数学建模就是用数学语言描述实际现象的过程。这里的实际现象既包涵具体的自然现象比如自由落体现象,也包涵抽象的现象比如顾客对某种商品所取的价值倾向。这里的描述不但包括外在形态,内在机制的描述,也包括预测,试验和解释实际现象等内容。
我们也可以这样直观地理解这个概念:数学建模是一个让纯粹数学家(指只懂数学不懂数学在实际中的应用的数学家)变成物理学家,生物学家,经济学家甚至心理学家等等的过程。 数学建模的几个过程: 模型准备:了解问题的实际背景,明确其实际意义,掌握对象的各种信息。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,对问题进行必要的简化,并用精确的语言提出一些恰当的假设。 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)。 模型分析:对所得的结果进行数学上的分析。 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,再次重复建模过程。 模型应用:应用方式因问题的性质和建模的目的而异。 建模首先要确定的是目标函数,即找出约束条件下的优化值来。 需要的条件就是我们建模时各种外在的条件,即对目标函数的各种约束。
步骤一般可以由如下几方面组成: 1)找出你所要求解的是什么?从而建立目标函数(数学表达式,如max{y=x^2+2x+4,x属于某一范围); 2)找出影响目标函数中的各个变量(variables); 3)确定外在的约束条件、边界条件,并且给出初始值; 4)最后求解目标函数(注意:建模可以有各种模型,不同模型有不同的解法,这需要自己具体问题具体分析)。
下面这个例子是从现实中抽象出来的模型,是已经得到了数学表达式。 目标函数:max{z=x^2+x+y+4}; 变量为:x、y; 约束条件: 1)2≤x+y≤25; 2)x≤y。
当然这个模型对于高中来说可能不那么容易解决,因为它是非线性规划(因为有x^2项) 求解时可以利用很多数学软件(Mathmatical、Lingo等)进行求解。
再次说一下,建模的根本目标是:找出约束条件下的最优值(例如:企业、公司在当前生产设备和人员不变的情况下找到最大的利润)。 |