数学建模方法之数理统计分析与回归
数学建模教案数学建模方法与应用
数学建模教案数学建模方法与应用教案主题：数学建模方法与应用引言：数学建模是一种将现实问题进行数学描述、求解和分析的方法，它在各个领域具有广泛应用。
本教案将从数学建模的基本概念入手，介绍常用的数学建模方法和其在实际问题中的应用。
一、数学建模的基本概念（500字左右）1.1 数学建模的定义及意义- 数学建模是指使用数学方法和技巧，把实际问题转化为数学问题，并进行求解、验证和分析的过程。
- 数学建模能够帮助我们理解和解决各类实际问题，提高问题解决的效率和精度。
1.2 数学建模的基本步骤- 审题与问题转化：对实际问题进行细致分析和抽象，将问题转化为数学形式。
- 建立数学模型：选择适当的数学工具和方法，建立与实际问题相对应的数学模型。
- 求解和分析：运用数学知识和技巧，对建立的数学模型进行求解和分析。
- 结果验证与优化：对求解结果进行合理性验证，并对模型进行不断优化和完善。
二、数学建模方法（600字左右）2.1 数理统计与回归分析- 数理统计：通过搜集和分析大量数据，总结数据的特征和规律，为实际问题提供客观的数据依据。
- 回归分析：通过建立变量间的统计关系，预测和估计变量的变化趋势，为决策提供参考。
2.2 图论与网络分析- 图论：将实际问题抽象为图，通过研究图的性质和算法，解决与网络、路径和最优化等相关的问题。
- 网络分析：对于复杂的网络结构，应用网络分析方法，揭示网络中节点之间的关系、特性和演化规律。
2.3 随机模型与蒙特卡洛方法- 随机模型：通过引入随机因素，建立描述系统随机行为的数学模型，对系统进行分析和预测。
- 蒙特卡洛方法：利用随机数和概率统计的原理，通过大量的随机实验，近似求解数学问题。
三、数学建模的应用领域（500字左右）3.1 经济与金融领域- 风险评估与资产定价：运用数学建模方法对金融市场中的风险和报酬进行评估和分析，为投资决策提供依据。
- 生产与供应链管理：利用数学模型对生产流程和供应链中的物流、订单等进行优化，提高效率和降低成本。
数学建模的主要建模方法
数学建模的主要建模方法数学建模是指运用数学方法和技巧对复杂的实际问题进行抽象、建模、分析和求解的过程。
它是解决实际问题的一个重要工具，在科学研究、工程技术和决策管理等领域都有广泛的应用。
数学建模的主要建模方法包括数理统计法、最优化方法、方程模型法、概率论方法、图论方法等。
下面将分别介绍这些主要建模方法。
1.数理统计法：数理统计法是基于现有的数据进行概率分布的估计和参数的推断，以及对未知数据的预测。
它适用于对大量数据进行分析和归纳，提取有用的信息。
数理统计法可以通过描述统计和推断统计两种方式实现。
描述统计主要是对数据进行可视化和总结，如通过绘制直方图、散点图等图形来展示数据的分布特征；推断统计则采用统计模型对数据进行拟合，进行参数估计和假设检验等。
2.最优化方法：最优化方法是研究如何在给定的约束条件下找到一个最优解或近似最优解的方法。
它可以用来寻找最大值、最小值、使一些目标函数最优等问题。
最优化方法包括线性规划、非线性规划、整数规划、动态规划等方法。
这些方法可以通过建立数学模型来描述问题，并通过优化算法进行求解。
3.方程模型法：方程模型法是通过建立数学方程或函数来描述问题，并利用方程求解的方法进行求解。
这种方法适用于可以用一些基本的方程来描述的问题。
方程模型法可以采用微分方程、代数方程、差分方程等不同类型的方程进行建模。
通过求解这些方程，可以得到问题的解析解或数值解。
4.概率论方法：概率论方法是通过概率模型来描述和分析不确定性问题。
它可以用来处理随机变量、随机过程和随机事件等问题。
概率论方法主要包括概率分布、随机变量、概率计算、条件概率和贝叶斯推理等内容。
利用概率论的方法，可以对问题进行建模和分析，从而得到相应的结论和决策。
5.图论方法：图论方法是研究图结构的数学理论和应用方法。
它通过把问题抽象成图，利用图的性质和算法来分析和求解问题。
图论方法主要包括图的遍历、最短路径、最小生成树、网络流等内容。
回归分析在数学建模中的应用
Keywords: Multiple linear regression analysis; parameter estimation;inspection
II
咸阳师范学院 2013 届本科毕业论文
目 录
摘 要.............................................................................................................................. I Abstract...................................................................................................................... II 目 录.......................................................................................................................... III 引言................................................................................................................................ 1 1 回归分析的背景来源及其概念................................................................................ 1 1.1 回归分析的背景............................................................................................. 1 1.2 回归分析的基本概念..................................................................................... 1 2 线性回归分析模型.................................................................................................... 2 2.1 一元线性回归的模型..................................................................................... 2 2.1.1 回归参数 0 , 1 和 2 的估计.............................................................. 3 2.1.2 一元线性回归方程的显著性检验.................................................... 3
数学建模方法分类
数学建模方法分类数据分析法：通过对量测数据的统计分析，找出与数据拟合最好的模型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。
2数学建模方法一层次分析法比较合适于具有分层交错评价指标的目标系统，而且目标值又难于定量描述的决策问题。
其用法是构造推断矩阵，求出其最大特征值。
及其所对应的特征向量W，归一化后，即为某一层次指标关于上一层次某相关指标的相对重要性权值。
层次分析法是将决策问题按总目标、各层子目标、评价准则直至具体的备投方案的顺序分解为不同的层次结构，然后得用求解推断矩阵特征向量的办法，求得每一层次的各元素对上一层次某元素的优先权重，最后再加权和的方法递归并各备择方案对总目标的最终权重，此最终权重最大者即为最优方案。
3数学建模方法二回归分析：对具有相关关系的现象，依据其关系形态，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;推断每个自变量对因变量的影响是否显著;推断回归模型是否合适这组数据;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;关于每一步都要进行值检验，以保证每次引入新的显著性变量前回归方程中只包涵对作用显著的变量;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。
数学建模方法和步骤
数学建模的主要步骤:第一、模型准备首先要了解问题的实际背景,明确建模目的,搜集必需的各种信息,尽量弄清对象的特征. 第二、模型假设根据对象的特征和建模目的,对问题进行必要的、合理的简化,用精确的语言作出假设,是建模至关重要的一步.如果对问题的所有因素一概考虑,无疑是一种有勇气但方法欠佳的行为,所以高超的建模者能充分发挥想象力、洞察力和判断力,善于辨别主次,而且为了使处理方法简单,应尽量使问题线性化、均匀化.第三、模型构成根据所作的假设分析对象的因果关系,利用对象的内在规律和适当的数学工具,构造各个量间的等式关系或其它数学结构.这时,我们便会进入一个广阔的应用数学天地,这里在高数、概率老人的膝下,有许多可爱的孩子们,他们是图论、排队论、线性规划、对策论等许多许多,真是泱泱大国,别有洞天.不过我们应当牢记,建立数学模型是为了让更多的人明了并能加以应用,因此工具愈简单愈有价值.第四、模型求解可以采用解方程、画图形、证明定理、逻辑运算、数值运算等各种传统的和近代的数学方法,特别是计算机技术.一道实际问题的解决往往需要纷繁的计算,许多时候还得将系统运行情况用计算机模拟出来,因此编程和熟悉数学软件包能力便举足轻重.第五、模型分析对模型解答进行数学上的分析."横看成岭侧成峰,远近高低各不?quot;,能否对模型结果作出细致精当的分析,决定了你的模型能否达到更高的档次.还要记住,不论那种情况都需进行误差分析,数据稳定性分析.数学建模采用的主要方法有：（一）、机理分析法：根据对客观事物特性的认识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：通过对量测数据的统计分析,找出与数据拟合最好的模型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.。
数学建模方法大汇总
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。
数学建模常用统计方法介绍
stepwise(x,y,inmodel,alpha) SPSS,SAS
统计方法（聚类分析）
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）
统计方法（逐步回归分析）
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，从大到小依次逐个引入回归 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
函 数 pdist squareform 功 能 计算观测量两两之间的距离 将距离矩阵从上三角形式转换为方形 形式，或从方形形式转换为上三角形 式 创建系统聚类树
linkage
dendrogram cophenet cluster clusterdata inconsistent
输出冰柱图 计算Cophenetic相关系数 根据linkage函数的输出创建分类 根据数据创建分类 计算聚类树的不连续系数
判别分析
判别分析是利用原有的分类信息，得到体 现这种分类的函数关系式（称之为判别 函数，一般是与分类相关的若干个指标 的线性关系式），然后利用该函数去判 断未知样品属于哪一类。 对于给定的数据，用classify函数进行线性 判别分析，用mahal函数计算马氏距离。
数学建模入门
数学建模入门数学建模是运用数学方法和技巧解决实际问题的过程，是一种既有理论又有实践的学科。
随着科技的不断发展，数学建模在工业、农业、医学、金融等各领域都发挥着重要作用。
本文将介绍数学建模的基本步骤和常用方法，帮助读者初步了解数学建模的入门知识。
一、数学建模的基本步骤1. 定义问题：数学建模的第一步是明确问题的定义，包括问题的背景、目标和限制条件。
只有准确定义问题，才能制定合理的建模方法。
2. 收集信息：在开始建模之前，需要收集相关的信息和数据。
这些信息可以从文献、实验、观测等渠道获取，有助于对问题的深入理解和分析。
3. 建立模型：建立模型是数学建模的核心步骤。
根据问题的特点和要求，选择合适的数学模型和方法，建立起描述问题的数学表达式。
4. 模型求解：利用数学工具和计算机软件，对所建立的模型进行求解。
通过数值计算、优化算法等方法，得到问题的解析结果或近似解。
5. 模型验证：对模型的结果进行验证和评估，检查模型的准确性和可行性。
如果模型与实际情况有出入，需要对模型进行修正和完善。
6. 结果分析：分析模型的结果，得出对问题的解释和结论。
根据结果进行决策，提出相应的对策和建议。
二、数学建模的常用方法1. 数理统计：数理统计是数学建模中常用的方法之一，用于分析和处理统计数据，探索数据的规律和趋势。
包括概率分布、假设检验、回归分析等技术。
2. 最优化方法：最优化方法用于求解最大化或最小化问题，寻找最优解。
常见的最优化算法包括线性规划、整数规划、动态规划等。
3. 微分方程模型：微分方程模型用于描述动态系统的行为和演化过程。
通过建立微分方程模型，可以预测系统的未来发展趋势。
4. 离散事件模型：离散事件模型用于描述存在离散事件和状态转换的系统。
通过离散事件模拟，可以模拟系统的运行过程，探索不同策略对系统性能的影响。
5. 图论与网络模型：图论与网络模型用于描述事物之间的关系和连接方式。
通过图论和网络模型，可以分析复杂系统的结构和性质。
数据拟合与回归分析
数据拟合与回归分析是现代统计学中两个重要的概念。
数据拟合是指通过观测数据点，找到一个数学模型来描述数据的分布规律。
而回归分析则是利用数学方法，通过对已有数据的分析，来预测未知数据点的取值。
在数据拟合中，常用的数学模型包括线性模型、非线性模型以及多项式模型等。
其中，线性模型是最简单也是最常用的模型之一。
线性模型的基本形式为y = ax + b，其中a和b是待定系数。
通过选择合适的a和b的值，我们可以使得模型尽可能地拟合已有的数据。
当然，这种模型的适用范围比较有限，只能处理一些简单的线性关系。
而对于非线性关系和复杂关系的数据拟合，我们就需要使用到非线性模型和多项式模型。
回归分析则是在数据拟合的基础上，利用已有数据的分析结果，来进行预测和推断。
回归分析有两个基本的概念，即自变量和因变量。
自变量是可以自由选择的变量，而因变量则是我们希望预测或推断的变量。
通过建立一个数学模型，我们可以通过已知的自变量的取值，来预测因变量的取值。
在进行回归分析时，需要注意一些基本的假设，包括线性关系假设、正态分布假设和等方差性假设等。
这些假设提供了分析的基础，并且对结果的准确性和可靠性有着重要的影响。
数据拟合与回归分析在很多领域都有着广泛的应用。
例如在经济学领域，我们可以通过回归分析来预测某个国家的经济增长率；在医学领域，我们可以通过数据拟合来找到某种疾病的发展规律；在市场调研领域，我们可以通过回归分析来预测某个产品的销售量。
然而，数据拟合和回归分析也存在一些问题和限制。
首先，数据的质量对拟合和回归分析的结果有着重要的影响，如果数据有误差或者缺失，可能会导致结果的不准确。
其次，数据拟合和回归分析只能通过已有数据来进行预测，对于未知的情况无法提供准确的结果。
最后，数据拟合和回归分析只是一种统计方法，结果可能会受到样本选择的偏差等因素的影响，因此在应用时需要慎重。
综上所述，数据拟合与回归分析是现代统计学中非常重要的概念。
通过数据拟合和回归分析，我们可以建立数学模型来描述已有数据的分布规律，并通过分析已有数据来进行预测和推断。
数学建模常用方法介绍
数学建模常用方法介绍数学建模是指利用数学方法对实际问题进行数学描述和分析的过程。
它是数学与实际问题相结合的一种科学研究方法。
在数学建模中，常用的方法有线性规划、非线性规划、动态规划、数值模拟、统计分析等。
下面将介绍这些常用的数学建模方法。
1.线性规划线性规划是一种优化问题的数学描述方法，可以用于求解最优化问题，例如最大化利润或最小化成本。
线性规划的基本思想是在一定的约束条件下，通过线性目标函数和线性约束条件，寻找最优解。
线性规划常用的算法有单纯形法、内点法等。
2.非线性规划非线性规划是一种在约束条件下求解非线性最优化问题的方法。
与线性规划不同，非线性规划中目标函数和/或约束条件是非线性的。
非线性规划的求解方法包括梯度下降法、牛顿法等。
3.动态规划动态规划是一种常用的求解最优化问题的方法，它可以用于求解具有重叠子问题结构的问题。
动态规划将原问题分解为一系列子问题，并通过保存子问题的解来避免重复计算，从而降低计算复杂度。
动态规划常用于求解最短路径问题、背包问题等。
4.数值模拟数值模拟是通过数值方法对实际问题进行计算机模拟和仿真的方法。
数值模拟在现代科学和工程中得到广泛应用。
数值模拟方法包括有限差分法、有限元法、蒙特卡洛方法等。
5.统计分析统计分析是通过数理统计方法对数据进行分析和推断的方法。
统计分析可以帮助我们了解数据的分布、关系和趋势，并做出科学的推断和预测。
统计分析方法包括假设检验、方差分析、回归分析等。
除了以上常用方法，还有一些其他常用的数学建模方法，例如图论、随机过程、优化算法等。
不同的问题需要选用不同的数学建模方法。
为了解决实际问题，数学建模需要结合实际背景和需求，在数学建模的过程中运用合适的数学方法，建立准确的模型，并通过数学分析和计算机辅助求解，得到符合实际情况的解答和结论。
数学建模的过程不仅仅是将数学工具应用于实际问题，更要注重问题的形式化、合理性和可行性。
在实际建模过程中，需要对问题进行适当的简化和假设，并考虑到模型的稳定性和可靠性。
数学建模——回归分析
体重/kg 48 57 50 54 64 61 43 59
求根据一名女大学生的身高预报她的体重的回归方程，并预报一名身高为 172cm的女大学生的体重。
解：1、选取身高为自变量x，体重为因变量y，作散点图：
由于解释变量和随机误差的总效应（总偏差平方和）为354，而随机误差的效应为 128.361，所以解析变量的效应为
354-128.361=225.639 这个值称为回归平方和。
解析变量和随机误差的总效应（总偏差平方和） =解析变量的效应（回归平方和）+随机误差的效应（残差平方和）
我们可以用相关指数R2来刻画回归的效果，其计算公式是
R2越接近1，表示回归的效果越好（因为R2越接近1，表示解释变量和预报变量的 线性相关性越强）。
如果某组数据可能采取几种不同回归方程进行回归分析，则可以通过比较R2的值 来做出选择，即选取R2较大的模型作为这组数据的模型。
总的来说：
相关指数R2是度量模型拟合效果的一种指标。
在线性模型中，它代表自变量刻画预报变量的能力。
虽然这种向中心回归的现象只是特定领域里的结论，并不具有普遍性，但从它 所描述的关于X为自变量，Y为不确定的因变量这种变量间的关系看，和我们现在的 回归含义是相同的。
不过，现代回归分析虽然沿用了“回归”一词，但内容已有很大变化，它是一种应用 于许多领域的广泛的分析研究方法，在经济理论研究和实证研究中也发挥着重要作用。
回归分析：研究一个随机变量Y对另一个(X)或一组(X1， X2，…，Xk)变量的相依关系的统计分析方法
回归分析（regression analysis)是确定两种或两种以上变数 间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法。运用十分广泛， 回归分析按照涉及的自变量的多少，可分为一元回归分析和 多元回归分析；按照自变量和因变量之间的关系类型，可分 为线性回归分析和非线性回归分析。如果在回归分析中，只 包括一个自变量和一个因变量，且二者的关系可用一条直线 近似表示，这种回归分析称为一元线性回归分析。如果回归 分析中包括两个或两个以上的自变量，且因变量和自变量之 间是线性关系，则称为多元线性回归分析。
数学建模知识点总结
数学建模知识点总结本文对数学建模的知识点进行总结，旨在帮助读者快速了解数学建模的核心概念和方法。
一、数学建模的基础知识1. 数学建模的定义：数学建模是通过数学方法解决实际问题的过程，包括问题的分析、建立数学模型、求解模型、结果的分析和验证等步骤。
2. 常用的数学模型：常见的数学模型包括线性模型、非线性模型、离散模型、连续模型等，不同类型的模型适用于不同的问题。
3. 数学建模的步骤：数学建模一般包括问题的形式化、模型的建立、模型的求解、模型的验证和结果的分析等步骤，每个步骤都需要仔细思考和合理选择方法。
二、数学建模的常用方法1. 数理统计方法：数理统计是数学建模中常用的方法之一，通过对问题数据的统计分析来获得问题的特征和规律，从而建立数学模型。
2. 最优化方法：最优化是数学建模中求解优化问题的常用方法，通过选择合适的优化目标函数和约束条件，求解出问题的最优解。
3. 微分方程方法：微分方程是数学建模中描述变化和关系的常用工具，通过建立微分方程模型，可以有效地描述问题的动态变化情况。
4. 图论方法：图论是数学建模中研究图结构和图算法的重要分支，通过构建问题的图模型，可以利用图论的方法解决相关问题。
5. 随机过程方法：随机过程是数学建模中研究随机事件发生的规律和模式的数学工具，通过建立随机过程模型，可以对问题进行概率分析和预测。
三、数学建模的案例应用1. 交通流量预测：通过建立交通流量模型，预测不同时间段和不同路段的交通流量，以便制定合理的交通管理策略。
2. 股票价格预测：通过建立股票价格模型，预测未来股票价格的变动趋势，为投资者提供参考和决策依据。
3. 环境污染控制：通过建立环境污染模型，分析污染源和传播规律，提出合理的环境保护措施和污染治理方案。
4. 生产优化调度：通过建立生产优化模型，分析生产过程中的瓶颈和制约因素，优化生产调度方案，提高生产效率。
5. 疾病传播模拟：通过建立疾病传播模型，分析疾病传播的潜在风险和影响因素，制定合理的防控措施。
数学建模常见方法
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。
数学建模模型常用的四大模型及对应算法原理总结
数学建模模型常用的四大模型及对应算法原理总结四大模型对应算法原理及案例使用教程：一、优化模型线性规划线性回归是利用数理统计中回归分析，来确定两种或两种以上变量间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法，在线性回归分析中，只包括一个自变量和一个因变量，且二者的关系可用一条直线近似表示，这种回归分析称为一元线性回归分析。
如果回归分析中包括两个或两个以上的自变量，且因变量和自变量之间是线性关系，则称为多元线性回归分析。
案例实操非线性规划如果目标函数或者约束条件中至少有一个是非线性函数时的最优化问题叫非线性规划问题，是求解目标函数或约束条件中有一个或几个非线性函数的最优化问题的方法。
建立非线性规划模型首先要选定适当的目标变量和决策变量，并建立起目标变量与决策变量之间的函数关系，即目标函数。
然后将各种限制条件加以抽象，得出决策变量应满足的一些等式或不等式，即约束条件。
整数规划整数规划分为两类：一类为纯整数规划，记为PIP，它要求问题中的全部变量都取整数；另一类是混合整数规划，记之为MIP，它的某些变量只能取整数，而其他变量则为连续变量。
整数规划的特殊情况是0-1规划，其变量只取0或者1。
多目标规划求解多目标规划的方法大体上有以下几种：一种是化多为少的方法，即把多目标化为比较容易求解的单目标，如主要目标法、线性加权法、理想点法等；另一种叫分层序列法，即把目标按其重要性给出一个序列，每次都在前一目标最优解集内求下一个目标最优解，直到求出共同的最优解。
目标规划目标规划是一种用来进行含有单目标和多目标的决策分析的数学规划方法，是线性规划的特殊类型。
目标规划的一般模型如下：设xj是目标规划的决策变量，共有m个约束条件是刚性约束，可能是等式约束，也可能是不等式约束。
设有l个柔性目标约束条件，其目标规划约束的偏差为d+, d-。
设有q个优先级别，分别为P1, P2, …, Pq。
在同一个优先级Pk中，有不同的权重，分别记为[插图], [插图]（j=1,2, …, l）。
数学建模的基本步骤
数学建模的基本步骤一、数学建模题目1）以社会，经济，管理，环境，自然现象等现代科学中出现的新问题为背景，一般都有一个比较确切的现实问题。
2）给出若干假设条件：1. 只有过程、规则等定性假设；2. 给出若干实测或统计数据；3. 给出若干参数或图形等。
根据问题要求给出问题的优化解决方案或预测结果等。
根据问题要求题目一般可分为优化问题、统计问题或者二者结合的统计优化问题，优化问题一般需要对问题进行优化求解找出最优或近似最优方案，统计问题一般具有大量的数据需要处理，寻找一个好的处理方法非常重要。
二、建模思路方法1、机理分析根据问题的要求、限制条件、规则假设建立规划模型，寻找合适的寻优算法进行求解或利用比例分析、代数方法、微分方程等分析方法从基本物理规律以及给出的资料数据来推导出变量之间函数关系。
2、数据分析法对大量的观测数据进行统计分析，寻求规律建立数学模型，采用的分析方法一般有：1）. 回归分析法(数理统计方法)-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。
2）. 时序分析法--处理的是动态的时间序列相关数据，又称为过程统计方法。
3）、多元统计分析（聚类分析、判别分析、因子分析、主成分分析、生存数据分析）。
3、计算机仿真（又称统计估计方法）：根据实际问题的要求由计算机产生随机变量对动态行为进行比较逼真的模仿，观察在某种规则限制下的仿真结果（如蒙特卡罗模拟）。
三、模型求解：模型建好了，模型的求解也是一个重要的方面，一个好的求解算法与一个合适的求解软件的选择至关重要，常用求解软件有matlab，mathematica，lingo，lindo，spss，sas等数学软件以及c/c++等编程工具。
Lingo、lindo一般用于优化问题的求解，spss，sas一般用于统计问题的求解，matlab，mathematica功能较为综合，分别擅长数值运算与符号运算。
常用算法有：数据拟合、参数估计、插值等数据处理算法,通常使用spss、sas、Matlab作为工具.线性规划、整数规划、多元规划、二次规划、动态规划等通常使用Lindo、Lingo,Matlab软件。
回归分析
准差
r剩
S剩 （n r 1）
r 为进入回归模型的变量个数。上述公式表示对于任一给定 的自变量(x1, x2, xm)，所对应因变量的实际值 y 以95%的概率落 在区间 ( yˆ 2r剩，yˆ 2r剩)，即预测值 yˆ 与实际值 y之差有95%的概
率，使得 y yˆ 2r剩， 所以r剩 越小其预测精度越高。
此外，在检验得知方程是显著之后，还需检验方程中哪些变量 x1, x2 , xm
是影响 y 的重要变量，哪些是不重要变量，进而剔除不重要的变量，简化
方程，得到优化回归方程，这就是所谓的对每个变量要进行显著性检验 （t检验）
n
总离差平方和 S总 ( yi y)2 ，自由度为 n 1，如果观测值给定，S总 i 1
i 1
化对 y 的波动，其自由度为 m 。
n
记 S剩 ( yi yˆi )2 称为剩余平方和（或残差平方和），它是由实验 i1
误差以及其他因素引起的。它反映了实验误差以及其他因素对实验结果的
影响程度，其自由度为n m1。
于是
S总 S回 S剩
当 S总确定时， S剩 越小， S回 越大，则 S回 就越接近 S总，于是用 S回 是否接
一组回归系数 b1 ,b2 , bm 值。 设 b1 ,b2 , bm 分别为 0, 1, , m 的最小二乘估计值，于是
有
yˆ b0 b1x1 b2x2 bmxm
其中 yˆ 是 y 的一个最小二乘估计。
下用最小二乘法求b1 ,b2 , bm
令
1 x11 x12 x1m
4、回归分析预测法的步骤
（1）．根据预测目标，确定自变量和因变量 明确预测的具体目标，也就确定了因变量。如预测具体
数学建模中涉及到的数理统计方法
数学建模中涉及到的数理统计方法我折腾了好久数学建模中涉及到的数理统计方法，总算找到点门道。
咱就先从最基础的均值、方差这些开始说吧。
以前我是真没觉得这玩意多重要，就觉得不就是求个平均数，算个波动大小嘛。
结果，在一个预测商品销售量随季节波动的建模里，就栽了跟头。
我一开始就只看销售量平均数，想着照着这个大概的数来预估后面的销量，可完全忽略了方差，也就是说没考虑到销售量在不同季节波动大得很呢。
那一次算出来的结果简直错得离谱，模型就跟实际情况一点都不搭。
像标准差这个概念，它其实就是方差开根号嘛。
为了理解这个，我还自己画了一堆小点点，假设这些点点就是数据。
那些离中间值老远的点点，就代表标准差比较大的数据。
就好比一群学生站成一排，大部分都挤在中间，有几个调皮鬼站得老远，这远的距离就像是标准差的值。
还有正态分布，这在数理统计里可太常见了。
我为了搞清楚正态分布怎么回事，做了好多小试验。
我拿小珠子往一个类似高尔顿板那样的东西里扔，看着珠子越来越多，形状还真就慢慢接近正态分布那个钟形的曲线。
这让我理解到，很多实际的数据都大致符合这种分布规律。
在做一些对总体进行估计之类的数学建模时，如果数据符合正态分布，那可就方便多了。
比如说估算一个地区人的身高，假设身高符合正态分布，那只要知道均值和标准差，就能大致对人群中不同身高范围的人数比例做出推测。
再说说抽样吧。
有时候我们建模要处理超级多的数据，不可能每个数据都拿来分析，那就得抽样。
我试过好多次抽样，简单随机抽样是最基本的吧。
但有时候，比如说要调查一个小区里居民对小区绿化改造的意见，如果就纯随机抽样，可能就抽到好多刚搬进来不太了解情况的人或者是只是租户不太关心的人。
这时候分层抽样就很有用了。
就像把小区的人按照常住居民和租户、住得久和刚住进来这些分层，然后再在每层里面抽样，这样得到的结果肯定能更准确反映小区居民的真实想法，这个办法在数学建模里要根据数据的特点合理使用才行。
中位数也是个很有用的东西，有一次我做关于城市交通拥堵时段车流量数据的建模，平均数被几个超大的峰值搞得完全不能反映实际情况，这个时候中位数就起大作用了。
数学建模方法
数学建模方法
在数学建模中，有许多方法可供选择，这些方法在不同的问题情境下展现出了各自的优势与适用性。
以下是数学建模中常用的几种方法：
1. 数理统计：数理统计是一种通过对收集到的数据进行分析和解释，来推断总体特征和规律的方法。
它可以帮助研究人员利用已有的数据来预测未来的趋势和结果。
2. 优化方法：优化方法用于寻找最佳的解决方案，以最大化或最小化某个目标函数。
这种方法被广泛应用于资源分配、生产计划、交通路径规划等问题的求解。
3. 动态系统建模：动态系统建模用于描述和模拟由一组变量和它们之间的关系构成的系统。
通过建立动态方程，可以预测系统随时间变化的行为，并对其进行控制和优化。
4. 图论与网络分析：图论与网络分析研究图形和网络的性质及其在实际问题中的应用。
它可以用来分析交通网络、社交网络等复杂系统，并提供优化解决方案。
5. 差分方程与微分方程模型：差分方程和微分方程模型是描述连续或离散系统行为的数学工具。
它们广泛应用于物理、工程、生物学等领域，用于分析和预测系统的发展和变化。
6. 概率论与随机过程：概率论与随机过程研究随机现象的数学模型和规律。
它可以帮助研究人员分析风险、评估不确定性，
以及设计和优化随机策略。
除了上述几种方法外，数学建模还可以结合其他学科的方法和技巧，如线性代数、图像处理、机器学习等，来解决复杂的实际问题。
研究人员需要根据问题的特性和需求，选择合适的方法进行建模和求解。
数学建模如何利用数学建模解决实际问题
数学建模如何利用数学建模解决实际问题数学建模是一门将数学方法应用于实际问题解决的学科，通过构建数学模型，利用数学工具和技巧来解决实际问题。
作为一种强大的问题求解方法，数学建模已被广泛应用于科学研究、工程设计、社会经济分析等领域。
本文将介绍数学建模的基本概念和常用方法，并通过实例讲解如何利用数学建模解决实际问题。
一、数学建模的基本概念数学建模是指将实际问题抽象为数学模型，并运用数学方法对模型进行分析和求解的过程。
数学模型是对实际问题的简化和抽象，它包括问题的描述、变量、参数、约束条件和目标函数等要素。
数学建模的关键是根据实际问题的特点选择合适的模型、变量和方法，并进行合理的假设和简化。
二、数学建模的常用方法1. 数理统计方法：数理统计是数学建模中常用的方法之一，它通过对数据进行收集、整理和分析，从中找出问题的规律和趋势，并对未知数据进行预测和推断。
常用的统计方法包括概率分布拟合、参数估计、假设检验和回归分析等。
2. 最优化方法：最优化方法是数学建模中求解最优问题的基本方法。
它通过建立数学模型，确定目标函数和约束条件，并利用数学工具和算法求解最优解。
常见的最优化方法包括线性规划、整数规划、非线性规划和动态规划等。
3. 微分方程方法：微分方程是描述自然界中许多变化规律的重要工具。
在数学建模中，通过建立适当的微分方程模型来描述问题的动态变化和发展趋势，并通过求解微分方程得到问题的解析解或数值解。
4. 离散事件模拟方法：离散事件模拟是一种通过模拟系统的运行过程来研究系统行为和性能的方法。
它将系统的运行过程离散化，并建立系统的状态转移模型，通过模拟系统运行的随机事件和控制策略，获得系统的运行结果和性能指标。
三、案例：交通拥堵问题的数学建模与求解以交通拥堵问题为例，介绍如何利用数学建模解决实际问题。
假设某城市的交通网络由若干条道路和若干个交叉路口组成，每条道路的容量和车辆流量都是有限的，车辆在道路上行驶时存在相互影响，会造成交通拥堵。
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11:17 AM
统计回归分析方法
用MATLAB处理，容易对数据进行一定的处理，能根据自己的想法 画图，比较直观，就是需要编一些程序。
用spss处理，操作简单，初学者能很快学会。但是难点在于对 结果的分析，很多参数值，都需要查阅相关的资料。
我的定义 统计回归模型：搜集数据得到想要的自变量和因变量， 然后进行分析得到它们之间的关系
11:17 AM
数学建模中统计回归的基本方法
数据之间的机理分析 通过分析自变量增加若干个解释变量建立回归模型。 增加交互项或二次项使模型更加具有可预测性。
11:17 AM
最小二乘法
最小二乘法（又称最小平方法）是一种数学 优化技术。它通过误差的平方和寻找数据的 最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地 求得未知的数据，并使得这些求得的数据与 实际数据之间误差的平方和为最小。
资历~ 从事专业工作的年数； 管理~ 1=管理人员，0=非管理人员； 教育~ 1=中学，2=大学，3=研究生
11:17 AM
要求
建立模型研究薪金与工作经验、管理 能力、教育程度的关系
实际 应用
分析人事策略的合理性，作为新聘用人员薪金的参考
11:17 AM
分析与假设 Y~薪金，x1 ~资历（年）
x2 = 1~ 管理人员，x2 = 0~ 非管理人员
11:17 AM
模型求解
参数 a0 a1 a2
a3
参数估计值 置信区间
11046
[1ห้องสมุดไป่ตู้258 11834]
546
[483 609]
6861
[ 6215 7506 ]
-3026
[ -3872 -2180 ]
a4
142
[ -655 939 ]
R2=0.955 F=218 p=0.000
结果分析 资历增加1年薪金增长546 管理人员薪金多6861 中学程度薪金比更高的少3026 大学程度薪金比更高的多142 a4置信区间包含零点，解释 不可靠!
11:17 AM
参数说明
若ai的置信区间包含零点，则解释不 可。
若残差r的置信区间不包含零点，此点 可视为异常点,可剔除后重新计算。
R2 是衡量y与x的相关程度的指标,称 为相关系数.R2越大,x与y 关系越密切. 通常R2大于0.9才认为相关关系成立.
F是统计指标,p是与F对应的概率,当 p<0.05时,回归模型成立.
-1000 -2000
0
5
10
15
20
e与管理—教育组合的关系
2000
残差大概分成3个水平，没有均匀的分布 在0的两侧。
1000 0
-1000
-2000
1
2
3
4
5
6
应在模型中增加管理x2与教育 x3, x4的交互项
残差全为正，或全为负，管 理—教育组合处理不当
11:17 AM
进一步的模型 增加管理x2与教育x3, x4的交互项
11:17 AM
Thanks
11:17 AM
11:17 AM
回归模型示例
公司人员工资问题
11:17 AM
公司人员薪金发放
46名公司职员的档案资料
编 薪金 资 管 教 编 薪金 资 管 教
号
历理育 号
历理育
01 13876 1 1 1 42 27837 16 1 2 02 11608 1 0 3 43 18838 16 0 2 03 18701 1 1 3 44 17483 16 0 1 04 11283 1 0 2 45 19207 17 0 2 46 19346 20 0 1
身高与腿长存在什么关系呢？
165
160
155
150
145
140
85
90
95
100
11:17 AM
统计回归模型
统计回归模型（regression model）：对统计关系 进行定量描述的一种数学模型。用来进行回归分析的数 学模型（含相关假设）称为回归模型，只含有一个回归 变量的回归模型称为一元回归模型，否则称为多元回归 模型。
y~被解释变量（因变量） x1, x2 , x3 , x4~解释变量(回归变量, 自变量)
0, 1 , 2 , 3 ~回归系数 ~随机误差（均值为零的正态分布随机变量）
11:17 AM
方法一：运用MATLAB求解系数
y a0 a1x1 a2 x2 a3x3 a4x4 由数据y，x估算a
200 100
0 -100 -200
0
200 100
0 -100 -200
1
e ~ x1
5
10
15
20
e ~组合
2
3
4
5
6
R2： 0.957 0.999 0.9998 F： 226 554 36701
残差图十分正常
置信区间长度更短，更有可信 度
最终模型的结果可以应用
11:17 AM
模型应用 yˆ aˆ0 aˆ1x1 aˆ2x2 aˆ3x3 aˆ4x4 aˆ5x2 x3 aˆ6x2x4
11:17 AM
对于系数之间的相关性， 我们一般都看sig值： 当|r|>0.8，视为高度相关 当0.5<|r|<0.8时，视为中度相关 当0.3<|r|<0.5时，视为低度相关 当r|<0.3时，表明两个变量相关 程度 极弱，在实际运用中视为不相关
11:17 AM
练习 某种水泥在凝固时放出的热量（单位：cal/g）与水泥中下列 4种化学成分y有关，测试数据见下表
原理：使各个离差的平方和最小
即min（
n
^2
(y- y)
）
1
11:17 AM
回归分析的主要步骤
收集一组包含因变量和自变量的数据； 选定因变量与自变量之间的模型，利用
数据按照最小二乘准则计算模型中的系 数； 利用统计分析方法对不同的模型进行比 较，找出与数据拟合的最好的模型； 判断得到的模型是否适合于这组数据， 诊断有无不适合回归模型的异常数据； 利用模型对因变量作出预测或解释。
a5
-3155
[-3472 -2839]
a6
1831
[1553 2109]
R2=0.9987 F=5016 p=0.000
R2,F有改进，所有回归系数置信
区间都不含零点。
11:17 AM
0
-500 e ~ x1
-1000 0
5
10
15
20
500
0
-500 e ~组合
-1000
1
2
3
4
5
6
剔除第33行异常数据
10844
4
1
2
a0+a2+a4+a6
19882
5
0
3
a0
11200
6
1
3
a0+a2
18241
大学程度管理人员比更高程度管理人员的薪金高
大学程度非管理人员比更高程度非管理人员的薪金略低
11:17 AM
方法二：用spss解决问题
Spss处理数据优点 SPSS 易于操作、结果易于阅读，这样我们同学就可以将精力集中在问 题研究方法，而不是忙于编程和统计。一般稍有统计基础的人经过几天的 培训即可用SPSS 做简单的数据分析，包括绘制图表、简单回归、相关分 析等等。
去掉异常数据后的结果
参数 参数估计值
置信区间
a0
11200
[11139 11261]
a1
498
[494 503]
a2
7041
[6962 7120]
a3
-1737
[-1818 -1656]
a4
-356
[-431 –281]
a5
-3056
[-3171 –2942]
a6
1997
[1894 2100]
R2= 0.9998 F=36701 p=0.0000
教 育
1=中学 2=大学
1, 中学
x3
0,
其它
3=更高
1, 大学 x4 0, 其它
中学：x3=1, x4=0 ； 大学：x3=0, x4=1； 更高：x3=0, x4=0
假设:资历每加一年薪金的增长是常数；管理、教育、资 历之间无交互作用 。
11:17 AM
线性回归模型 y a0 a1x1 a2 x2 a3x3 a4 x4
制订6种管理—教育组合人员的“基础”薪金(资历为0）
x1= 0； x2 = 1~ 管理，x2 = 0~ 非管理
中学：x3=1, x4=0 ；大学：x3=0, x4=1； 更高：x3=0, x4=0
组合 管理 教育
系数
“基础”薪金
1
0
1
a0+a3
9463
2
1
1
a0+a2+a3+a5
13448
3
0
2
a0+a4
y a0 a1x1 a2 x2 a3x3 a4 x4 a5x2 x3 a6 x2 x4
参数 参数估计值 置信区间
500
a0
11207
[11039 11375]
a1
496
[484 507]
a2
7054
[6836 7271]
a3
-1718
[-1941 -1494]
a4
-342
[-549 –135]
11:17 AM
第 导入数据 一 步