追忆2006年中国大学生数学建模竞赛
数学建模是一门新兴的学科, 80年代初,我国高等院校陆续开设了这门课程,而且越来越得到重视。那么,究竟什么是数学建模呢?我们先看看什么是数学模型。一般地说,数学模型(Mathematical Model)可描述为: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。而数学建模(Mathematical Modeling)是构造刻画客观事物原型的数学模型并用以分析、研究和解决实际问题的一种科学方法。通过数模培训,我们认为数学建模可理解为是用数学知识作为基础,运用计算机软件等作为辅助手段来解决实际应用问题的方法。现在就以“易拉罐的形状与尺寸的优化设计”为例来说明数学建模的关键步骤和难点:
步骤一:观察、分析实际数据;根据题目的要求,对容积为355ml的易拉罐的高、底部半径等因素进行实际测量或资料收集,并列出表格。
步骤二:对数据和问题进行抽象、简化,确定变量和参数;将题中对易拉罐的描述找出,提取出我们需要的信息。通过这一步,可以把对易拉罐的优化问题简化为求易拉罐用料的量与外观(即底部半径/直径与罐的高度的比例分配)上来。在此基础上,就可以确定出所需要的变量和参数。
步骤三:利用某种“定律”建立变量和参数间的确定的关系(即数学问题上的一个数学模型);在上面两步做好的基础上,以易拉罐用料最省为目标函数、以外观美等为约束条件,建立优化模型。
步骤四:解析或“近似”地求解该数学问题(即数学模型);利用Mat lab软件求解极值。
步骤五:解释求得的结果并验证模型的可行性;将求得(易拉罐)的数据与实测进行比较分析,验证模型的可行性。
由此可见,数学建模过程中最重要的因素和难点是:
1.怎样从实际情况出发做出合理的假设,从而得到可以执行的合理的数学模型;我们之所以认为这里是个难点,是因为在建模时,不知易拉罐最优设计到底是怎样的标准,在诸多的现实影响因素中,如何把握这个度。
2.怎样求解模型中出现的数学问题;在模型的求解时,我们反复利用拉格朗日乘数法和偏导数法求解。
3.怎样验证模型是正确、可行的;如何选择验证方法,以减少拉罐测量值与计算值之间的差距是一个关键。
建模的意义并不全是为了奖项,而是感受竞赛中那种“大无畏”的精神,那种战胜一切困难的拼劲和团结一心。回想建模以来的酸甜苦辣,我们泰然处之。因为甜过也苦过,所以对待数模才能热爱;因为胜过也败过,所以面对困难才敢上迎;因为笑过也哭过,所以追逐成功才懂精彩!
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