(一)数学建模的定义
数学建模就是将某一领域或部门的某一实际问题,经过抽象、简化、明确变量和参数,并依据某种“规律”建立变量和参数之间的一个明确的数学模型,然后求解该数学模型,并对结果进行解释和验证,若通过就投入使用,否则将重新对问题的假设进行改造。数学建模就是这样一个多次循环的过程。
(二)数学建模的过程
数学建模的过程大致归纳为以下几个步骤。
(1)问题分析。阅读问题背景,分析并找出问题的本质,明确建模目的,梳理研究对象的特征及信息。
(2)假设化简。明确研究对象的主要因素,忽略次要及无关因素,以此对问题进行假设简化,并转化为相应的数学描述。
(3)建立模型。根据主要因素及假设,建立相应的数学模型(包括方程、函数、几何、不等式、概率统计等)。
(4)模型求解。运用相应的数学知识、方法、思想、工具等手段对模型进行求解,包括解方程(组)、解不等式(组)、画图、画表等求解方法,得到数学上的结果。(www.xing528.com)
(5)检验分析。分析该模型是否符合实际情境,若符合,则进行下一步的模型应用;若不符合,则需重新返回假设化简这一步,修改或补充假设,对问题进行化简,建立新的数学模型。
(6)模型应用。反馈给现实情境,即用数学模型解释现实情境,以此将模型应用于实际生活中。
(三)数学建模的要求和方法
数学模型因不同问题而异,建立数学模型也没有固定的格式和标准,甚至对同一个问题,从不同角度、不同要求出发,可以建立起不同的数学模型。因此建立数学模型一般有如下要求。①足够的精度,即要求把本质的关系和规律反映进去,把非本质的去掉。②简单、便于处理。③依据要充分,即要依据科学规律、经济规律来建立公式和图表。④尽量借鉴标准形式。⑤模型所表示的系统要能操纵和控制,便于检验和修改。
建立数学模型主要采用机理分析和数据分析两种方法。机理分析是根据实际问题的特征,分析其内部的机理,弄清其因果关系,再在适当的简化假设下,利用合适的数学工具得到描述事物特征的数学模型。数据分析法是指人们一时得不到事物的特征机理,而通过测试得到一组数据,再利用数理统计学等知识对这组数据进行处理,从而建立最终的数学模型。
常用简化模型的方法有如下内容。①除去一些变量,在众变量中找出对指标有显著影响的少量因素建立模型。②合并一些变量,在构造模型时,把一些性质相同或相似的变量,合并成少量有代表性的变量。③改变变量的性质,常把某些非主要的或暂时的变量看作常量。④改变变量之间的函数关系。⑤改变约束关系,如增加一些约束,去掉一些约束,对约束进行一些修改等。⑥模型结构的转换。若某种模型求解很困难,要求的数据不具备或不易得到,教师只有改用其他形式的模型。
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