lesson1（数学模型与大学生数学模型简介）.ppt

一、课程名称： 数学建模及计算机模拟 二、原名称： 数学模型 三、授课老师： 刘迎湖 email: liulakescau.edu.cn,教材,1、数学模型（第三版） 姜启源 谢金星 叶俊 编 高等教育出版社 价格：31.6元 2、数学实验 张国权 主编 科学出版社 价格：16元 3、软件使用：matlab 6.x,课程形式设计,1、授课 2、课后小组讨论：35人一组 3、各位同学堂上讲授（510分钟） 4、上机实验,考试与成绩,1、平时作业（10%） 2、个人报告（30%） 要求： （1）将内容作成powerpoint，并上讲台演讲 （2）每组同学不记名给本组同学打分，主 要指对本组同学的参与程度、解决问 题的能力等进行评价。 3、实验报告（20%） 4、期末考试（40%） 5、加分：成为建模竞赛队员 （8分）,关于作业,1、按要求用word编辑，程序附在文档中 2、文档文件名要求如下： 中文姓名（作业编号） 示例：刘迎湖完成作业编号为h01-01后， 文件名取为：刘迎湖(h01-01) 3、将作业发送至如下地址： liulakescau.edu.cn 4、所有作业必须在17周前递交,关于程序要求,1、所有程序用matlab 6.x编写 2、在运行窗口显示所求结果，并显示 结果意义。,学习目的,(1) 体会数学的应用价值，培养数学的应用 意识； (2) 增强数学学习兴趣，学会团结合作，提 高分析和解决问题的能力； （3）知道数学知识的发生过程，培养数学创 造能力,数学建模竞赛 什么是数学建模竞赛,数学竞赛给人的印象是高深莫测的数学难题，和一个人、一支笔、一张纸，关在屋子里的冥思苦想，它训练严密的逻辑推理和准确的计算能力，而数学建模竞赛从内容到形式与此都有明显的不同。 数学建模竞赛的题目由日常生活、工程技术和管理科学中的实际问题简化加工而成，大家可以从这个网页上陆续看到历年的赛题，它们对数学知识要求不深，一般没有事先设定的标准答案，但留有充分余地供参赛者发挥其聪明才智和创造精神。,数学建模竞赛 数学建模竞赛的形式,数学建模竞赛以通讯形式进行，三名大学生组成一队，可以自由地收集资料、调查研究，使用计算机和任何软件，甚至上网查询，但不得与队外任何人讨论。在三天时间内，完成一篇包括模型的假设、建立和求解，计算方法的设计和计算机实现，结果的分析和检验，模型的改进等方面的论文。竞赛评奖以假设的合理性、建模的创造性、结果的正确性和文字表述的清晰程度为主要标准。 可以看出，这项竞赛与学生毕业以后工作时的条件非常相近，是对学生业务、能力和素质的全面培养，特别是开放性思维和创新意识。,数学建模竞赛 怎样参加数学建模竞赛,竞赛是由教育部高教司和中国工业与应用数学学会共同主办的，每年9月下旬举行，今年是9月26日至28日。竞赛面向全国大专院校的学生，不分专业。今年的报名通知已经发往各有关院校（在这个网页上可以查到），同学可以向本校教务部门咨询，如有必要也可直接与全国竞赛组委会或各省（市、自治区）赛区组委会联系。,历年国内竞赛题目 节水洗衣机 （1996）,我国淡水资源有限,节约用水人人有责. 洗衣机在家庭中占有相当大的份额, 目前洗衣机已非常普及, 节约洗衣机用水十分重要. 假设在放入衣物和洗涤剂后洗衣机的运行过程为: 加水漂洗脱水-加水漂洗脱水-加水漂洗脱水(称 “加水漂洗脱水”为运行一轮). 请为洗衣机设计一种程序(包括运行多少轮每轮加入水量等), 使得在满足一定洗涤效果的条件下, 总量最少. 选用合理的数据进行计算. 对照目前常用的洗衣机的运行情况, 对你的模型和结果作出评价. 参考网址：http:/lxg59.nease.net/,什么是数学模型,对于现实中的原型，为了某个特定目的，作出一些必要的简化和假设，运用适当的数学工具得到一个数学结构。也可以说，数学建模是利用数学语言（符号、式子与图象）模拟现实的模型。把现实模型抽象、简化为某种数学结构是数学模型的基本特征。它或者能解释特定现象的现实状态，或者能预测到对象的未来状况，或者能提供处理对象的最优决策或控制。,什么是数学建模,把现实世界中的实际问题加以提炼，抽象为数学模型，求出模型的解，验证模型的合理性，并用该数学模型所提供的解答来解释现实问题，我们把数学知识的这一应用过程称为数学建模。,数学建模的几个过程,1、模型准备 2、模型假设 3、模型建立 4、模型构成 5、模型求解 6、模型分析 7、模型检验 8、模型应用,go on,模型分类（1）,1、按模型的应用领域分类： 生物数学模型 医学数学模型 地质数学模型 数量经济学模型 数学社会学模型 2、按是否考虑随机因素分类： 确定性模型 随机性模型 3、按是否考虑模型的变化分类： 静态模型 动态模型,模型分类（2）,4、按应用离散方法或连续方法分类： 离散模型 连续模型 5、按建立模型的数学方法分类： 几何模型 微分方程模型 图论模型 规划论模型 马氏链模型,模型分类（3）,6、按人们对是物发展过程的了解程度分类： （1）白箱模型：指那些内部规律比较清楚的模型。如力学、 热学、电学以及相关的工程技术问题。 （2）灰箱模型：指那些内部规律尚不十分清楚，在建立和改 善模型方面都还不同程度地有许多工作要做的问题。如 气象学、生态学经济学等领域的模型。 （3）黑箱模型：指一些其内部规律还很少为人们所知的现象。 如生命科学、社会科学等方面的问题。但由于因素众多、 关系复杂，也可简化为灰箱模型来研究。,建模全过程示意图,具备的数学知识,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,身边的数学,当你准备分期贷款购买一所新居时，面对五花八门的还款方式（期限、利率不同，按月或按年偿还，），哪一种最有利。用一点不太深的数学就能准确地回答你的问题。 你注意过录象机计数器数字的跳动吗。这里有什么规律吗。你找到规律，就可以根据计数器的读数算出录象带已经走过了多长时间，也就知道未转过的那段带子能否录下一定时间的一个节目。,身边的数学模型,模型无处不在。你的照片就是反映你容貌的模型；地图是用特定的符号表示山川、道路的模型。数学模型当然更抽象些，它是由数字、字母和数学符号组成的、描述研究对象数量规律的公式、图表或者程序。解决分期贷款和计数器读数那两个问题，就要建立数学模型。 一般地说，当人们设计产品参数、规划交通网络、制定生产计划、控制工艺过程、预报经济增长、确定投资方案时，都需要将研究对象的内在规律用数学的语言和方法表述出来，并将求解得到的数量结果返回到实际对象的问题中去。在决策科学化、定量化呼声日渐高涨的今天，数学建模几乎是无处不在的。,示例1、椅子能在不平的地上放稳吗？,示例2、商人安全过河问题,课后练习：用matlab 6.x对问题求解。 作业编号：h01-01,示例3、人口预报,一、两个经典模型： 1、指数增长模型： 2、阻滞增长模型（Logistic模型）,二、两个重要名词： 固有增长率与人口容纳量 三、如何估计Logistic模型的参数,课后作业,（1）用P11表2的数据，分别确定两个模型的参数。 （2）分别对两个模型进行误差分析。 （3）将程序附上 作业编号：h01-02,堂上思考题,如何估计一个人体内血液的总量？,再见！,模型准备,了解问题的实际背景，明确其实际意义与建模目的，掌握对象的各种信息（要收集）。用数学语言来描述问题。,模型假设,根据实际对象的特征和建模的目的，对问题进行必要的、合理的简化，并用精确的语言提出一些恰当的假设，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。,模型建立,在假设的基础上，利用适当的数学工具来刻划各变量之间的数学关系，建立相应的数学结构。（尽量用简单的数学工具）,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。有高数、概率统计、图论、排队论、线性规划、对策论等等。但要牢记，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。,模型求解,利用获取的数据资料，对模型的所有参数做出计算（估计）。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。 要求：掌握matlab 6.x,模型分析,对所得的结果进行数学上的分析，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。要记住，不论那种情况都需进行误差分析，数据稳定性分析。,模型检验,将模型分析结果与实际情形进行比较，以此来验证模型的准确性、合理性和适用性。如果模型与实际较吻合，则要对计算结果给出其实际含义，并进行解释。如果模型与实际吻合较差,则应该修改假设，在次重复建模过程。,