数学建模的思想和方法
数学建模的思想与方法
表述 求解 解释 验证
根据建模目的和信息将实际问题“翻译” 根据建模目的和信息将实际问题“翻译”成数学问 题 选择适当的数学方法求得数学模型的解答 将数学语言表述的解答“翻译” 将数学语言表述的解答“翻译”回实际对象 用现实对象的信息检验得到的解答
实践
理论
实践
作业: 作业:
请同学们仔细阅读《数学建模》 请同学们仔细阅读《数学建模》课程设 计指导书,通过阅读范例,了解建模的全过 计指导书,通过阅读范例, 并完成以下任务: 程,并完成以下任务: 1、通过上机到网上查阅数学建模有关 资料,了解数学建模网站, 资料,了解数学建模网站,熟悉数学软件的 应用,并写出上机报告. 应用,并写出上机报告.
S={(x , y)| x=0, y=0,1,2,3; | x=3, y=0,1,2,3; x=y=1,2}
y 3 2 1 0 1 2 3 x
s1
d1
d1, …,d11给出安全渡河方案 d11
评注和思考
规格化方法,易于推广 规格化方法,
sn+1
考虑4名商人各带一随从的情况 考虑 名商人各带一随从的情况
二、数学建模的方法与过程
1、数学建模的基本方法
•机理分析 机理分析 根据对客观事物特性的认识, 根据对客观事物特性的认识, 找出反映内部机理的数量规律 将对象看作“黑箱” 通过对量测数据的 将对象看作“黑箱”,通过对量测数据的 统计分析, 统计分析,找出与数据拟合最好的模型 用机理分析建立模型结构, 用机理分析建立模型结构 用测试分析确定模型参数
2、要求每个学生自选一个数学建模问 题或讨论指导书上的综合数学建模问题之一, 题或讨论指导书上的综合数学建模问题之一, 完成数学建模的全过程, 完成数学建模的全过程,用自己的语言写一 篇论文,论文一律用信纸抄写, 篇论文,论文一律用信纸抄写,并提交电子 稿.由班长统一发送到电子信 箱:zsq_tysx@ 论文主要内容包括: 论文主要内容包括: 论文题目 摘 要
数学建模的基本思路与方法
数学建模的基本思路与方法数学建模是通过建立数学模型来解决实际问题的一种方法。
它不仅是数学和统计学领域的重要研究方向,也在物理、化学、生物、经济和工程等众多学科中得到广泛应用。
本文将介绍数学建模的基本思路与方法。
一、问题的理解与分析在进行数学建模之前,首先需要全面理解和分析问题。
这包括对问题的背景、目标及约束条件进行明确,对问题所涉及的各种变量和参数进行分类和整理,了解问题的局限性和可行性等。
二、数学模型的建立基于对问题的理解与分析,接下来要建立数学模型。
数学模型是对实际问题进行抽象和数学化的表示。
常用的数学模型包括方程模型、差分模型、微分模型、最优化模型等。
1. 方程模型方程模型是最常见且基础的模型之一。
它将实际问题中的各种关系和规律用数学方程进行表示。
常见的方程模型有线性方程模型、非线性方程模型、微分方程模型等。
2. 差分模型差分模型是离散的数学模型,适用于描述实际问题中的离散数据和变化趋势。
差分模型通常用递推关系式进行表示,可以通过差分方程求解。
3. 微分模型微分模型是连续的数学模型,适用于描述实际问题中的连续变化和关系。
微分模型通常用微分方程进行表示,可以通过求解微分方程获得结果。
4. 最优化模型最优化模型是在一定约束条件下,寻找最优解或最优策略的数学模型。
最优化模型可以是线性规划、非线性规划、整数规划等形式。
三、模型的求解与分析建立数学模型后,需要对模型进行求解和分析。
求解模型的方法有很多,包括解析解法、数值解法和优化算法等。
1. 解析解法对于简单的数学模型,可以通过代数方法得到解析解。
解析解法基于数学公式和运算,可以直接得到精确的解。
2. 数值解法对于复杂的数学模型,常常需要借助计算机通过数值计算来求解。
数值解法基于数值逼近和迭代算法,可以得到模型的近似解。
3. 优化算法对于最优化模型,可以使用各种优化算法进行求解。
著名的优化算法包括线性规划的单纯形法、非线性规划的牛顿法和拟牛顿法等。
数学建模思想方法大全及方法适用范围
数学建模思想方法大全及方法适用范围第一篇:方法适用范围一、统计学方法1.1 多元回归1、方法概述:在研究变量之间的相互影响关系模型时候,用到这类方法,具体地说:其可以定量地描述某一现象和某些因素之间的函数关系,将各变量的已知值带入回归方程可以求出因变量的估计值,从而可以进行预测等相关研究。
2、分类分为两类:多元线性回归和非线性线性回归;其中非线性回归可以通过一定的变化转化为线性回归,比如:y=lnx 可以转化为 y=u u=lnx 来解决;所以这里主要说明多元线性回归应该注意的问题。
3、注意事项在做回归的时候,一定要注意两件事:(1)回归方程的显著性检验(可以通过 sas 和spss 来解决)(2)回归系数的显著性检验(可以通过 sas 和spss 来解决)检验是很多学生在建模中不注意的地方,好的检验结果可以体现出你模型的优劣,是完整论文的体现,所以这点大家一定要注意。
4、使用步骤:(1)根据已知条件的数据,通过预处理得出图像的大致趋势或者数据之间的大致关系;(2)选取适当的回归方程;(3)拟合回归参数;(4)回归方程显著性检验及回归系数显著性检验(5)进行后继研究(如:预测等)1.2 聚类分析1、方法概述该方法说的通俗一点就是,将 n 个样本,通过适当的方法(选取方法很多,大家可以自行查找,可以在数据挖掘类的书籍中查找到,这里不再阐述)选取m 聚类中心,通过研究各样本和各个聚类中心的距离Xij,选择适当的聚类标准,通常利用最小距离法(一个样本归于一个类也就意味着,该样本距离该类对应的中心距离最近)来聚类,从而可以得到聚类结果,如果利用sas 软件或者spss 软件来做聚类分析,就可以得到相应的动态聚类图。
这种模型的的特点是直观,容易理解。
2、分类聚类有两种类型:(1) Q 型聚类:即对样本聚类;(2) R 型聚类:即对变量聚类;通常聚类中衡量标准的选取有两种:(1)相似系数法(2)距离法聚类方法:(1)最短距离法(2)最长距离法(3)中间距离法(4)重心法(5)类平均法(6)可变类平均法(7)可变法(8)利差平均和法在具体做题中,适当选区方法;3、注意事项在样本量比较大时,要得到聚类结果就显得不是很容易,这时需要根据背景知识和相关的其他方法辅助处理。
中学数学建模思想及方法应用
中学数学建模思想及应用数学建模是一种实用性非常强的解题思想,在解决许多复杂的实际问题时有很大的帮助,所以建模教学进入中学课堂是一种趋势也是一种必然.一、 什么是数学建模?所谓数学建模就是把所要研究的实验问题,通过数学抽象构造出相应的数学模型,再通过数学模型的研究,使原问题获得解决的过程。
其基本思路是:实际问题 数学模型 数学问题的解新世纪数学课程改革中加强应用性、创新性,重视联系学生生活实际和社会实践的要求,我们开展了中学数学建模教学与应用的研究和实践,目的是培养学生的创造能力和应用能力,把学生从纯理论解题的题海中解放出来,把学生应用数学的意识的培养贯穿于教学的始终,让学生学得生动活泼,使数学素质教育跃上一个新的高度。
数学建模的概念数学建模就是通过对实际问题的抽象、简化确定变量和参数,并应用某些“规律”建立起变量、参数间的确定的数学问题,求解该数学问题、解释、验证所得到的过程.它是一种数学思维方式,是对“现实的现象通过心智活动构造出能抓住其重要且有用的特征的表示,常常是形象化的或符号的表示”.在数学学习活动中,认识问题和解决问题,都是知识与方法相互作用的结果[4].初中数学中重要的数学思想有:字母代数的思想、转化与化归的思想、数形结合思想、分类的思想、方程与函数的思想、公理化思想等.数学方法有:类比法、归纳法、演绎法、配方法、换元法、待定系数法、数形结合法等.这些思想方法相互联系,相互渗透,相互补充,将整个数学知识构成一个有机和谐统一的整体.数学建模教学要重视数学知识,更应突出数学思想方法.建模活动包括以下四个主要过程:1、问题分析过程:了解问题的实际背景材料,分析并找出问题的本质;2、假设化简过程:选出影响研究对象的主要因素,忽略次要因素,这样既简化了问题以便进行数学描述,抓住了问题的本质;3、建模求解过程:根据分析建立相应的数学模型,并用数学方法或计算机程序对模型进行求解;4、验证修改过程:检验模型是否符合实际,并对它做出解释,最后将它应用于实际生产、生活中,产生社会效益或经济效益.抽象 求解 (检验)建模解题的基本步骤数学建模是一个数学解题过程,大致分为以下四个步骤:1、审题:现在的高中数学应用题的题目较长,要求学生具有较强的数学阅读能力.通过仔细阅读题目,理解问题的实际背景,分析处理有关数据,把握已知量和未知量的内在联系. 审题时要准确理解关键语句的数学意义,如“至少”、“不大于”、“总共”、“增加”、“减少”等,明确变量和参数,合理设元.2、建立数学模型:将实际问题抽象为数学问题,建模的直接准备就是审题的最后阶段从各种关系中找出最关键的数量关系,将此关系用有关的量及数学符号表示出来,即可得到解决问题的数学模型.3、求解数学模型:根据建立的数学模型,选择合适的数学方法,设计合理简捷的运算途径,求出数学问题的解,其中特别注意实际问题中对变量范围的限制及其他约束条件.4、检验:既要检验所得结果是否适合数学模型,又要评判所得结果是否符合实际问题的要求,从而对原问题做出合乎实际意义的回答.建模解题的基本题型一、建立“方程(组)”模型现实生活中广泛存在着数量之间的相等关系,“方程(组)”模型是研究现实世界数量关系的最基本的数学模型,它可以帮助人们从数量关系的角度更正确、清晰的认识、描述和把握现实世界。
数学建模中常用的思想和方法
数学建模中常用的思想和方法(1)knowledge 2010-08-19 00:42:51 阅读160 评论0字号:大中小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(主要用SAS 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。
初三数学建模的基本思路与方法
初三数学建模的基本思路与方法数学建模作为一种综合运用数学知识和方法解决实际问题的学科,对于初中学生来说,也具有一定的重要性和挑战性。
本文旨在介绍初三数学建模的基本思路与方法,帮助学生更好地应对相关考试和实践任务。
一、明确问题在进行数学建模之前,首先要明确问题,明确要解决的问题有哪些方面、要达到什么样的目标。
例如,可以从数学的角度分析某个实际问题,给出相应的数学模型和解决方案。
二、收集信息和数据在明确问题后,需要收集相关的信息和数据。
信息来源可以包括图书、网络、采访等多个方面。
数据来源可以包括实地调查和实验等。
通过收集信息和数据,可以更加全面地了解问题的实际情况,为后续的建模分析提供依据。
三、建立数学模型建立数学模型是数学建模的核心环节。
在初三数学建模中,可以根据问题的特点选择合适的数学方法和模型。
例如,可以使用函数关系、统计分析、概率论等进行建模。
同时,还要注意模型的合理性和可行性,可以通过简化、假设等方法来使模型更加简洁和易于计算。
四、模型求解和分析在建立数学模型后,需要进行模型的求解和分析。
根据具体的模型形式和问题要求,可以使用不同的解法和工具进行求解。
例如,可以使用数学软件进行计算,或者手工进行推导和运算。
同时,还要对结果进行合理性检验和分析,确定是否符合实际情况和问题要求。
五、结果呈现和反思在模型求解和分析完成后,需要将结果进行呈现并进行反思。
结果呈现可以采用表格、图表、文字描述等形式,以使结果更加直观和易于理解。
同时,还要对模型的优缺点进行评价,思考模型的改进和应用方向,为后续的数学建模提供经验和启示。
综上所述,初三数学建模的基本思路与方法包括明确问题、收集信息和数据、建立数学模型、模型求解和分析,以及结果呈现和反思等环节。
通过运用这些方法,可以更好地解决实际问题,提高数学建模的能力和水平。
希望本文能对初三学生在数学建模方面的学习和实践有所帮助。
数学建模的思想和方法
已知:f(),g()是连续函数 ;对任意,
f()•g()=0;且g(0)=0,f(0)>0. 证明:存在0,使f(0)=g(0)=0.
模型求解
给出一种简单、粗糙的证明方法
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
将椅子旋转900,对角线AC和BD互换。由g(0)=0,
f(0)>0,知f(/2)=0, g(/2)>0.令h()=f()– g(),则h(0)>0和h(/2)<0.由f,g的连续性知h 为连续函数,据连续函数的基本性质,必存在0, 使h(0)=0,即f(0)=g(0). 因为f()•g()=0,所以f(0)=g(0)=0.
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
数学建模的思想和方法
主讲人:杨树国
1.数学建模的思想和方法
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
从现实对象到数学模型 数学建模的重要意义 数学建模示例 数学建模的方法和步骤 数学模型的特点和分类 怎样学习数学建模
2.数学建模竞赛的的思想和方法
yk--第k次渡河前此岸的随从数 sk=(xk , yk)--过程的状态
S={(x , y) x=0, y=0,1,2,3; x=3, y=0,1,2,3; x=y=1,2}
uk--第k次渡船上的商人数
vk--第k次渡船上的随从数
dk=(uk , vk)~决策 sk+1=sk +(-1)k dk
uk, vk=0,1,2;
数学建模无时不在,无处不在!
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
启示:
很多同学,尤其是非数学专业的同学,把数学 建模看得很神秘,总以为它高深莫测,其实并非 如此。实际上,数学建模就是发生在我们身边的事 情,可能你不经意间就在进行着数学建模和求解, 只不过你不知道罢了。 可以毫不夸张地说: 数学建模无时不在,无处不在!
数学建模的基本思路与方法
数学建模的基本思路与方法数学建模是一种通过数学模型来描述和解决实际问题的方法,它在现代科学研究和工程实践中具有重要的地位和作用。
本文将介绍数学建模的基本思路和方法,帮助读者了解和掌握这一重要工具。
一、问题定义在进行数学建模之前,首先需要明确和定义问题。
问题定义的准确性和清晰性对于后续的建模过程至关重要。
在明确问题的基础上,可以进一步分析问题的相关因素和要求,并确定解决问题所需要的变量和参数。
二、建立数学模型建立数学模型是数学建模的核心环节。
在建立模型时,我们需要根据具体问题选择合适的数学方法和理论,并使用数学语言对问题进行抽象和描述。
常用的数学方法包括微积分、线性代数、概率论与数理统计等。
通过建立数学模型,可以将实际问题转化为数学问题,并得到具体的数学表达式。
三、模型求解在建立数学模型后,需要进行模型求解来获得问题的解答。
模型求解可以利用数值方法、符号计算方法或优化方法等不同的技术手段。
对于复杂的数学模型,可能需要借助计算机和数值模拟来进行求解。
通过模型求解,可以得到对于实际问题的数学描述和定量分析。
四、模型验证和评估模型验证和评估是数学建模过程中的重要环节。
在模型验证中,需要将数学模型的结果与实际数据进行比较,判断模型的准确性和适用性。
评估模型的优劣可以通过不同的指标和方法进行,例如误差分析、灵敏度分析、鲁棒性分析等。
通过模型验证和评估,可以评估模型的可信度和可靠性。
五、模型应用和推广在模型验证通过后,可以将数学模型应用到实际问题中,并进行推广和应用。
数学模型可以帮助我们理解和解决实际问题,优化决策和资源配置。
通过模型的应用和推广,可以进一步完善和改进模型,提高模型的预测和分析能力。
综上所述,数学建模是一种解决实际问题的有效工具,它不仅能够帮助我们理解问题的本质和机理,还可以为决策和规划提供科学的依据。
通过明确问题、建立模型、模型求解、模型验证和评估以及模型应用和推广等步骤,我们可以合理有效地进行数学建模工作。
数学建模思想方法大全及方法适用范围
数学建模思想方法大全及方法适用范围数学建模是指运用数学方法和技巧解决实际问题的过程。
不同的问题需要不同的建模方法和思想,下面是一些常用的数学建模思想方法及其适用范围。
1.数学规划方法:包括线性规划、整数规划、非线性规划等。
适用于有约束条件的最优化问题,如资源分配、生产计划等。
2.动态规划方法:适用于具有最优子结构的问题,通过将问题划分为子问题,并利用子问题的最优解构建原问题的最优解。
常用于路径规划、资源管理等。
3.随机过程方法:适用于具有随机特性的问题,如排队论、随机模拟等。
常用于风险评估、金融风险管理等领域。
4.图论方法:适用于用图形表示问题的结构和关系的问题,如网络优化、旅行商问题等。
5.统计建模方法:包括回归分析、时间序列分析、方差分析等。
适用于通过样本数据建立数学模型,分析和预测问题。
6.数据挖掘方法:包括聚类分析、关联规则挖掘、分类预测等。
适用于从大规模数据中发现隐藏的模式和规律。
7.模糊综合评价方法:适用于多指标评价和决策问题,通过模糊数学的方法将主观和客观指标进行综合评价,辅助决策。
8.最优化方法:包括梯度下降法、遗传算法、模拟退火等。
适用于求解无约束优化问题和非线性问题。
9.离散事件系统建模方法:适用于描述离散事件发展过程的问题,如物流调度、生产流程优化等。
10.时空建模方法:适用于描述时空变化和相互作用的问题,常用于交通流动、城市规划等领域。
11.复杂网络建模方法:适用于分析复杂系统中的网络结构和动态特性,如社交网络、生物网络等。
12.随机优化方法:将随机性引入传统的优化方法,如随机梯度下降法、遗传算法等。
以上是一些常用的数学建模思想方法及其适用范围,实际问题的建模过程中可以根据具体情况选择合适的方法,甚至可以综合运用多种方法。
数学建模的关键在于将实际问题抽象为数学问题,并选择合适的数学工具进行求解。
数学建模常用方法
数学建模常用方法
1. 数学统计方法:用统计学方法分析大量数据,为研究对象提供信息和解释。
2. 形式化建模方法:将自然语言描述的问题转换为数学语言的形式,建立数学模型。
3. 最优化方法:通过标准化目标函数和制约条件寻找最优解。
4. 仿真方法:在计算机上实现模型,并用不同的参数测试模型。
5. 数据挖掘方法:通过大数据分析和模式识别寻找规律。
6. 神经网络方法:通过构建数学神经网络实现模式识别和分类。
7. 演化算法方法:用进化算法来解决多维问题。
8. 非线性优化方法:以非线性数学模型为基础,分析和寻找最优解。
9. 贝叶斯方法:用贝叶斯原理分析和推断某些未知参数。
10. 数值分析方法:用计算机来实现各种数学方法,如微积分和代数运算。
数学建模的基本思想
数学建模的基本思想白河中学王字艮目前,由世界著名数学家和数学教育家弗赖登塔尔提出的“现实数学教育”观点得到国际数学教育界的普遍认同,也为广大数学教师所接受。
这一思想表明,一则学校数学具有现实的性质,数学来源于现实生活,再运用到现实生活中去;二则学生应该用现实的方法学习数学,即学生通过熟悉的现实生活,自己逐步发现和得出的数学结论。
这就意味着数学课程的应用性和实践性成为国际数学课程改革的一个基本趋势。
例如美国数学教师协会1989数学课程标准和2000年标准的基本特点之一都是强调数学应用;荷兰从60年代起就开始了现实数学教育的改革历程,到90年代初,几乎所有的荷兰中小学生都已经在使用根据现实数学教育思想编写的数学课本,注重培养学生数学应用意识与实践能力;日本的数学课程设置了综合课题学习,同样也体现了数学知识综合应用的关注。
这一系列实际上强调的是一种数学建模思想。
所谓数学模型是对于现实世界的某一特定研究对象,为了某个目的,在作了一些必要的简化和假设之后运用适当的数学工具,并通过数学语言表达出来的一个数学结构。
而数学建模思想就是把现实世界中有待解决或未解决的问题,从数学的角度发现问题、提出问题、理解问题,通过转化过程,归结为一类已经解决或较易解决的问题中去,并综合运用所学的数学知识与技能求得解决的一种数学思想和方数学建模教学是针对传统数学教育过于抽象化,不重视数学知识和学生实际生活的联系而提出的。
数学建模教育旨在拓展学生的思维空间,让学生积极主动地去关心社会、关心未来,改变“唯书唯上”、习题演练的现状,让数学贴近现实生活,从而使学生在进行数学知识和实际生活双向建构的过程中,体会到数学的价值,享受到学习数学的乐趣,体验到充满生命活力的学习过程。
这对于培养学生的应用意识和创新精神是一个很好的途径,也体现出新大纲中提出的“学数学,做数学,用数学”的理念。
数学建模是对日常生活和社会中的实际问题进行抽象化,建立数学模型,然后求解数学模型。
数学思想和数学方法之建模思想
数学思想和数学方法之建模思想数学思想是指在研究和应用数学过程中所运用的基本观念和方法,是指导人们进行数学研究和解决实际问题的思维方式。
而数学方法则是用于解决具体数学问题的具体工具和技巧。
建模思想是一种运用数学方法来描述和解决实际问题的思想。
数学建模是指将实际问题抽象为数学问题,通过建立适当的数学模型,运用数学方法进行分析和研究,得出解决问题的结论或建议。
其次,数学思想强调抽象思维和模型化。
建模的过程是将实际问题进行抽象,将问题中的主要因素和关系用数学符号和函数表示出来。
这样可以简化问题,减少复杂性,并使问题更具有一般性。
通过建立适当的数学模型,可以对问题进行深入的分析和研究,得出准确的结果。
另外,数学思想还强调创造性和想象力。
在建模过程中,有时会遇到一些复杂或新颖的问题,需要具备一定的创造性和想象力来解决。
这就要求数学思想不仅要求会运用现有的数学知识和方法,还要能够创造出新的数学方法和理论。
数学方法是数学思想在建模过程中的具体应用工具。
数学方法包括但不限于代数、几何、微积分、概率论、统计学等。
在建模过程中,需要根据具体的问题特点和要求选择适当的数学方法,并结合实际情况进行运用。
例如,对于一些形状规则的物体的体积计算问题,可以使用几何中的体积公式进行求解;对于一些由离散变量描述的问题,可以使用概率论和统计学中的方法进行研究;对于一些动态变化的问题,可以使用微分方程进行建模和分析等等。
数学方法的运用不仅要求准确性和有效性,还要求灵活性和创造性。
数学方法的选择和运用需要根据具体问题的特点和要求,有时需要结合不同的数学方法进行综合运用。
在实际建模中,还可以通过计算机辅助工具和数值计算方法来进行求解。
总结起来,数学思想和数学方法是数学建模的重要组成部分。
数学思想是指导人们进行数学研究和解决实际问题的思维方式,强调逻辑思维、抽象思维和创造性思维。
数学方法则是运用于解决具体数学问题的具体工具和技巧,包括代数、几何、微积分、概率论、统计学等。
数学建模的概念方法和意义
动态规划
解决多阶段决策问题,如最优路径、生产调 度等。
03
数学建模的意义与应用
在科学领域的应用
01
物理建模
通过建立数学模型来描述物理现 象和规律,如牛顿第二定律、热 传导方程等。
化学建模
02
03
生物建模
通过数学模型描述化学反应过程 和机理,如反应动力学方程、化 学平衡方程等。
用数学模型研究生物学问题,如 种群增长模型、基因表达模型等。
心理学研究
数学建模在心理学研究中用于描述人类认知 过程、情感反应和心理发展规律。
公共政策分析
数学建模在公共政策分析中用于评估政策效 果、预测社会趋势和制定科学决策。
04
数学建模的未来发展与挑战
人工智能与数学建模
人工智能与数学建模的结 合
人工智能技术为数学建模提供了强大的计算 能力和数据分析能力,使得复杂模型的建立 和求解成为可能。
金融建模
数学建模在金融领域中用于股票价格预测、风 险评估和投资组合优化。
经济学分析
数学建模在经济分析中用于描述市场供需关系、 经济增长和经济发展模式等。
计量经济学
数学建模在计量经济学中用于探索经济现象的内在规律和因果关系。
在社会领域的应用
社会学研究
数学建模在社会学研究中用于分析社会结构、 人口动态和人类行为模式。
假设不合理
在建模过程中,为了简化问题, 常常会做出一些假设,但这些假 设有时可能与实际情况存在较大 偏差。
数据不足或数据质
量差
在建模过程中,需要用到大量的 数据,但有时数据可能不足或质 量较差,导致模型无法准确反映 实际情况。
02
数学建模的主要方法
代数法
代数法
谈中学数学建模思想方法
谈中学数学建模思想方法
伴随着社会的快速发展,社会对数学素养的要求也越来越高,对数学的兴趣也越来越浓厚。
在此背景下,中学数学的教学应更加注意“融合、创新”,以建模思想和方法为核心,使数学课堂活跃起来,让学生充分体验到数学的魅力。
建模是一种将客观实际问题表达成数学模型,从而运用数学知识进行分析和解决问题的一种重要方法。
它不仅能够让学生更好地理解实际问题,而且让学生在学习数学的过程中更加懂得如何使用数学方法解决实际问题。
中学数学建模思想可以分为三步:
第一步,要求学生根据实际情况,识别问题的关键因素,分析问题的特征,明确问题的分析目标。
这一步是数学建模思想的关键,只有找对了问题的关键,设计出的模型才能够体现问题本身,并且能够得到有效的分析结果。
第二步,根据问题本身的特点,设计出一个有效的数学模型。
设计时要考虑模型的准确性和可靠性。
第三步,建立数学模型后,要分析模型的特性,验证模型的正确性,寻求符合实际的最优解。
另外,在数学建模的过程中,老师可以采取一些团队合作的形式,让学生进行分工合作,从而激发学生的创新思维,培养学生的实践能力。
建立数学模型,解决实际问题,增强学生的数学能力与分析解决
问题的能力,是中学数学建模思想发展的最终目标。
只有在这样一个环境下,学生能够真正体会到数学的魅力,同时激发学生的创新思维和探究精神。
只有这样,才能够打破传统的的教育模式,让学生有所发挥,全面发展自身的能力。
因此,中学数学教育中应该注重培养学生数学建模思想。
数学课堂要创新,要使用新奇的教学方法,使课堂变得活跃起来,让学生有意识地去思考,探究,体验到数学课堂的乐趣。
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x =20 y= 5
答:船速每小时20千米/小时.
航行问题求解过程分析:
在解决这个问题的过程中,我们经历了如下的步骤:
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
• 作出简化假设(船速、水速为常数); • 用符号表示有关量(x, y表示船速和水速); • 用物理定律(匀速运动的距离等于速度乘以时间)
模型应用
数学建模的全过程
现 实 世 界 现实对象的信息 验证 现实对象的解答 表述
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
(归纳)
数学模型 求解 (演绎)
数 学 世 界
解释
数学模型的解答
表述 求解 解释 验证
根据建模目的和信息将实际问题‚翻译‛成数学问 题 选择适当的数学方法求得数学模型的解答 将数学语言表述的解答‚翻译‛回实际对象 用现实对象的信息检验得到的解答
已知:f(),g()是连续函数 ;对任意,
f()•g()=0;且g(0)=0,f(0)>0. 证明:存在0,使f(0)=g(0)=0.
模型求解
给出一种简单、粗糙的证明方法
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
将椅子旋转900,对角线AC和BD互换。由g(0)=0,
f(0)>0,知f(/2)=0, g(/2)>0.令h()=f()– g(),则h(0)>0和h(/2)<0.由f,g的连续性知h 为连续函数,据连续函数的基本性质,必存在0, 使h(0)=0,即f(0)=g(0). 因为f()•g()=0,所以f(0)=g(0)=0.
背景
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
世界人口增长概况
1625 5 1830 10 1930 20 1960 30 1974 40 1987 50 1999 60
年 人口(亿)
பைடு நூலகம்
中国人口增长概况
年 1908 人口(亿) 3.0 1933 4.7 1953 6.0 1964 7.2 1982 10.3 1990 11.3 1995 12.0 2000 13.0
r ( xm ) 0
r s xm
x r ( x) r (1 ) xm
阻滞增长模型(Logistic模型)
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
dx rx dt
dx/dt
dx x r ( x) x rx (1 ) dt xm
x xm xm/2 x0
0
xm/2
xm x
0
x (t )
x(2000) x(1990) x x(1990) rx(1990)[1 x(1990) / xm ].10
x(2000 ) 274.5
实际为281.4(百万)
模型应用--预报美国2010年的人口
加入2000年人口数据后重新估计模型参数 r=0.02490, xm=434.0 x(2010)=306.0
评注和思考 建模的关键: 和f(),g()的确定.
1.3.2 商人们怎样安全过河
问题(智力游戏)
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
随从们密约, 在河的任一岸, 河 一旦随从的人数比商人多, 就杀人越货. 但是乘船渡河的方案由商人决定. 商人们怎样才能安全过河?
小船(至多2人)
3名商人
yk--第k次渡河前此岸的随从数 sk=(xk , yk)--过程的状态
S={(x , y) x=0, y=0,1,2,3; x=3, y=0,1,2,3; x=y=1,2}
uk--第k次渡船上的商人数
vk--第k次渡船上的随从数
dk=(uk , vk)~决策 sk+1=sk +(-1)k dk
uk, vk=0,1,2;
1860 31.4 1870 38.6 1880 …… 1960 50.2 …… 179.3 1970 204.0 1980 226.5 1990 251.4
专家估计
r=0.2557/10, xm=392.1
阻滞增长模型(Logistic模型)
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
模型检验
把模型计算结果 与实际数据比较
k=1,2, --状态转移律
D={(u ,v) u+v=1,2}--允许决策集合
多步决策 问题
求dkD(k=1,2,n),使skS,并按 转移律由s1=(3,3)到达sn+1=(0,0).
模型求解
穷举法----编程上机
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
S={(x , y) x=0, y=0,1,2,3;
数学建模的一般步骤
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
模型准备 模型检验 模型应用
模型假设 模型分析
模型构成 模型求解
模 了解实际背景 型 准 备 搜集有关信息
明确建模目的 形成一个 比较清晰 掌握对象特征 的‘问题’
数学建模的一般步骤
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
模 型 假 设
针对问题特点和建模目的
数学建模无时不在,无处不在!
航行问题:甲乙两地相距750千米,船从甲到乙顺水航行
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
需30小时,从乙到甲逆水航行需50小时,问船的速度是多 少?
用 x 表示船速,y 表示水速,列出方程:
( x y ) 30 750 ( x y ) 50 750
研究人口变化规律
控制人口过快增长
常用的计算公式
k年后人口
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
xk x0 (1 r )
今年人口x0,年增长率r
k
指数增长模型——马尔萨斯提出 (1798)
基本假设 : 人口(相对)增长率 r 是常数
x ( t t ) x ( t ) x(t)--时刻t的人口 rt x(t ) dx rx, x(0) x0 x(t ) x e rt 0 dt
作出合理的、简化的假设
在合理与简化之间作出折中
模 型 构 成
用数学的语言、符号描述问题
发挥想像力
使用类比法
尽量采用简单的数学工具
数学建模的一般步骤
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
模型 求解 模型 分析 模型 检验
各种数学方法、软件和计算机技术 如结果的误差分析、统计分析、 模型对数据的稳定性分析 与实际现象、数据比较, 检验模型的合理性、适用性
数学建模无时不在,无处不在!
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
启示:
很多同学,尤其是非数学专业的同学,把数学 建模看得很神秘,总以为它高深莫测,其实并非 如此。实际上,数学建模就是发生在我们身边的事 情,可能你不经意间就在进行着数学建模和求解, 只不过你不知道罢了。 可以毫不夸张地说: 数学建模无时不在,无处不在!
1.4 数学建模的方法和步骤
数学建模的基本方法
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
•机理分析
根据对客观事物特性的认识, 找出反映内部机理的数量规律
将对象看作‚黑箱‛,通过对量测数据的 •测试分析 统计分析,找出与数据拟合最好的模型 •二者结合 用机理分析建立模型结构, 用测试分析确定模型参数
机理分析没有统一的方法,主要通过实例研究(Case Studies)来学习。我们所指的建模主要指机理分析。
数学模型(Mathematical Model) 对于一个现实对象,为了一个特定目的, 根据其内在规律,作出必要的简化假设, 运用适当的数学工具,得到的一个数学结构。 数学建模(Mathematical Modeling) 建立数学模型的全过程 (包括表述、求解、解释、检验等)
1.2 数学建模的重要意义
x=3, y=0,1,2,3; x=y=1,2}
y 3 2 1 0
图解法
状态s=(x,y)--16个格点 允许状态 --10个点
s1
d1
允许决策 --移动1或2格; k奇,左或下移;k偶,右或上移.
d1, ,d11给出安全渡河方案
d11
sn+1
1
2
3
x
评注和思考 规格化方法,易于推广
1.3.3 如何预报人口的增长
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
数学建模的思想和方法
主讲人:杨树国
1.数学建模的思想和方法
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
从现实对象到数学模型 数学建模的重要意义 数学建模示例 数学建模的方法和步骤 数学模型的特点和分类 怎样学习数学建模
2.数学建模竞赛的的思想和方法
阻滞增长模型(Logistic模型)
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
人口增长到一定数量后,增长率下降的原因: 资源、环境等因素对人口增长的阻滞作用 且阻滞作用随人口数量增加而变大
r是x的减函数
假设
r ( x) r sx (r, s 0)
r--固有增长率(x很小时)
xm--人口容量(资源、环境能容纳的最大数量)
问题分析
多步决策过程
3名随从
决策: 每一步(此岸到彼岸或彼岸到此岸)船上的人员 要求: 在安全的前提下(两岸的随从数不比商人多),经有限 步使全体人员过河.
模型构成
Xk--第k次渡河前此岸的商人数
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
xk, yk=0,1,2,3; k=1,2, S--允许状态集合
x(t ) x0 (e ) x0 (1 r )
r t
t
随着时间增加,人口按指数规律无限增长
指数增长模型的应用及局限性
数 学 建 模 的 思 想 和 方 法
• 与19世纪以前欧洲一些地区人口统计数据吻合 • 适用于19世纪后迁往加拿大的欧洲移民后代