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“数学建模”到底是什么

数苗铺子 2021-08-01
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“数学建模"到底是什么

  如果你是一名理工科的学生,那么你一定对“数学建模”这个名词有所闻。如今数学建模已经被广泛引用到各个领域,对于我们的生产生活有着极大的帮助。下面我们就来一起学习一下什么是数学建模。

简介

  数学建模 (Mathematical Modeling),就是根据实际问题来建立数学模型,对数学模型来进行求解,然后根据结果去解决实际问题。

  当需要从定量的角度分析和研究一个实际问题时,人们就要在深入调查研究、了解对象信息、作出简化假设、分析内在规律等工作的基础上,用数学的符号和语言作表述来建立数学模型

  所谓数学模型 (Mathematical Model)是一种模拟,是用数学符号、数学式子、程序、图形等对实际课题本质属性的抽象而又简洁的刻画,它或能解释某些客观现象,或能预测未来的发展规律,或能为控制某一现象的发展提供某种意义下的最优策略或较好策略。

数学建模的步骤

  数学模型的建立一般需要一下几个步骤:

数学建模的应用

  下面我们通过一个简单的例子来了解一下数学建模的应用

包饺子问题

  假如你家用1kg面和1kg馅包100个饺子。某次馅做多了而面没有变,为了把馅完全包完,问应该让每个饺子小一些,多包几个,还是每个饺子大一些,少包几个?

问题分析:把包饺子用的馅和面皮与数学概念联系起来,那就是物体的体积和表面积。用 VS 分别表示大饺子馅的体积和面皮的面积, vs 分别表示小饺子馅的体积和面皮面积,如果一个大饺子的面皮可以做成 n 个小饺子的面皮,那么我们需要比较的是, Vnv 哪个大?

模型假设:假定所用面皮一样厚,且每个饺子的一样,那么大饺子和小饺子面皮满足

      S=ns     (1)


模型建立:能够把体积和表面积联系起来的是半径。虽然对于球体的体积和表面积才存在着我们实习的数量关系,但是对于一般形状的饺子,仍可以引入所谓的“特征半径” Rr 使得

           V=k1R 3,   S=k2R 2    (2)
          v=k1r 3, s=k2r 2         (3)


成立。注意:在所有饺子形状一样的条件下,(2)和(3)中的比例系数 k1 相同,k2 也相同。

  在(2)和(3)中消去 Rr,得

      V=kS , v=ks     (4)


  其中 kk1k2 决定,并且两个k相同。现在只需在(1)和(4)的三个式子中消去 Ss 就得到

       V=n v=(nv)     (5)
(5)式就是包饺子问题的数学模型,说明大饺子比小饺子包的馅多。


经典的数学模型

①蒙特卡洛算法

②数据拟合、参数估计、差值等数据处理算法

③线性规划、整数规划、多元规划、二次规划等规划问题

④图论算法

⑤动态规划、回溯搜索、分支定界等计算机算法

  数学建模的思想可以帮助我们解决生活中的许多问题,也是许多工作岗位所要求的技能,值得我们的深入学习。

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