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2021年数学建模b题论文

2023-12-12 00:27 来源:学术参考网 作者:未知

2021年数学建模b题论文

利用数学知识解决现实生活的具体问题了成为当今数学界普遍关注的内容,利用建立数学模型解决实际问题的数学建模活动也应运而生了。下文是我为大家搜集整理的关于2017数学建模b题优秀论文的内容,欢迎大家阅读参考!

浅谈数学建模实验教学改革

摘要:阐述了数学建模课程在大学生知识面的拓宽、全方位能力的培养以及人文素质的提高三方面的重要作用,提出了数学建模课程有助于提高学生的综合素质。从数学建模理论课程和实验教学两者之间的区别与联系的角度提出了实验教学改革的必要性,最后针对数学建模实验教学的具体情况提出了实验教学改革的 措施 。

关键词:数学建模;实验教学;教学改革

一、数学建模课程有助于提高学生的综合素质

随着 教育 改革的不断深入,我国目前正在开展以“素质和素质教育”为核心的教育思想与教育观念大讨论。在1983年召开的世界大学校长会议中,对理想的大学生综合素质提出了三条标准:专业知识要掌握本学科的 方法 论、具有将本学科知识与实际生活与其他学科相结合的能力以及具有良好的人格素质。[1]

数学是一切科学和技术的基础,数学的思考方式对培养学生科学的思维方法具有重要意义,因而数学的重要性是毋庸置疑的。数学和各学科的相互渗透及其在技术中的应用,推动了数学本身的发展和各个学科理论的发展。戴维在1984年说过:“对数学研究的低水平的资助只能来自对于数学研究带来的好处的完全不妥的评价。显然,很少有人认识到当今被如此称颂的‘高技术’本质上是数学技术。”数学的广泛应用性主要取决于数学的 思维方式 。数学对于学生的培养,不只是数学定理的证明,公式、定义的理解,重要的是培养学生具备正确的思想方法,而且可以依据自己所学到的知识不断创新、不断寻找新的途径。

21世纪以来,数学建模课程的开设在国内高校中稳步展开,并获得了广泛认同。参加数学建模竞赛的学校和人数逐年上升,数学建模课程的重要性得到广泛认可,越来越多的高校开设了数学建模课程。[2-4]与传统数学所给的应用题有所不同,数学建模课程着重培养学生的创造性。由于数学建模是从实际问题着手,经过分析、抽象、简化建立数学模型,然后求解、验证并解释实际问题的过程。 社会实践 中的有些实际问题,没有一个明确的已知条件,有时甚至连求解目标也要经过分析问题的各种因素自行确定。这就要求建模者具有较宽的基本知识面,分析问题的能力,具有一定的 想象力 、联想力、洞察力和创新力,具有归纳综合和计算能力等等,即要求具有较好的数学 文化 素质。

1.数学建模课程拓宽了学生的知识面

一方面,数学专业的基础理论教材内容比较成熟,并且侧重定理证明以及演算方法的训练,对问题的实际背景以及模型提取过程介绍不多,而数学建模课程恰好弥补了这一不足。另一方面,由于数学建模问题的实用性和广泛性,大学生在建模实践中要用到很多知识,这些知识已超出了学生的专业知识范围。除了数学知识外,还必须掌握诸如计算方法、计算机语言、应用软件及其他学科的知识等。它是多学科知识的高度综合,宽泛的学科领域和广博的技能技巧是学生所不曾涉猎过的,只能通过学生自学和讨论来进一步掌握。

2.数学建模课程对学生能力的培养是全面的

数学建模的题目多数直接来源于科研、生产、工程与管理的实际问题,且大多是经过适当简化的正在研究或正在探讨阶段中的尚未完全解决的实际问题的部分或片段。解决数学建模问题的过程是对大学生数学与计算机知识、发现及解决问题能力、信息收集能力、论文写作能力及团队协作能力等各方面能力的综合考查。在数学建模实践中,大多数问题既没有唯一的答案,也没有唯一的方法,要解决问题必须要求学生具有独立的思考能力,充分发挥自己的创造能力、想象能力,深刻了解背景,查阅大量资料,并且参加实际调查,根据自身对问题的熟悉程度和知识的掌握来选择思路与方法。通过对所得结果不断地思考和改进,培养和训练学生的科研能力

3.数学建模课程使学生的毅力、意志以及团结合作精神等人文素质方面得到了培养

每年一期的全国大学生数学建模竞赛采取半封闭的形式持续三个昼夜。这是一个非常艰苦的创新过程,不仅培养了大学生刻苦探索的态度、不屈不挠的精神、坚韧不拔的毅力,还培养了学生孜孜不倦、精益求精和锲而不舍的创新精神,并且数学建模竞赛采取三人一个小组,三名同学在竞赛过程中共同解决一个竞赛题目。这就需要他们在竞赛的不同阶段团结协作,密切配合,取长补短,合理分工。因此,数学建模可以培养学生的团队意识与协作精神。

二、数学建模的理论课程与实验教学

数学模型是由数字、字母或其他数学符号组成的,描述现实对象数量规律的数学公式、图形或算法,它是对于现实世界的一个特定对象,为了一个特定目的,根据特有的内在规律,做出一些必要的简化假设,运用适当的数学工具,得到的一个数学结构。而创建一个数学模型的全过程称为数学建模,即运用数学的语言、方法去近似地刻画该实际问题,并加以解决的全过程。换句话说,数学建模是从定量化的角度,用数学语言和方法,通过对实际问题抽象、简化建立数学模型,然后通过计算,解决实际问题的过程。[6]数学建模课程与传统的数学教学不同。前者侧重于将数学作为工具,来分析和解决各种实际问题,是以培养学生解决实际问题的能力和应用创新能力为目标的实践性课程。而后者则侧重于公式推导、定理证明等。

数学建模课程包括数学建模理论课程和实验教学。数学建模的实验教学是指学生在教师指导下用计算机和数学软件学习数学,它强调将符号计算、数值计算、数据处理、数学软件和数学建模理论课程相结合的数学课程教学。[5]

数学建模的理论课程和实验教学是相辅相成、不可缺少的,也是互相促进的。首先,数学建模理论课程主要是对实际问题进行分析并得到数学结构模型以及模型结果的解释和应用,而对于模型的求解则很少涉及,相反,实验教学则是借助计算机和数学软件对模型进行求解,充分利用计算机的有利条件,让学生手、眼、脑共用,积极主动地使用数学。其次,数学建模理论课程很少涉及模型的解法,而实验教学则是介绍若干数学方法及相应的软件,以方便地完成模型的求解。最后,数学建模理论课程包含丰富的建模案例,主要对实际问题进行分析以及建立模型等理论过程,而实验教学则通过计算机和软件将所建立的模型进行求解,从而使学生将理论和实践相融合,提高学生运用数学知识解决实际问题的能力。

三、实验教学的改革

教育必须反映社会的实际需要,数学建模进入大学课堂,既顺应时代发展的潮流,也符合教育改革的要求。对于数学教育而言,既应该让学生掌握准确快捷的计算方法和严密的逻辑推理,也需要培养学生用数学工具分析解决实际问题的意识和能力,传统的数学教学体系和内容无疑偏重于前者,开设数学建模课程则是加强后者的一种尝试。

实际问题的解决不仅需要利用数学建模的理论知识,即根据实际问题的内在规律,通过分析做出必要的假设,适当的运用数学工具,得到一个数学结构,更要利用数学建模的实验操作知识将得到的数学结构进行求解(在实际求解中,利用计算机或者软件进行求解),而且求解所得到的结果要能够解释实际问题。因此,实际问题的解决要求数学建模的理论课程内容和实验教学内容配套同步,有机结合。

目前很多高校的数学建模课程共54课时,其中包括课堂理论讲授36课时和实验教学18课时两部分。限于课时和教学进度,现有的实验教学以学生掌握数学软件的基础操作为主要目的,达不到与课程讲授内容的配套同步,学生对于数学软件的学习掌握也存在较多的问题。因此,有必要对数学建模课程的实验教学进行改革。

实验教学改革以问题为引导,采用专题研讨的形式开展,结合台州学校“数学实验在线平台”的建设,学生利用平台掌握基础的数学软件使用方法、命令格式,并且围绕课堂讲授的数学专题模块开展配套的数学建模实验研讨。具体而言,针对不同难易程度的题目类型,实验教学内容分别以三种不同的形式进行。

1.初步的数学软件题目类型

此类题目类型以熟悉掌握数学软件的常用命令格式为目的。例如,绘出某个二元函数的三维曲面图。又如,求一个已知方阵的行列式、逆、特征值以及对应特征向量。再如,求某个具体多项式的根。

这类题目的已知条件比较简单,只需要直接利用软件的某个指令就可以得到所求解的结果,学生在了解相关的软件指令基础上就能独立完成任务。对于这类题目类型,规定学生利用课余时间登录实验平台进行操作,并由授课教师在线评判其正确与否。

2.简单的数学建模题目类型

此类题目类型以提高使用数学软件能力为目的。例如,列出所有的水仙花数(水仙数是一个三位数,其各位数字立方和等于该数本身)。又如,已知某车间生产不同的产品,不同的产品所需要的原料和工时数据,以及不同产品所获得的利润数据。要求在给定原料和工时的条件下,如何安排生产,使得获得的利润最大。再如,给定一片海域一组数据,该数据包括一些离散点的坐标以及在该坐标处的水深,在已知船吃水深度的条件下,求船安全行驶的范围或者容易触礁的范围。

这类题目的已知条件唯一确定,所得到的结果也是唯一的,需要通过简单的编程实现。学生需要对问题进行分析,并具备一定的编程基础才能进行求解并完成规定的任务。对于这类题目类型,授课教师可以利用实验教学的课程时间先进行简单的分析和阐述,然后要求学生利用课余时间独立完成,最后由授课教师进行评判。

3.具有一定综合性质的数学建模题目类型

此类题目以培养学生建立模型和分析求解能力为目的。例如,根据某集团的经济效益指标、发展能力指标、内部运营指标以及客户满意度指标在2011年和2012年的数据,分析并阐述客户满意指标的走势。又如,收集数据,从手机品牌、外观、功能和质量等方面分析目前市场主流手机产品的价格定位规律,以及分析各品牌手机的价格策略与市场占有份额的关系。再如,选择某个事件(例如2010年的上海世博会、全国竞赛题)的某个侧面,建立数学模型,利用互联网或者调查收集的数据,定量分析该事件的影响力。

这类题目的已知条件比较复杂和灵活,有些题目甚至需要自己收集,有时甚至连求解目标也要自行确定。对于这类题目,授课教师应先利用实验教学课程时间指导研讨,然后要求学生通过团队合作完成基本的建模思路整理和模型求解,并以实验 报告 的形式提交数学模型和模型求解的实验结果。

参考文献:

[1]陈祖福.面向21世纪改革高等教育的教学内容和课程体系[J].教学与教材研究,1994,(1).

[2]叶其孝.数学建模教学活动与大学生教育改革[J].数学的实践与认识,1997,27(1):92-96.

[3]李大潜.中国大学生数学建模竞赛[M].北京:高等教育出版社,1998:313-321.

[4]姜启源.数学实验与数学建模[J].数学的实践与认识,2001,31(5):613-617.

[5]蒲俊,张朝伦,李顺初.探索数学建模教学改革提高大学生综合素质[J].中国大学教学,2011,(12):24-26.

[6]陈慧.数学实验课程教学改革研究[J].中国大学教学,2007,(12):35-36.

浅谈数学建模与创新

摘要:数学建模是一门十分注重理论联系实际的课程,它有助于培养学生的创新能力、动手能力和 自我评价 能力。本文分析了数学建模竞赛对数学教学改革和创新所起的作用,指出数学建模的起源、发展和目的。着重在提高学生的学习兴趣、做好选题工作、评价工作和指导工作上进行分析和讨论。

关键词:数学建模;数学建模竞赛;创新能力

1 数模竞赛的起源与历史

数模竞赛是由美国工业与应用数学学会在1985年发起的一项大学生竞赛活动,目的在于激励学生学习数学的积极性,提高学生建立数学模型和运用计算机技术解决实际问题的综合能力,鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动,开拓知识面,培养创精神及合作意识,推动大学数学教学体系、教学内容和方法的改革。我国大学生数学建模竞赛是由教育部高教司和中国工业与数学学会主办、面向全国高等院校的、每年一届的通讯竞赛。其宗旨是:创新意识、团队精神、重在参与、公平竞争。1992载在中国创办,自从创办以来,得到了教育部高教司和中国工业与应用数学协会的得力支持和关心,呈现出迅速的发展发展势头,就2003年来说,报名阶段须然受到“非典”影响,但是全国30个省(市、自治区)及香港的637所院校就有5406队参赛,在职业技术学院增加更快,参赛高校由2002年的1067所上升到了2003年的1410所。可以说:数学建模已经成为全国高校规模最大课外科技活动。

2 什么是数学建模

数学建模(Mathematical Modelling)是一种数学的思考方法,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。”从科学,工程,经济,管理等角度看数学建模就是用数学的语言和方法,通过抽象,简化建立能近似刻画并“解决”实际问题的一种强有力的数学工具。顾名思义,modelling一词在英文中有“塑造艺术”的意思,从而可以理解从不同的侧面,角度去考察问题就会有不尽的数学模型,从而数学建模 的创造又带有一定的艺术的特点。而数学建模最重要的特点是要接受实践的检验,多次修改模型渐趋完善的过程。

3 竞赛的内容

竞赛题目一般来源于工程技术和管理科学等方面经过适当简化加工的实际问题,不要求参赛者预先掌握深入的专门知识,只需要学过普通高校的数学课程。题目有较大的灵活性供参赛者发挥其创造能力。参赛者应根据题目要求,完成一篇包括模型假设、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(即答卷)。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。

4 竞赛的目的

随着科学技术的飞速发展,现代中学生的生活背景越来越丰富,他们看问题的视野也越来越开阔。

国家新的课程改革的进行,不但使广大教师的教育理念发生了根本性的改变,同学们的学习理念也发生了巨大改变,过去的那种单纯的知识性的传授和学习的模式已转变为以能力培养为主、学以致用的教学和学习模式,同学们的接受能力和学习能力得到极大提高。所以在中学阶段向同学们更多介绍一些科技事件或自然现象的知识储备基本具备。下面就中学阶段如何开设好数学建模选修课谈几点体会。

4.1 提高学生的学习兴趣,培养他们的创新能力是开设数学建模选修课的主要目的

数学建模就是运用数学思想、方法和知识解决实际问题的过程。

兴趣是最好的老师。而数学建模在数学知识与实践之间建立了一个沟通的平台,通过这个平台,同学们可以体验数学在解决实际问题中的价值和作用,体验数学与日常生活和其他学科的联系,体验综合运用知识和方法解决实际问题的过程,对数学有一种感性的认识,激发他们学习数学的兴趣。

4.2 做好选题工作是开好数学建模选修课的关键

数学学习过程中,问题是关键。如何提出一些贴合学生实际、具有代表意义、能培养学生创新意识、提高学习能力、真正让学生感兴趣的问题是开好数学建模选修课的第一步。做好数学建模选题工作,可从以下几个方面入手。

可操作性。通过数学建模,学生将了解和经历解决实际问题的全过程,体验数学与日常生活及其他学科的联系,感受数学的实用价值,增强应用意识,提高实践能力。所以在选题时要考虑到不同学校、不同层次的学生的接受能力,争取让每一个学生能够根据自己的生活 经验 发现并提出问题,对同样的问题,可以发挥自己的特长和个性,从不同的角度、层次探索解决的方法,从而获得综合运用知识和方法解决实际问题的经验,发展创新意识。

实践性。开设数学建模选修课的主要目的之一就是让同学们在能力培养的同时,学以致用。所以所选课题应来源于实践,尽量是学生所熟悉的、或亲身经历的现实问题,让学生有一种身临其境的感觉,以提高他们的求知欲。

知识性。高中阶段的学习虽然强调能力培养,但也应该注意到,学生的学习过程也是一个知识积累、为下一步的继续学习打基础的过程。所以我们在数学建模选题的时候,应选取一些解决问题所涉及的知识、思想、方法与高中数学课程内容有联系的问题。让同学们在探索的过程中体会到所学知识的作用。

4.3 做好数学建模过程中的指导工作是开好数学建模选修课的重要保障

数学建模是一门实践性很强的科目,学生在初接触时往往抓不住问题的关键,很难将实际问题中的信息数学化。同时就同学们的学习方式给以必要的指导。具体可从以下几个方面入手。

引导学生学会发现并提出问题。最初开设数学建模时,可以先由老师提出一些问题供学生选择,或者提供一些实际情景,引导学生提出问题。随着课程的推进,教师应逐渐让学生学会从自己生活的世界中发现问题、提出问题。

引导学生学会数学建模的基本程序,让同学们掌握科学的 学习方法 。数学建模可以通过以下框图实现。

指导学生成立课题组,学会合作学习。数学建模学习对知识和能力的要求明显高于传统意义上的学习,在这种学习过程中,个人力量往往很难奏效,所以数学建模经常采取课题组的模式。

4.4 做好学生在数学建模过程中表现的评价工作对学生的后继学习是一个有力促进

高中阶段开设数学建模选修课的目的主要是以培养学生的学习能力、提高他们的创新意识为主要目的。通过师生之间的互动,使同学们在互动中展示自我,张扬个性,提高他们的 总结 能力和应变能力。评价内容应关注以下几个方面:

科学性。建模过程中使用的数学方法是否得当,求解过程是否合乎常理。

创新性。问题的提出和解决的方案是否充分发挥了学生的主观能动性,有新意。

合作性。学生在数学建模中是否采取了各种合作方式解决问题,养成与人交流的习惯,并获得良好的情感体验。

真实性。建模的结果是否是学生本人参与制作的,数据是否是真实的。

实效性。建模的结果是否具有一定的实际意义。

新的九年义务教育数学课程标准认为:数学是人们对客观世界定性把握和定量刻画,逐渐抽象概括,形成方法和理论,并进行广泛应用的过程。义务教育的课程不仅要考虑数学自身的抽象性、精确性和应用的极端广泛性等特点,更应遵循学生学习数学的心理规律,强调从学生已有的生活经验出发,让学生亲身经历将实际问题抽象成数学模型,并进行解释与应用的过程。从这个意义上说,我们的中学数学教育的过程应该是一个教会学生建模和解模,并会用模的过程。目前,二期课程改革明确要求加大研究性和探究性课程的力度,这无疑将推动数学模型课在中学阶段的开设和推广。

参考文献

[1]王彬.数学建模在中职研究性学习中的实践研究[J].东北师范大学,2010-05-01.

数学建模论文范文怎么写

数学建模论文写作

一、写好数模答卷的重要性
1. 评定参赛队的成绩好坏、高低,获奖级别,数模答卷,是唯一依据。
2. 答卷是竞赛活动的成绩结晶的书面形式。
3. 写好答卷的训练,是科技写作的一种基本训练。
二、答卷的基本内容,需要重视的问题
1.评阅原则
假设的合理性,建模的创造性,结果的合理性,表述的清晰程度。
2.答卷的文章结构
题目(写出较确切的题目;同时要有新意、醒目)
摘要(200-300字,包括模型的主要特点、建模方法和主要结论)
关键词(求解问题、使用的方法中的重要术语)
1)问题重述。
2)问题分析。
3)模型假设。
4)符号说明。
5)模型的建立(问题分析,公式推导,基本模型,最终或简化模型等)。
6)模型求解(计算方法设计或选择;算法设计或选择,算法思想依据,步骤及实现,计算框图;所采用的软件名称;引用或建立必要的数学命题和定理;求解方案及流程。)
7)进一步讨论(结果表示、分析与检验,误差分析,模型检验)
8)模型评价(特点,优缺点,改进方法,推广。)
9)参考文献。
10)附录(计算程序,框图;各种求解演算过程,计算中间结果;各种图形,表格。)
3. 要重视的问题
1)摘要。
包括:
a. 模型的数学归类(在数学上属于什么类型);
b. 建模的思想(思路);
c. 算法思想(求解思路);
d. 建模特点(模型优点,建模思想或方法,算法特点,结果检验,灵敏度分析,模型检验……);
e. 主要结果(数值结果,结论;回答题目所问的全部“问题”)。
▲ 注意表述:准确、简明、条理清晰、合乎语法、要求符合文章格式。务必认真校对。
2)问题重述。
3)问题分析。
因素之间的关系、因素与环境之间的关系、因素自身的变化规律、确定研究的方法或模型的类型。
5)模型假设。
根据全国组委会确定的评阅原则,基本假设的合理性很重要。
a. 根据题目中条件作出假设
b. 根据题目中要求作出假设
关键性假设不能缺;假设要切合题意。
6) 模型的建立。
a. 基本模型:
ⅰ)首先要有数学模型:数学公式、方案等;
ⅱ)基本模型,要求完整,正确,简明;
b. 简化模型:
ⅰ)要明确说明简化思想,依据等;
ⅱ)简化后模型,尽可能完整给出;
c. 模型要实用,有效,以解决问题有效为原则。
数学建模面临的、要解决的是实际问题,不追求数学上的高(级)、深(刻)、难(度大)。
ⅰ)能用初等方法解决的、就不用高级方法;
ⅱ)能用简单方法解决的,就不用复杂方法;
ⅲ)能用被更多人看懂、理解的方法,就不用只能少数人看懂、理解的方法。
d.鼓励创新,但要切实,不要离题搞标新立异。数模创新可出现在:
▲ 建模中,模型本身,简化的好方法、好策略等;
▲ 模型求解中;
▲ 结果表示、分析、检验,模型检验;
▲ 推广部分。
e.在问题分析推导过程中,需要注意的问题:
ⅰ)分析:中肯、确切;
ⅱ)术语:专业、内行;
ⅲ)原理、依据:正确、明确;
ⅳ)表述:简明,关键步骤要列出;
ⅴ)忌:外行话,专业术语不明确,表述混乱,冗长。
7)模型求解。
a. 需要建立数学命题时:
命题叙述要符合数学命题的表述规范,尽可能论证严密。
b. 需要说明计算方法或算法的原理、思想、依据、步骤。
若采用现有软件,说明采用此软件的理由,软件名称。
c. 计算过程,中间结果可要可不要的,不要列出。
d. 设法算出合理的数值结果。
8) 结果分析、检验;模型检验及模型修正;结果表示。
a. 最终数值结果的正确性或合理性是第一位的;
b. 对数值结果或模拟结果进行必要的检验;
结果不正确、不合理、或误差大时,分析原因, 对算法、计算方法、或模型进行修正、改进。
c. 题目中要求回答的问题,数值结果,结论,须一一列出;
d. 列数据问题:考虑是否需要列出多组数据,或额外数据对数据进行比较、分析,为各种方案的提出提供依据;
e. 结果表示:要集中,一目了然,直观,便于比较分析。
▲ 数值结果表示:精心设计表格;可能的话,用图形图表形式。
▲ 求解方案,用图示更好。
9)必要时对问题解答,作定性或规律性的讨论。最后结论要明确。
10)模型评价
优点突出,缺点不回避。
改变原题要求,重新建模可在此做。
推广或改进方向时,不要玩弄新数学术语。
11)参考文献
12)附录
详细的结果,详细的数据表格,可在此列出,但不要错,错的宁可不列。主要结果数据,应在正文中列出,不怕重复。

检查答卷的主要三点,把三关:
a. 模型的正确性、合理性、创新性
b. 结果的正确性、合理性
c. 文字表述清晰,分析精辟,摘要精彩

三、关于写答卷前的思考和工作规划
答卷需要回答哪几个问题――建模需要解决哪几个问题;
问题以怎样的方式回答――结果以怎样的形式表示;
每个问题要列出哪些关键数据――建模要计算哪些关键数据;
每个量,列出一组还是多组数――要计算一组还是多组数。

四、答卷要求的原理
1. 准确――科学性;
2. 条理――逻辑性;
3. 简洁――数学美;
4. 创新――研究、应用目标之一,人才培养需要;
5. 实用――建模、实际问题要求。

五、建模理念
1. 应用意识
要解决实际问题,结果、结论要符合实际;
模型、方法、结果要易于理解,便于实际应用;站在应用者的立场上想问题,处理问题。
2. 数学建模
用数学方法解决问题,要有数学模型;
问题模型的数学抽象,方法有普适性、科学性,不局限于本具体问题的解决。
3. 创新意识
建模有特点,更加合理、科学、有效、符合实际;更有普遍应用意义;不单纯为创新而创新。

2021年“高教社杯”全国大学生数学建模竞赛ABC题怎么分析?

2021年“高教社杯”全国大学生数学建模竞赛ABC题的分析:

A题疫苗生产问题思路。

第一问确定答案,其他题思路新冠肺炎肆虐全球,给世界带来了深重的灾难。各国为控制疫情纷纷研发新冠疫苗。假定疫苗生产需要经过CJ1工位、CJ2工位、CJ3工位以及 CJ4工位等4个工艺流程。

每个工艺流程一次性均能处理100剂疫苗,这100剂疫苗装进一个加工箱一起送进工位的设备进行处理。而且,只有按照CJ1-CJ2-CJ3-CJ4的顺序在4个工位都进行了加工以后,才算完成生产。

为防止疫苗包装出现混乱,某疫苗生产公司生产部门规定,每个工位不能同时生产不同类型的疫苗,疫苗生产不允许插队。

即进入第一个工位安排的每类疫苗的生产顺序一旦确定就要一直保持不变,而且前一种类型的疫苗离开某个工位后,后一种类型的疫苗才能进入这个工位。

B题消防救援问题赛题思路。

赛题描述

随着我国经济的高速发展,城市空间环境复杂性急剧上升,各种事故灾害频发,安全风险不断增大,消防救援队承担的任务也呈现多样化、复杂化的趋势。对于每一起出警事件,消防救援队都会对其进行详细的记录。

问题1:

将每天分为三个时间段(0:00-8:00为时段Ⅰ,8:00-16:00为时段Ⅱ,16:00-24:00为时段Ⅲ),每个时间段安排不少于5人值班。

假设消防队每天有30人可安排值班,请根据附件数据,建立数学模型确定消防队在每年2月、5月、8月、11月中第一天的三个时间段各应安排多少人值班。

问题2:

以该地2016年1月1日至2019年12月31日的数据为基础,以月份为单位,建立消防救援出警次数的预测模型。

以2020年1月1日至2020年12月31日的数据作为模型的验证数据集,评价模型的准确性和稳定性,并对2021年各月份的消防救援出警次数进行预测。

问题3:

依据7种类别事件的发生时间,建立各类事件发生次数与月份关系的多种数学模型,以拟合度最优为评价标准,确定每类事件发生次数的最优模型。

问题4:

请建立数学模型,分析该地区2016-2020年各类事件密度在空间上的相关性,并且给出不同区域相关性最强的事件类别(事件密度指每周每平方公里内的事件发生次数)。

问题5:

请建立数学模型,分析该地各类事件密度与人口密度之间的关系(人口密度指每平方公里内的人口数量)。

问题6:

目前该地有两个消防站,分别位于区域J和区域N,综合考虑各种因素,建立数学模型,确定如果新建1个消防站,应该建在哪个区域?

如果在2021-2029年每隔3年新建1个消防站,则应依次建在哪些区域?

思路:

基本和国赛的消防救援题差不多,还简单一点,属于路径优化问题。

C题数据驱动的异常检测与预警问题赛题思路。

题目描述

推动生产企业高质量发展,最根本的底线是保证安全、防范风险,而生产过程中产生的数据能够实时反映潜在的风险。

某生产企业某日00:00:00-22:59:59由生产区域的仪器设备记录的时间序列数据(已经进行数据脱敏),本题未给出数据的具体名称,这些数据可能是温度、浓度、压力等与安全密切相关的数据。

建立数学模型,完成以下问题:

问题1:

给出的数据都可能存在波动,且所有波动都在安全值范围内。有些波动可能是正常性波动,例如随着外界温度或者产量变化的波动,或者可能是传感器误报。

这些波动具有规律性、独立性、偶发性等特点,并不能产生安全风险,我们视为非风险性异常,不需要人为干预;有些波动具有持续性、联动性等特点。

这些异常性波动的出现是生产过程中的不稳定因素造成的,预示着可能存在安全隐患,我们视为风险性异常,需要人为干预、分析和评定风险等级。

请建立数学模型,给出判定非风险性异常数据和风险性异常数据的方法。

问题2:

结合问题1的结果,建立数学模型,给出风险性异常数据异常程度的量化评价方法,要求使用百分制(0-100分)对每个时刻数据异常程度进行评价(分值越高表示异常程度越高)。

应用所建立的模型和附件1的数据,找到数据中异常分值最高的5个时刻及这5个时刻对应的异常传感器编号,每个时刻只填写5个异常程度最高的传感器编号,异常传感器不足5个则无需填满。

如果得分为0,可以不用填写异常传感器编号,并给出数学模型对所得结果进行评价。

思路:

经典的异常分析问题,异常数据一般可以用机器学习的方法做,常用的聚类。

kmeans、dbscan、决策树、孤立深林、LSTM,以上模型都可以套用进来。

数学建模优秀论文

数学建模论文范文--利用数学建模解数学应用题
数学建模随着人类的进步,科技的发展和社会的日趋数字化,应用领域越来越广泛,人们身边的数学内容越来越丰富。强调数学应用及培养应用数学意识对推动素质教育的实施意义十分巨大。数学建模在数学教育中的地位被提到了新的高度,通过数学建模解数学应用题,提高学生的综合素质。本文将结合数学应用题的特点,把怎样利用数学建模解好数学应用问题进行剖析,希望得到同仁的帮助和指正。

一、数学应用题的特点
我们常把来源于客观世界的实际,具有实际意义或实际背景,要通过数学建模的方法将问题转化为数学形式表示,从而获得解决的一类数学问题叫做数学应用题。数学应用题具有如下特点:
第一、数学应用题的本身具有实际意义或实际背景。这里的实际是指生产实际、社会实际、生活实际等现实世界的各个方面的实际。如与课本知识密切联系的源于实际生活的应用题;与模向学科知识网络交汇点有联系的应用题;与现代科技发展、社会市场经济、环境保护、实事政治等有关的应用题等。
第二、数学应用题的求解需要采用数学建模的方法,使所求问题数学化,即将问题转化成数学形式来表示后再求解。
第三、数学应用题涉及的知识点多。是对综合运用数学知识和方法解决实际问题能力的检验,考查的是学生的综合能力,涉及的知识点一般在三个以上,如果某一知识点掌握的不过关,很难将问题正确解答。
第四、数学应用题的命题没有固定的模式或类别。往往是一种新颖的实际背景,难于进行题型模式训练,用“题海战术”无法解决变化多端的实际问题。必须依靠真实的能力来解题,对综合能力的考查更具真实、有效性。因此它具有广阔的发展空间和潜力。
二、数学应用题如何建模
建立数学模型是解数学应用题的关键,如何建立数学模型可分为以下几个层次:
第一层次:直接建模。
根据题设条件,套用现成的数学公式、定理等数学模型,注解图为:
将题材设条件翻译
成数学表示形式

应用题 审题 题设条件代入数学模型 求解
选定可直接运用的
数学模型
第二层次:直接建模。可利用现成的数学模型,但必须概括这个数学模型,对应用题进行分析,然后确定解题所需要的具体数学模型或数学模型中所需数学量需进一步求出,然后才能使用现有数学模型。
第三层次:多重建模。对复杂的关系进行提炼加工,忽略次要因素,建立若干个数学模型方能解决问题。
第四层次:假设建模。要进行分析、加工和作出假设,然后才能建立数学模型。如研究十字路口车流量问题,假设车流平稳,没有突发事件等才能建模。
三、建立数学模型应具备的能力
从实际问题中建立数学模型,解决数学问题从而解决实际问题,这一数学全过程的教学关键是建立数学模型,数学建模能力的强弱,直接关系到数学应用题的解题质量,同时也体现一个学生的综合能力。
3.1提高分析、理解、阅读能力。
阅读理解能力是数学建模的前提,数学应用题一般都创设一个新的背景,也针对问题本身使用一些专门术语,并给出即时定义。如1999年高考题第22题给出冷轧钢带的过程叙述,给出了“减薄率”这一专门术语,并给出了即时定义,能否深刻理解,反映了自身综合素质,这种理解能力直接影响数学建模质量。
3.2强化将文字语言叙述转译成数学符号语言的能力。
将数学应用题中所有表示数量关系的文字、图象语言翻译成数学符号语言即数、式子、方程、不等式、函数等,这种译释能力是数学建成模的基础性工作。
例如:一种产品原来的成本为a元,在今后几年内,计划使成本平均每一年比上一年降低p%,经过五年后的成本为多少?
将题中给出的文字翻译成符号语言,成本y=a(1-p%)5
3.3增强选择数学模型的能力。
选择数学模型是数学能力的反映。数学模型的建立有多种方法,怎样选择一个最佳的模型,体现数学能力的强弱。建立数学模型主要涉及到方程、函数、不等式、数列通项公式、求和公式、曲线方程等类型。结合教学内容,以函数建模为例,以下实际问题所选择的数学模型列表:
函数建模类型 实际问题
一次函数 成本、利润、销售收入等
二次函数 优化问题、用料最省问题、造价最低、利润最大等
幂函数、指数函数、对数函数 细胞分裂、生物繁殖等
三角函数 测量、交流量、力学问题等

3.4加强数学运算能力。
数学应用题一般运算量较大、较复杂,且有近似计算。有的尽管思路正确、建模合理,但计算能力欠缺,就会前功尽弃。所以加强数学运算推理能力是使数学建模正确求解的关键所在,忽视运算能力,特别是计算能力的培养,只重视推理过程,不重视计算过程的做法是不可取的。
利用数学建模解数学应用题对于多角度、多层次、多侧面思考问题,培养学生发散思维能力是很有益的,是提高学生素质,进行素质教育的一条有效途径。同时数学建模的应用也是科学实践,有利于实践能力的培养,是实施素质教育所必须的,需要引起教育工作者的足够重视。

加强高中数学建模教学培养学生的创新能力

摘要:通过对高中数学新教材的教学,结合新教材的编写特点和高中研究性学习的开展,对如何加强高中数学建模教学,培养学生的创新能力方面进行探索。
关键词:创新能力;数学建模;研究性学习。
《全日制普通高级中学数学教学大纲(试验修订版)》对学生提出新的教学要求,要求学生:
(1)学会提出问题和明确探究方向;
(2)体验数学活动的过程;
(3)培养创新精神和应用能力。
其中,创新意识与实践能力是新大纲中最突出的特点之一,数学学习不仅要在数学基础知识,基本技能和思维能力,运算能力,空间想象能力等方面得到训练和提高,而且在应用数学分析和解决实际问题的能力方面同样需要得到训练和提高,而培养学生的分析和解决实际问题的能力仅仅靠课堂教学是不够的,必须要有实践、培养学生的创新意识和实践能力是数学教学的一个重要目的和一条基本原则,要使学生学会提出问题并明确探究方向,能够运用已有的知识进行交流,并将实际问题抽象为数学问题,就必须建立数学模型,从而形成比较完整的数学知识结构。
数学模型是数学知识与数学应用的桥梁,研究和学习数学模型,能帮助学生探索数学的应用,产生对数学学习的兴趣,培养学生的创新意识和实践能力,加强数学建模教学与学习对学生的智力开发具有深远的意义,现就如何加强高中数学建模教学谈几点体会。
一.要重视各章前问题的教学,使学生明白建立数学模型的实际意义。
教材的每一章都由一个有关的实际问题引入,可直接告诉学生,学了本章的教学内容及方法后,这个实际问题就能用数学模型得到解决,这样,学生就会产生创新意识,对新数学模型的渴求,实践意识,学完要在实践中试一试。
如新教材“三角函数”章前提出:有一块以O点为圆心的半圆形空地,要在这块空地上划出一个内接矩形ABCD辟为绿册,使其册边AD落在半圆的直径上,另两点BC落在半圆的圆周上,已知半圆的半径长为a,如何选择关于点O对称的点A、D的位置,可以使矩形面积最大?
这是培养创新意识及实践能力的好时机要注意引导,对所考察的实际问题进行抽象分析,建立相应的数学模型,并通过新旧两种思路方法,提出新知识,激发学生的知欲,如不可挫伤学生的积极性,失去“亮点”。
这样通过章前问题教学,学生明白了数学就是学习,研究和应用数学模型,同时培养学生追求新方法的意识及参与实践的意识。因此,要重视章前问题的教学,还可据市场经济的建设与发展的需要及学生实践活动中发现的问题,补充一些实例,强化这方面的教学,使学生在日常生活及学习中重视数学,培养学生数学建模意识。
请采纳。

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