数学模型 《转载》

数学模型转载数学模型的历史可以追溯到人类开始使用数字的时代。随着人类使用数字，就不断地建立各种数学模型，以解决各种各样的实际问题。对于广大的科学技术工作者对大学生的综合素质测评,对教师的工作业绩的评定以及诸如访友，采购等日常活动，都可以建立一个数学模型，确立一个最佳方案。建立数学模型是沟通摆在面前的实际问题与数学工具之间联系的一座必不可少的桥梁。目录介绍建立数学模型的要求:数学模型的定义建立数学模型的方法和步骤数学模型图书信息展开编辑本段介绍数学模型(MathematicalModel)是近些年发展起来的新学科，是数学理论与实际问题相结合的一门科学。它将现实问题归结为相应的数学问题，并在此基础上利用数学的概念、方法和理论进行深入的分析和研究，从而从定性或定量的角度来刻画实际问题，并为解决现实问题提供精确的数据或可靠的指导。编辑本段建立数学模型的要求:1、真实完整。1)真实的、系统的、完整的,形象的映客观现象;2)必须具有代表性;3)具有外推性，即能得到原型客体的信息，在模型的研究实验时，能得到关于原型客体的原因;4)必须反映完成基本任务所达到的各种业绩，而且要与实际情况相符合。2、简明实用。在建模过程中，要把本质的东西及其关系反映进去，把非本质的、对反映客观真实程度影响不大的东西去掉，使模型在保证一定精确度的条件下，尽可能的简单和可操作，数据易于采集。3、适应变化。随着有关条件的变化和人们认识的发展，通过相关变量及参数的调整，能很好的适应新情况。根据研究目的，对所研究的过程和现象(称为现实原型或原型)的主要特征、主要关系、采用形式化的数学语言，概括地、近似地表达出来的一种结构，所谓"数学化"，指的就是构造数学模型.通过研究事物的数学模型来认识事物的方法，称为数学模型方法.简称为MM方法。数学模型是数学抽象的概括的产物，其原型可以是具体对象及其性质、关系，也可以是数学对象及其性质、关系。数学模型有广义和狭义两种解释.广义地说，数学概念、如数、集合、向量、方程都可称为数学模型，狭义地说，只有反映特定问题和特定的具体事物系统的数学关系结构方数学模型大致可分为二类:(1)描述客体必然现象的确定性模型，其数学工具一般是代效方程、微分方程、积分方程和差分方程等，(2)描述客体或然现象的随机性模型，其数学模型方法是科学研究相创新的重要方法之一。在体育实践中常常提到优秀运动员的数学模型。如经调查统计.现代的世界级短跑运动健将模型为身高1.80米左右、体重70公斤左右，100米成绩10秒左右或更好等。用字母、数字和其他数学符号构成的等式或不等式，或用图表、图像、框图、数理逻辑等来描述系统的特征及其内部联系或与外界联系的模型。它是真实系统的一种抽象。数学模型是研究和掌握系统运动规律的有力工具，它是分析、设计、预报或预测、控制实际系统的基础。数学模型的种类很多，而且有多种不同的分类方法。静态和动态模型静态模型是指要描述的系统各量之间的关系是不随时间的变化而变化的，一般都用代数方程来表达。动态模型是指描述系统各量之间随时间变化而变化的规律的数学表达式，一般用微分方程或差分方程来表示。经典控制理论中常用的系统的传递函数也是动态模型，因为它是从描述系统的微分方程变换而来的(见拉普拉斯变换)。分布参数和集中参数模型分布参数模型是用各类偏微分方程描述系统的动态特性，而集中参数模型是用线性或非线性常微分方程来描述系统的动态特性。在许多情况下，分布参数模型借助于空间离散化的方法，可简化为复杂程度较低的集中参数模型。连续时间和离散时间模型模型中的时间变量是在一定区间内变化的模型称为连续时间模型，上述各类用微分方程描述的模型都是连续时间模型。在处理集中参数模型时，也可以将时间变量离散化，所获得的模型称为离散时间模型。离散时间模型是用差分方程描述的。随机性和确定性模型随机性模型中变量之间关系是以统计值或概率分布的形式给出的，而在确定性模型中变量间的关系是确定的。参数与非参数模型用代数方程、微分方程、微分方程组以及传递函数等描述的模型都是参数模型。建立参数模型就在于确定已知模型结构中的各个参数。通过理论分析总是得出参数模型。非参数模型是直接或间接地从实际系统的实验分析中得到的响应，例如通过实验记录到的系统脉冲响应或阶跃响应就是非参数模型。运用各种系统辨识的方法，可由非参数模型得到参数模型。如果实验前可以决定系统的结构，则通过实验辨识可以直接得到参数模型。线性和非线性模型线性模型中各量之间的关系是线性的，可以应用叠加原理，即几个不同的输入量同时作用于系统的响应，等于几个输入量单独作用的响应之和。线性模型简单，应用广泛。非线性模型中各量之间的关系不是线性的，不满足叠加原理。在允许的情况下，非线性模型往往可以线性化为线性模型，方法是把非线性模型在工作点邻域内展成泰勒级数，保留一阶项，略去高阶项，就可得到近似的线性模型。编辑本段数学模型的定义现在数学模型还没有一个统一的准确的定义，因为站在不同的角度可以有不同的定义。不过我们可以给出如下定义。"数学模型是关于部分现实世界和为一种特殊目的而作的一个抽象的、简化的结构。"具体来说，数学模型就是为了某种目的，用字母、数学及其它数学符号建立起来的等式或不等式以及图表、图象、框图等描述客观事物的特征及其内在联系的数学结构表达式。编辑本段建立数学模型的方法和步骤第一、模型准备首先要了解问题的实际背景，明确建模目的，搜集必需的各种信息，尽量弄清对象的特征。第二、模型假设根据对象的特征和建模目的，对问题进行必要的、合理的简化，用精确的语言作出假设，是建模至关重要的一步。如果对问题的所有因素一概考虑，无疑是一种有勇气但方法欠佳的行为，所以高超的建模者能充分发挥想象力、洞察力和判断力，善于辨别主次，而且为了使处理方法简单，应尽量使问题线性化、均匀化。第三、模型构成根据所作的假设分析对象的因果关系，利用对象的内在规律和适当的数学工具，构造各个量间的等式关系或其它数学结构。这时，我们便会进入一个广阔的应用数学天地，这里在高数、概率老人的膝下，有许多可爱的孩子们，他们是图论、排队论、线性规划、对策论等许多许多，真是泱泱大国，别有洞天。不过我们应当牢记，建立数学模型是为了让更多的人明了并能加以应用，因此工具愈简单愈有价值。第四、模型求解可以采用解方程、画图形、证明定理、逻辑运算、数值运算等各种传统的和近代的数学方法，特别是计算机技术。一道实际问题的解决往往需要纷繁的计算，许多时候还得将系统运行情况用计算机模拟出来，因此编程和熟悉数学软件包能力便举足轻重。第五、模型分析对模型解答进行数学上的分析。"横看成岭侧成峰，远近高低各不"。能否对模型结果作出细致精当的分析，决定了你的模型能否达到更高的档次。还要记住，不论那种情况都需进行误差分析，数据稳定性分析。第六数学模型分类按模型的应用领域分类:生物学数学模型医学数学模型地质学数学模型气象学数学模型经济学数学模型社会学数学模型物理学数学模型化学数学模型天文学数学模型工程学数学模型按是否考虑随机因素分类:确定性模型随机性模型按是否考虑模型的变化分类:静态模型动态模型按应用离散方法或连续方法分类:离散模型连续模型按建立模型的数学方法分类:几何模型微分方程模型图论模型规划论模型马氏链模型按人们对事物发展过程的了解程度分类:白箱模型:指那些内部规律比较清楚的模型。如力学、热学、电学以及相关的工程技术问题。灰箱模型:指那些内部规律尚不十分清楚，在建立和改善模型方面都还不同程度地有许多工作要做的问题。如气象学、生态学经济学等领域的模型。黑箱模型:指一些其内部规律还很少为人们所知的现象。如生命科学、社会科学等方面的问题。但由于因素众多、关系复杂，也可简化为灰箱模型来研究。编辑本段数学模型数学模型教学大纲一、总学时:32学时二、适用专业:本科理工类、经济类各专业三、选用教材:姜启源编数学模型(第二版)高教出版社出版四、基本内容和要求(一)数学建模的步骤、原理和方法:1、了解数学建模的意义;2、了解建立数学模型的基本知识、相关的基本概念;3、掌握数学建模过程的几个明显的处理阶段和流程;4、通过实例了解数学模型的特点和学习方法;5、了解全国大学生数学建模竞赛。(二)掌握数学建模思想方法:1、数学建模概述2、对现实问题的分析、提练、描述3、几种创造性思维方法4、合理假设与信息处理5、建立数学模型6、数学软件与模型求解7、结果分析与灵敏度分析8、模型的评价与推广9、论文摘要(三)数学方法分类建模1、初等数学方法建模;2、线性规划法建模;3、非线性规划法建模4、微分方程建模;5、层次分析法适用的建模问题和处理方法;6、图论方法建模;7、概率分布方法建模。(四)掌握一些特殊模型:1、运输问题模型;2、经济决策模型;3、综合评判模型;4、捕鱼业的持续收入;5、几种图论模型;6、效益的合理分配;(五)数学建模论文的写作:1、知道数学建模竞赛的规则及论文的评阅办法;2、掌握数学建模论文的几个基本模块的数学方法。五、学时分配建议表序号内容学时数(一)(二)(三)(四)(五)(六)(七)(八)(九)(十)(十一)(十二)(十三)(十四)(十五)(十六)建立数学模型的基本知识数学建模思想方法(一)数学建模思想方法(二)合理假设与数据处理线性规划方法建模线性规划求解方法非线性规划建模非线性规划求解方法微分方程建模差分方法建模层次分析法建模图论方法建模概率分布方法建模数学建模论文的写作专题建模剖析(二)数学软件应用222222222222222总计32六、说明(一)本大纲根据我校的实际情况制定。(二)课程类型:全校选修课。(三)总则:本课程系统地介绍数学模型、数学建模和建模过程中的一些常用方法及数学建模实例，通过课堂教学和讨论，使学生了解数学建模的特性及建模的基本方法，并初步具备对实际问题如何建模的能力以及培养良好的思考习惯和归纳分析能力，使学生在应用数学知识解决实际问题的能力有所提高。学习本课程的大部分内容只需要大学的微积分、线性代数、概率论等基本数学知识。(四)教学目的及要求:逐步培养学生利用数学工具解决实际问题的能力。能够将实际问题"翻译"为数学语言，并予以求解，然后再解释实际现象，甚至应用于实际。最终提高学生的数学素质和应用数学知识解决实际问题的能力。(五)教学重点:对实际问题的分析;模型的合理假设;数学工具的恰当应用;模型的建立;模型的求解;模型结果的合理解释;模型的应用;(六)教学难点:对实际问题的分析;模型的合理假设;数学工具的恰当应用;模型结果的合理解释与模型的应用;(七)主要教学环节的组织:循序渐进的介入数学建模的思想，由简入难的介绍各类数学模型;强化数学与计算机等其他工具的结合;对于一些重点教学环节，在突出对数学方法的同时，要重点讲述数学方法与实际问题的一些必然的关联性，使学生更具体的认识数学。对某些章节用到的不常用数学方法，予以简单而有目的的介绍。(八)大纲中教学基本要求从高到底分为理论部分:深入理解、一般理解、了解;运算部分:熟练掌握、一般掌握、知道。编辑本段图书信息图书名:数学模型出版社:高等教育出版社出版时间:2011-7-28ISBN:9787040311501开本:16开定价:44.00元内容简介本书第一、二、三版分别出版于1987年、1993年和2003年。基于作者20多年来从事