『壹』 怎麼建立數學模型
—般說來建立數學模型的方法大體上可分為兩大類、一類是機理分析方法,一類是測試分析方法.機理分析是根據對現實對象特性的認識、分析其因果關系,找出反映內部機理的規律,建立的模型常有明確的物理或現實意義.
下面給出建模的—般步驟:
模型准備 首先要了解問題的實際背景,明確建模的目的搜集建模必需的各種信息如現象、數據等,盡量弄清對象的特徵,由此初步確定用哪一類模型,總之是做好建模的准備工作.情況明才能方法對,這一步一定不能忽視,碰到問題要虛心向從事實際工作的同志請教,盡量掌握第一手資料.
模型假設 根據對象的特徵和建模的目的,對問題進行必要的、合理的簡化,用精確的語言做出假設,可以說是建模的關鍵一步.一般地說,一個實際問題不經過簡化假設就很難翻譯成數學問題,即使可能,也很難求解.不同的簡化假設會得到不同的模型.假設作得不合理或過份簡單,會導致模型失敗或部分失敗,於是應該修改和補充假設;假設作得過分詳細,試圖把復雜對象的各方面因素都考慮進去,可能使你很難甚至無法繼續下一步的工作.通常,作假設的依據,一是出於對問題內在規律的認識,二是來自對數據或現象的分析,也可以是二者的綜合.作假設時既要運用與問題相關的物理、化學、生物、經濟等方面的知識,又要充分發揮想像力、洞察力和判斷力,善於辨別問題的主次,果斷地抓住主要因素,舍棄次要因素,盡量將問題線性化、均勻化.經驗在這里也常起重要作用.寫出假設時,語言要精確,就象做習題時寫出已知條件那樣.
模型構成 根據所作的假設分析對象的因果關系,利用對象的內在規律和適當的數學工具,構造各個量(常量和變數)之間的等式(或不等式)關系或其他數學結構.這里除需要一些相關學科的專門知識外,還常常需要較廣闊的應用數學方面的知識,以開拓思路.當然不能要求對數學學科門門精通,而是要知道這些學科能解決哪一類問題以及大體上怎樣解決.相似類比法,即根據不同對象的某些相似性,借用已知領域的數學模型,也是構造模型的一種方法.建模時還應遵循的一個原則是,盡量採用簡單的數學工具,因為你建立的模型總是希望能有更多的人了解和使用,而不是只供少數專家欣賞.
模型求解 可以採用解方程、畫圖形、證明定理、邏輯運算、數值計算等各種傳統的和近代的數學方法,特別是計算機技術.
模型分析 對模型解答進行數學上的分析,有時要根據問題的性質分析變數間的依賴關系或穩定狀況,有時是根據所得結果給出數學上的預報,有時則可能要給出數學上的最優決策或控制,不論哪種情況還常常需要進行誤差分析、模型對數據的穩定性或靈敏性分析等.
模型檢驗 把數學上分析的結果翻譯回到實際問題,並用實際的現象、數據與之比較,檢驗模型的合理性和適用性.這一步對於建模的成敗是非常重要的,要以嚴肅認真的態度來對待.當然,有些模型如核戰爭模型就不可能要求接受實際的檢驗了.模型檢驗的結果如果不符合或者部分不符合實際,問題通常出在模型假設上,應該修改、補充假設,重新建模.有些模型要經過幾次反復,不斷完善,直到檢驗結果獲得某種程度上的滿意.
模型應用 應用的方式自然取決於問題的性質和建模的目的,這方面的內容不是本書討論的范圍。
應當指出,並不是所有建模過程都要經過這些步驟,有時各步驟之間的界限也不那麼分明.建模時不應拘泥於形式上的按部就班,本書的建模實例就採取了靈活的表述方式.
『貳』 數學建模的七個步驟
數學建模(mathematical modeling)就是通過建立數學模型來解決各種實際問題的方法。數學建模沒有固定的格式和標准,也沒有明確的方法,通常有6個步驟:
明確問題
合理假設
搭建模型
求解模型
分析檢驗
模型解釋
1、明確問題
數學建模所處理的問題通常是各領域的實際問題,這些問題本身往往含糊不清,難以直接找到關鍵所在,不能明確提出該用什麼方法。因此建立模型的首要任務是辨明問題,分析相關條件和問題,一開始盡可能使問題簡單,然後再根據目的和要求逐步完善。
2、合理假設
作出合理假設,是建模的一個關鍵步驟。一個實際問題不經簡化、假設,很難直接翻譯成數學問題,即使可能也會因其過於復雜而難以求解。因此,根據對象的特徵和建模的目的,需要對問題進行必要合理地簡化。
合理假設的作用除了簡化問題,還對模型的使用范圍加以限定。
作假設的依據通常是出於對問題內在規律的認識,或來自對數據或現象的分析,也可以是兩者的綜合。作假設時,既要運用與問題相關的物理、化學、生物、經濟、機械等專業方面的知識,也要充分發揮想像力、洞察力和判斷力,辨別問題的主次,盡量使問題簡化。
為保證所作假設的合理性,在有數據的情況下應對所作的假設及假設的推論進行檢驗,同時注意存在的隱含假設。
3、搭建模型
搭建模型就是根據實際問題的基本原理或規律,建立變數之間的關系。
要描述一個變數隨另一個變數的變化而變化,最簡單的方法是作圖,或者畫表格,還可以用數學表達式。在建模中,通常要把一種形式轉換成另一種形式。將數學表達式轉換成圖形和表格較容易,反過來則比較困難。
用一些簡單典型函數的組合可以組成各種函數形式。使用函數解決具體的實際問題,還比須給出各參數的值,尋求這些參數的現實解釋,往往可以抓住問題的一些本質特徵。
4、求解模型
對模型的求解往往涉及不同學科的專業知識。現代計算機科學的發展提供了強有力的輔助工具,出現了很多可進行工程數值計算和數學推導的軟體包和模擬工具,熟練掌握數學建模的模擬工具可大大增強建模能力。
不同數學模型的求解難易不同,一般情況下很多實際問題不能求出解析解,因此需要藉助計算機用數值的方法來求解,在編寫代碼之前要明確演算法和計算步驟,弄清初始值、步長等因素對結果的影響。
5、分析檢驗
在求出模型的解後,必須對模型和「解」進行分析,模型和解的適用范圍如何,模型的穩定性和可靠性如何,是否到達建模目的,是否解決了問題?
數學模型相對於客觀實際不可避免地會帶來一定誤差,一方面要根據建模的目的確定誤差的允許范圍,另一方面要分析誤差來源,想辦法減小誤差。
一般誤差有以下幾個來源,需要小心分析檢驗:
模型假設的誤差:一般來說模型難以完全反映客觀實際,因此需要做不同的假設,在對模型進行分析時,需要對這些假設小心檢驗,分析比較不同假設對結果的影響。
求近似解方法的誤差:一般來說很難得到模型的解析解,在採用數值方法求解時,數值計算方法本身也會有誤差。這類誤差許多是可以控制的。
計算工具的舍入誤差:在用計算器或計算機進行數值計算時,都不可避免由於機器字長有限而產生舍入誤差,如果進行了大量運算,這些誤差的積累是不可忽視的。
數據的測量誤差:在用感測器、調查問卷等方法獲得數據時,應注意數據本身的誤差。
6、模型解釋
數學建模的最後階段是用現實世界的語言對模型進行翻譯,這對使用模型的人深入了解模型的結果是十分重要的。模型和解是否有實際意義,是否與實際證據相符合。這一步是使數學模型有實際價值的關鍵一步。
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數學建模常用的
『叄』 數學模型的建立
在建立氮在土壤中運移轉化的數學模型時,考慮到在眾多不同形態氮中,只有
一、土壤水分運動模型
模型中考慮根系吸水,上邊界條件為二類邊界,土壤水分運動的數學模型如下:
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
θ=θi(z) t=0,z > 0
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
θ=θa t > 0,z=4
式中:θ為土壤水體積含水率(cm3/cm3);t為時間變數(d);z為垂向空間坐標(cm,向下為正);Dw(θ)為非飽和土壤水分擴散度(cm2/d);K(θ)為非飽和土壤導水率(cm/d);Sw(t,z)為根系吸水強度[單位時間內作物根系從單位體積土體中的吸水體積(1/d)];θi(z)為初始土壤剖面含水率分布函數;R(t)為二類邊界上灌溉或降雨強度(cm/d);Es(t)為二類邊界上蒸發強度(cm/d)。
二、
模型中考慮吸附、礦化、氨化、硝化和根吸。
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
φ1=ρk1(z)CN(z)(θ)-kv(z)θC1-k2〔θC1+ρkD(z)C1〕-k4SwC1
C1=C1i(z) t=0,z > 0
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
C1=C1a t > 0,z=4
式中:C1為土壤溶液中
三、
考慮硝化、反硝化和根系吸收,其中反硝化作用也採用一級動力學方程描述:
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
φ2=k2〔θC1+ρkD(z)C1〕-k3θC2-k4Sw(t,z)C2
C2=C2i(z) t=0,z > 0
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
C2=C2a t > 0,z=4
式中:C2為土壤溶液
『肆』 數學建模的步驟
數學建模的主要步驟:
第一、 模型准備
首先要了解問題的實際背景,明確建模目的,搜集必需的各種信息,盡量弄清對象的特徵。
第二、 模型假設
根據對象的特徵和建模目的,對問題進行必要的、合理的簡化,用精確的語言作出假設,是建
模至關重要的一步。如果對問題的所有因素一概考慮,無疑是一種有勇氣但方法欠佳的行為,所以
高超的建模者能充分發揮想像力、洞察力和判斷力,善於辨別主次,而且為了使處理方法簡單,應
盡量使問題線性化、均勻化。
第三、 模型構成
根據所作的假設分析對象的因果關系,利用對象的內在規律和適當的數學工具,構造各個量間
的等式關系或其它數學結構。這時,我們便會進入一個廣闊的應用數學天地,這里在高數、概率老
人的膝下,有許多可愛的孩子們,他們是圖論、排隊論、線性規劃、對策論等許多許多,真是泱泱
大國,別有洞天。不過我們應當牢記,建立數學模型是為了讓更多的人明了並能加以應用,因此工
具愈簡單愈有價值。
第四、模型求解
可以採用解方程、畫圖形、證明定理、邏輯運算、數值運算等各種傳統的和近代的數學方法,
特別是計算機技術。一道實際問題的解決往往需要紛繁的計算,許多時候還得將系統運行情況用計
算機模擬出來,因此編程和熟悉數學軟體包能力便舉足輕重。
第五、模型分析
對模型解答進行數學上的分析。"橫看成嶺側成峰,遠近高低各不?quot;,能否對模型結果作
出細致精當的分析,決定了你的模型能否達到更高的檔次。還要記住,不論那種情況都需進行誤差
分析,數據穩定性分析。
數學建模採用的主要方法有:
(一)、機理分析法:根據對客觀事物特性的認識從基本物理定律以及系統的結構數據來推導出模
型。
1、比例分析法:建立變數之間函數關系的最基本最常用的方法。
2、代數方法:求解離散問題(離散的數據、符號、圖形)的主要方法。
3、邏輯方法:是數學理論研究的重要方法,對社會學和經濟學等領域的實際問題,在決策,對策
等學科中得到廣泛應用。
4、常微分方程:解決兩個變數之間的變化規律,關鍵是建立「瞬時變化率」的表達式。
5、偏微分方程:解決因變數與兩個以上自變數之間的變化規律。
(二)、數據分析法:通過對量測數據的統計分析,找出與數據擬合最好的模型
1、回歸分析法:用於對函數f(x)的一組觀測值(xi,fi)i=1,2,…,n,確定函數的表達式,由
於處理的是靜態的獨立數據,故稱為數理統計方法。
2、時序分析法:處理的是動態的相關數據,又稱為過程統計方法。
3、回歸分析法:用於對函數f(x)的一組觀測值(xi,fi)i=1,2,…,n,確定函數的表達式,由
於處理的是靜態的獨立數據,故稱為數理統計方法。
4、時序分析法:處理的是動態的相關數據,又稱為過程統計方法。
(三)、模擬和其他方法
1、計算機模擬(模擬):實質上是統計估計方法,等效於抽樣試驗。①離散系統模擬,有一組狀
態變數。②連續系統模擬,有解析表達式或系統結構圖。
2、因子試驗法:在系統上作局部試驗,再根據試驗結果進行不斷分析修改,求得所需的模型結構
。
3、人工現實法:基於對系統過去行為的了解和對未來希望達到的目標,並考慮到系統有關因素的
可能變化,人為地組成一個系統。
希望能解決您的問題。
『伍』 數學建模怎麼做啊
數學建模就是用數學語言描述實際現象的過程。這里的實際現象既包涵具體的自然現象比如自由落體現象,也包涵抽象的現象比如顧客對某種商品所取的價值傾向。這里的描述不但包括外在形態,內在機制的描述,也包括預測,試驗和解釋實際現象等內容。
我們也可以這樣直觀地理解這個概念:數學建模是一個讓純粹數學家(指只懂數學不懂數學在實際中的應用的數學家)變成物理學家,生物學家,經濟學家甚至心理學家等等的過程。
數學模型一般是實際事物的一種數學簡化。它常常是以某種意義上接近實際事物的抽象形式存在的,但它和真實的事物有著本質的區別。要描述一個實際現象可以有很多種方式,比如錄音,錄像,比喻,傳言等等。為了使描述更具科學性,邏輯性,客觀性和可重復性,人們採用一種普遍認為比較嚴格的語言來描述各種現象,這種語言就是數學。使用數學語言描述的事物就稱為數學模型。有時候我們需要做一些實驗,但這些實驗往往用抽象出來了的數學模型作為實際物體的代替而進行相應的實驗,實驗本身也是實際操作的一種理論替代。
數學是研究現實世界數量關系和空間形式的科學,在它產生和發展的歷史長河中,一直是和各種各樣的應用問題緊密相關的。數學的特點不僅在於概念的抽象性、邏輯的嚴密性,結論的明確性和體系的完整性,而且在於它應用的廣泛性,進入20世紀以來,隨著科學技術的迅速發展和計算機的日益普及,人們對各種問題的要求越來越精確,使得數學的應用越來越廣泛和深入,特別是在即將進入21世紀的知識經濟時代,數學科學的地位會發生巨大的變化,它正在從國或經濟和科技的後備走到了前沿。經濟發展的全球化、計算機的迅猛發展,數學理倫與方法的不斷擴充使得數學已經成為當代高科技的一個重要組成部分和思想庫,數學已經成為一種能夠普遍實施的技術。培養學生應用數學的意識和能力已經成為數學教學的一個重要方面。
應用數學去解決各類實際問題時,建立數學模型是十分關鍵的一步,同時也是十分困難的一步。建立教學模型的過程,是把錯綜復雜的實際問題簡化、抽象為合理的數學結構的過程。要通過調查、收集數據資料,觀察和研究實際對象的固有特徵和內在規律,抓住問題的主要矛盾,建立起反映實際問題的數量關系,然後利用數學的理論和方法去分折和解決問題。這就需要深厚扎實的數學基礎,敏銳的洞察力和想像力,對實際問題的濃厚興趣和廣博的知識面。數學建模是聯系數學與實際問題的橋梁,是數學在各個領械廣泛應用的媒介,是數學科學技術轉化的主要途徑,數學建模在科學技術發展中的重要作用越來越受到數學界和工程界的普遍重視,它已成為現代科技工作者必備的重要能力之。
『陸』 數學建模怎麼入門
數學建模入門方式如下:
①先看看書,最好一本國內的,一本國外的,數學建模書--推薦(數學建模(原書第4版)作者:(美)Brooks R. Cole William P.Fox Steven B. Horton Maurice D.Weir 葉其孝 姜啟源 譯),姜啟源,編的那本可以)。--學習相關的軟體和數學方法(MATLAB、Lingo、SAS等)--看些歷年的題--做一些老題。
②如果參加數學建模競賽,一定要分工明確,安排好各個環節大家的工作,而且要有領頭的人,很多問題難以確定時,需要有人拍板的。
③參加國內賽,論文和解題的思路還是要比較嚴謹一些的好,解題的各個環節基本都要有,要比較完整才能得高分;美國賽就要盡情的放開思路,把奇思妙想都放進去,一些想法建立的模型復雜難解也沒有關系,可以提出解題思路即可。全網招募小白免費學習,測試一下你是否有資格。
想要了解關於數學建模方面的更多內容,可以了解一下廣州中教在線教育科技有限公司(以下簡稱:中教在線)。成立於2010年2月,是國內從事互聯網技能教商培訓機構,生打3D建模、原畫繪制、影視後期及設計類在線學習課程,為零基礎入門學員提十全面立體的系統學習成長解決方案,致力於國內線上教育電業已有多年。
『柒』 數學建模怎麼做啊
數學建模就是通過計算得到的結果來解釋實際問題,並接受實際的檢驗,來建立數學模型的全過程。當需要從定量的角度分析和研究一個實際問題時,人們就要在深入調查研究、了解對象信息、作出簡化假設、分析內在規律等工作的基礎上,用數學的符號和語言作表述來建立數學模型。
模型准備
了解問題的實際背景,明確其實際意義,掌握對象的各種信息。以數學思想來包容問題的精髓,數學思路貫穿問題的全過程,進而用數學語言來描述問題。要求符合數學理論,符合數學習慣,清晰准確。
模型假設
根據實際對象的特徵和建模的目的,對問題進行必要的簡化,並用精確的語言提出一些恰當的假設。
模型建立
在假設的基礎上,利用適當的數學工具來刻劃各變數常量之間的數學關系,建立相應的數學結構(盡量用簡單的數學工具)。
模型求解
利用獲取的數據資料,對模型的所有參數做出計算(或近似計算)。
模型分析
對所要建立模型的思路進行闡述,對所得的結果進行數學上的分析。
模型檢驗
將模型分析結果與實際情形進行比較,以此來驗證模型的准確性、合理性和適用性。如果模型與實際較吻合,則要對計算結果給出其實際含義,並進行解釋。如果模型與實際吻合較差,則應該修改假設,再次重復建模過程。
『捌』 數學建模怎麼回事,要怎麼做
當需要從定量的角度分析和研究一個實際問題時,人們就要在深入調查研究、了解對象信息、作出簡化假設、分析內在規律等工作的基礎上,用數學的符號和語言,把它表述為數學式子,也就是數學模型,然後用通過計算得到的模型結果來解釋實際問題,並接受實際的檢驗。這個建立數學模型的全過程就稱為數學建模。。。
按照本人參賽經歷,覺得數學建模是個好東西,很值得你去參加。。對於個人的提高,自主創新能力很有提高。。。一般來說,是三個人一個小組,男女混合是最好的。。其中三人,一人熟悉軟體的使用,一人文筆功底較強大,一人最好是綜合型的人才。。。這東西,數學不一定要好。。。希望你滿意。。。
『玖』 數學建模怎麼做
這個問題比較大,概括來說,數學建模一般要先從實際問題中抽出一個基本數學模型,然後運用數學軟體去求解。常用的軟體有Matlab、Lingo、Spss三個,第一個一般用來做基本運算,第二個用來解決優化模型的題目,第三個則適用於大數據量的數據統計。至於基本模型,太多了,建議你去看看姜啟源的《數學模型》,或者去找些韓中庚的教材也好。
『拾』 建立數學模型的方法和步驟
第一、 模型准備 首先要了解問題的實際背景,明確建模目的,搜集必需的各種信息,盡量弄清對象的特徵。 第二、 模型假設 根據對象的特徵和建模目的,對問題進行必要的、合理的簡化,用精確的語言作出假設,是建模至關重要的一步。如果對問題的所有因素一概考慮,無疑是一種有勇氣但方法欠佳的行為,所以高超的建模者能充分發揮想像力、洞察力和判斷力,善於辨別主次,而且為了使處理方法簡單,應盡量使問題線性化、均勻化。 第三、 模型構成 根據所作的假設分析對象的因果關系,利用對象的內在規律和適當的數學工具,構造各個量間的等式關系或其它數學結構。這時,我們便會進入一個廣闊的應用數學天地,這里在高數、概率老人的膝下,有許多可愛的孩子們,他們是圖論、排隊論、線性規劃、對策論等許多許多,真是泱泱大國,別有洞天。不過我們應當牢記,建立數學模型是為了讓更多的人明了並能加以應用,因此工具愈簡單愈有價值。 第四、模型求解 可以採用解方程、畫圖形、證明定理、邏輯運算、數值運算等各種傳統的和近代的數學方法,特別是計算機技術。一道實際問題的解決往往需要紛繁的計算,許多時候還得將系統運行情況用計算機模擬出來,因此編程和熟悉數學軟體包能力便舉足輕重。 第五、模型分析 對模型解答進行數學上的分析。"橫看成嶺側成峰,遠近高低各不"。能否對模型結果作出細致精當的分析,決定了你的模型能否達到更高的檔次。還要記住,不論那種情況都需進行誤差分析,數據穩定性分析。