【数学建模】数学建模(一)——数学模型概述

杨利霞

【数学建模】数学建模(一)——数学模型概述

$ h; ~+ H2 T; D$ M) {  X+ y
! ?: w3 f4 S$ ~一. 模型
9 {# ?' q$ J$ D( Q% P/ t1. 原型和模型
8 s( M. Q& Q; t4 G0 y+ a! t        原型指人们在现实世界里关心、研究或从事生产、管理的实际对象。模型则指为了某个特定目的将原型的某一部分信息简缩、提炼而构造的原型替代物。
4 U5 }! C& P' a# b3 Y9 q# }2 J       按照模型替代原型的方式，模型可以分为物质模型（形象模型）和理想模型（抽象模型）。前者包括直观模型、物理模型等，后者包括思维模型、符号模型、数学模型等。
       数学模型可以描述为，对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，作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。
2. 建模方法
/ `- ~) q. ~0 h/ n8 f5 o; e        建模方法大体可以分为机理分析和测试分析两种。机理分析是根据对客观事物特性的认识，找出反应内部机理的数量规律，建立的模型常有明确的物理或现实意义。测试分析是将研究对象看作一个“黑箱”系统，通过对系统输入、输出数据的测量和统计分析，按照一定的准则找出与数据拟合的最好的模型。
  e" k6 ^& K+ Q; a- n' F4 [. R3. 建模步骤
' ]. S0 Q' h( U        按机理分析方法的建模步骤如下
2 z+ h# O/ [0 V! r8 }
2 h) z! L/ i. Y4. 建模过程
        按一般步骤，数学建模过程分为表述、求解、解释、验证几个阶段，并通过这些阶段实现从数学模型到现实对象的循环。
) z# \! x3 i' U5 M' L4 S8 d' ^

. P" _0 Z1 o' J( q" w6 B
5. 模型分类
        按建立模型的数学方法：初等模型、几何模型、统计回归模型、数学规划模型等。
5 x6 w; \8 f% ^) z        按模型的表现特性：确定性模型和随机模型、静态模型和动态模型、线性模型和非线性模型、离散模型和连续模型。
        按建模目的：描述模型、预报模型、优化模型、决策模型等。
, j! i" u- T) ^  \% z        按对模型结构的了解程度：白箱模型、灰箱模型、黑箱模型。
二. 系统辨识
) G, O. k& r/ z  N6 @4 i        在科学研究和工程实践中，实验和观测是重要的手段之一。实验的结果是输入和输出的数据，通过这些数据去建立数学模型就是系统辨识。
        系统辨识为：根据输入与输出数据在指定的一类系统中选择一个系统，这个系统和所研究的实践系统等价。
0 o+ m  f& t/ v# K' e; ^
        系统辨识大致步骤：①模型类的选择；②实验设计；③参数估计；④模型核验与确认。

8 m: M  o: i+ l& J# k! @% v
( @4 L5 k" S4 ?



' q" y3 o- _1 o- O2 Y: G: G6 \三. 机器学习
       机器学习就是把无序的数据转换成有用的信息，它的主要任务就是分类，其中涉及的几个关键概念：①训练集是用于训练机器学习算法的数据样本几何；②目标变量是机器学习算法的预测结果，在分类算法中，目标变量的结果类型通常是标称型的，而在回归算法中通常是连续型的；③知识表示可以采用规则集的形式，也可以采用概率分布的形式。
        机器学习的另一个任务是回归，它主要用于预测数值型数据。分类和回归属于监督学习，是因为这类算法必须知道预测什么，即目标变量的分类信息。与监督学习相对应的是无监督学习，此时数据没有类别信息，也不会给定目标值。在无监督学习中，将数据集合分成由类似的对象组成的多个类的过程被称为聚类；将寻找描述数据统计值的过程称为密度估计。

用于执行分类、回归、聚类和密度估计的机器学习算法
- L' ~( i! w1 X' O
' @0 I, H+ J( x  D. v& `0 N; h

: s0 g- i  }* d8 \: R: ~


* o. \! G% D7 E4 {" v6 `        机器学习程序设计的步骤：①收集数据；②准备输入数据；③分析输入数据；④训练算法；⑤测试算法；⑥使用算法。

  ], U# H7 n9 }! h8 S9 Y参考文献：
7 F+ s, o1 ~  T, {( b3 x: U% [3 l1. 数学模型（第四版）. 姜启源
: H6 K, Q. w+ j. \2. 系统建模与辨识 . 王秀峰
5 ~. l  x- u  {1 w, |3. 机器学习（第九版）
: |. p/ z4 H% h: G( G
& X7 |, O1 E8 U7 F- ]* x- ^; P$ e
* N4 i( K; T! k* Q

龙龙鲸鱼寜

谢谢楼主分享