求解 5.模型分析,三、数模竞赛出题的指导思想,传统的数学竞赛一般偏重理论知识，它要考查的内容单一，数据简单明确，不允许用计算器完成。对此而言，数模竞赛题是一个“课题”，大部分都源于生产实际或者科学研究的过程中，它是一个综合性的问题，数据庞大，需要用计算机来完成

2、。其答案往往不是唯一的（数学模型是实际的模拟，是实际问题的近似表达，它的完成是在某种合理的假设下，因此其只能是较优的，不唯一的），呈报的成果是一编“论文”。由此可见“数模竞赛”偏重于应用，它是以数学知识为引导计算机运用能力及文章的写作能力为辅的综合能力的竞赛。,四、竞赛中的常见题型,赛题题型结构形式有三个基本组成部分 1.实际问题背景 .若干假设条件 .要求回答的问题,1.实际问题背景 涉及面宽有社会，经济，管理，生活，环境，自然现象，工程技术，现代科学中出现的新问题等。一般都有一个比较确切的现实问题。,. 若干假设条件 1）只有过程、规则等定性假设，无具体定量数据； 2）给出若干实测或统计数

3、据； 3）给出若干参数或图形； 4）蕴涵着某些机动、可发挥的补充假设条件，或参赛者可以根据自己收集或模拟产生数据。,. 要求回答的问题 往往有几个问题，而且一般不是唯一答案。一般包含以下两部分： 1）比较确定性的答案（基本答案）； 2）更细致或更高层次的讨论结果（往往是讨论最优方案的提法和结果）。,五、提交一篇论文，基本内容和格式是什么？,提交一篇论文，基本内容和格式大致分三大部分 1.标题、摘要部分 2.中心部分 3.附录部分,1.标题、摘要部分 题目写出较确切的题目（不能只写A题、B题）。 摘要200-300字，包括模型的主要特点、建模方法和主要结果。 内容较多时最好有个目录。,2.中心部

4、分 1）问题提出，问题分析。 2）模型建立： 补充假设条件，明确概念，引进参数； 模型形式（可有多个形式的模型）； 模型求解； 模型性质； 3）计算方法设计和计算机实现。 4）结果分析与检验。 5）讨论模型的优缺点，改进方向，推广新思想。 6）参考文献注意格式。,3.附录部分 计算程序，框图。 各种求解演算过程，计算中间结果。 各种图形、表格。,六、参加数学建模竞赛是不是需要学习很多知识？,没有必要很系统的学很多数学知识，这是时间和精力不允许的。很多优秀的论文，其高明之处并不是用了多少数学知识，而是思维比较全面、贴合实际、能解决问题或是有所创新。有时候，在论文中可能碰见一些没有学过的知识，怎么

5、办？现学现用，在优秀论文中用过的数学知识就是最有可能在数学建模竞赛中用到的，你当然有必要去翻一翻。 具体说来，大概有以下这三个方面：,第一方面：数学知识的应用能力,归结起来大体上有以下几类： 1）概率与数理统计 2）统筹与线轴规划 3）微分方程； 还有与计算机知识交叉的知识：计算机模拟。 上述的内容有些同学完全没有学过，也有些同学只学过一点概率与数理统计，微分方程的知识怎么办呢？一个词“自学”，我曾听到过数模评卷的负责教师范毅说过“能用最简单浅易的数学方法解决了别人用高深理论才能解决的答卷是更优秀的答卷”。,第二方面：计算机的运用能力,一般来说凡参加过数模竞赛的同学都能熟练地应用字处理软件“W

6、ord”，掌握电子表格“Excel”的使用；“Mathematica”软件的使用，最好还具备语言能力。这些知识大部分都是学生自己利用课余时间学习的。,第三方面：论文的写作能力,前面已经说过考卷的全文是论文式的，文章的书写有比较严格的格式。要清楚地表达自己的想法并不容易，有时一个问题没说清楚就又说另一个问题了。评卷的教师们有一个共识，一篇文章用10来分钟阅读仍然没有引起兴趣的话，这一遍文章就很有可能被打入冷宫了。,七、小组中应该如何分工？,传统的标准答案是数学，编程，写作。 理想的分工是这样的：数学建模竞赛小组中的每一个人，都能胜任其它人的工作，就算小组只剩下她（他）一个人，也照样能够搞定数学建

7、模竞赛。,论文写作,一、写好数模答卷的重要性 二、答卷的基本内容，需要重视的问题 三、关于写答卷前的思考和工作规划 四、答卷要求的原理 五、建模理念,一、写好数模答卷的重要性,1. 评定参赛队的成绩好坏、高低，获奖级别，数模答卷，是唯一依据。 2. 答卷是竞赛活动的成绩结晶的书面形式。 3. 写好答卷的训练，是科技写作的一种基本训练。,二、答卷的基本内容，需要重视的问题,1评阅原则,假设的合理性，建模的创造性，结果的合理性，表述的清晰程度。,2答卷的文章结构,1）摘要。 2）问题的叙述，问题的分析，背景的分析等。 3）模型的假设，符号说明（表）。 4）模型的建立（问题分析，公式推导，基本模型，

8、最终或简化模型等）。 5）模型的求解计算方法设计或选择；算法设计或选择，算法思想依据，步骤及实现，计算框图；所采用的软件名称；引用或建立必要的数学命题和定理；求解方案及流程。 6）结果表示、分析与检验，误差分析，模型检验。 7）模型评价，特点，优缺点，改进方法，推广。 8）参考文献。 9）附录、计算框图、详细图表。,3. 要重视的问题,1）摘要 2）问题重述 3）模型假设 4）模型的建立 5）模型求解 6） 结果分析、检验；模型检验及模型修正；结果表示。 7）必要时对问题解答，作定性或规律性的讨论。最后结论要明确。 8）模型评价 9）参考文献 10）附录,摘要,a. 模型的数学归类（在数学上属

9、于什么类型）； b. 建模的思想（思路）； c. 算法思想（求解思路）； d. 建模特点（模型优点，建模思想或方法，算法特点，结果检验，灵敏度分析，模型检验）； e. 主要结果（数值结果，结论；回答题目所问的全部“问题”）。,模型假设,根据全国组委会确定的评阅原则，基本假设的合理性很重要。 a. 根据题目中条件作出假设 b. 根据题目中要求作出假设 关键性假设不能缺；假设要切合题意。,模型的建立,a. 基本模型： ）首先要有数学模型：数学公式、方案等； ）基本模型，要求 完整，正确，简明； b. 简化模型： ）要明确说明简化思想，依据等； ）简化后模型，尽可能完整给出；,c. 模型要实用，有效

10、，以解决问题有效为原则。 数学建模面临的、要解决的是实际问题，不追求数学上的高（级）、深（刻）、难（度大）。 ）能用初等方法解决的、就不用高级方法； ）能用简单方法解决的，就不用复杂方法； ）能用被更多人看懂、理解的方法，就不用只能少数人看懂、理解的方法。,d鼓励创新，但要切实，不要离题搞标新立异。数模创新可出现在： 建模中，模型本身，简化的好方法、好策略等； 模型求解中； 结果表示、分析、检验，模型检验； 推广部分。,e在问题分析推导过程中，需要注意的问题： ）分析：中肯、确切； ）术语：专业、内行； ）原理、依据：正确、明确； ）表述：简明，关键步骤要列出； ）忌：外行话，专业术语不明确，

11、表述混乱，冗长。,模型求解,a. 需要建立数学命题时： 命题叙述要符合数学命题的表述规范，尽可能论证严密。 b. 需要说明计算方法或算法的原理、思想、依据、步骤。 若采用现有软件，说明采用此软件的理由，软件名称。 c. 计算过程，中间结果可要可不要的，不要列出。 d. 设法算出合理的数值结果。,结果分析、检验及模型修正,a. 最终数值结果的正确性或合理性是第一位的； b. 对数值结果或模拟结果进行必要的检验； 结果不正确、不合理、或误差大时，分析原因， 对算法、计算 方法、或模型进行修正、改进。 c. 题目中要求回答的问题，数值结果，结论，须一一列出； d. 列数据问题：考虑是否需要列出多组数

12、据，或额外数据对数据进行比较、分析，为各种方案的提出提供依据；,结果表示,要集中，一目了然，直观，便于比较分析。 数值结果表示：精心设计表格；可能的话，用图形图表形式 求解方案，用图示更好。,模型评价,优点突出，缺点不回避。 改变原题要求，重新建模可在此做。 推广或改进方向时，不要玩弄新数学术语。,检查答卷的主要三点，把三关：,a. 模型的正确性、合理性、创新性 b. 结果的正确性、合理性 c. 文字表述清晰，分析精辟，摘要精彩,关于写答卷前的思考和工作规划,答卷需要回答哪几个问题建模需要解决哪几个问题； 问题以怎样的方式回答结果以怎样的形式表示； 每个问题要列出哪些关键数据建模要计算哪些关键

13、数据； 每个量，列出一组还是多组数要计算一组还是多组数。,答卷要求的原理,1. 准确科学性； 2. 条理逻辑性； 3. 简洁数学美； 4. 创新研究、应用目标之一，人才培养需要； 5. 实用建模、实际问题要求。,建模理念,1. 应用意识 要解决实际问题，结果、结论要符合实际； 模型、方法、结果要易于理解，便于实际应用；站在应用者的立场上想问题，处理问题。 2. 数学建模 用数学方法解决问题，要有数学模型； 问题模型的数学抽象，方法有普适性、科学性，不局限于本具体问题的解决。 3. 创新意识 建模有特点，更加合理、科学、有效、符合实际；更有普遍应用意义；不单纯为创新而创新。,参赛秘诀,1时间和体

14、力的问题 2团队合作是能否获奖的关键 3重视摘要 4论文写作要正规 5模型的假设与模型的建立 6图文表并茂可以增色,常用资料,数学建模竞赛中应当掌握的十类算法,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 3线性规划、整数规划、多元规划、二次规划等规划类问题 4图论算法 5动态规划、回溯搜索、分治算法、分支定界等计算机算法,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 7网格算法和穷举法 8一些连续离散化方法 9数值分析算法 10图象处理算法,数学软件的主要分类有哪些？各有什么特点？,常见的通用数学软件包包括Matlab和Mathematica和Maple，其中Ma

15、tlab是一个高性能的科技计算软件，广泛应用于数学计算、建模、仿真和数据分析处理及工程作图，Mathematica 是数值和符号计算的代表性软件，Maple以符号运算、公式推导见长。,关于数模竞赛的几本好书, 姜启源，数学模型（第二版），高等教育出版社 姜启源、谢金星、叶俊数学建模（第三版），高等教育出版社 萧树铁等，数学实验，高等教育出版社 朱道元，数学建模案例精选，科学出版社 雷功炎，数学模型讲义，北京大学出版社 叶其孝等，大学生数学建模竞赛辅导教材（一）（四），湖南教育出版社 江裕钊、辛培清，数学模型与计算机模拟，电子科技大学出版社 杨启帆、边馥萍，数学模型，浙江大学出版社 赵静等，数学

16、建模与数学实验，高等教育出版社，施普林格出版社,基础学科,1数学分析 2高等代数 3概率与数理统计 4最优化理论 5图论 6组合数学 7微分方程稳定性分析 8排队论,常用网站和ftp, 全国大学生数模竞赛官方网站 http:/www.shumo.org 中国数学建模网站 中科大数模网站 浙江大学数模网 合工大数摸网站 http:/bbs.dartmouth.edu/fangq/wiki/?MathTools_FAQ 数学工具FAQ ftp:/, ftp:/202.198.71.195 ftp:/166.111.8.229 ftp:/166.111.30.174 ftp:/166.111.68.183 ftp:/166.111.158.102 ftp:/166.111.163.248:40021 ftp:/166.111.172.77,历年试题,1MCM（美国大学生数学建模竞赛） 2CUMCM（全国大学生数学建模竞赛）,1985 A题 动物群体管理 1985 B题 战略物资存储管理 1986 A题 水道测量数据 198