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数学建模竞赛常用软件PPT课件.ppt

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    • 数学建模竞赛软件介绍,胡良剑 东华大学数学系 L,数学建模竞赛软件 L,2,内容提要,数学建模竞赛常用软件有哪些 Excel软件 Matlab软件(重点) Lingo软件 Spss软件,,数学建模竞赛软件 L,3,数学建模竞赛常用软件,Matlab Mathematica Maple Lindo 2. 启动Matlab,利用File菜单中的Set path将 matlabtoolboxmathmodl增至path中, 并移至底部bottom,保存设置; 3. 回到你的工作目录现在mathmodl已成为一个普通的工具箱了 4. 安装后用help mathmodl查看内容或用直接用mathmodl启动教程 5. 查看中文帮助用 help mathmodl函数名 如help mathmodllinprog,,数学建模竞赛软件 L,12,数学建模MATLAB算法,数据拟合 方程求根 微积分 微分方程 随机模拟 统计分析,最优化方法 离散优化(包括图论) 遗传算法 神经网络,,数学建模竞赛软件 L,13,数据拟合,lsqnonlin - 最小二乘法 lsqcurvefit - 曲线拟合 interp1 - 一元函数插值 polyfit - 多项式插值或拟合 spline - 样条插值 caspe, casps - 样条插值, 样条拟合 interp2 - 二元函数插值 griddata - 不规则数据的二元函数插值,,数学建模竞赛软件 L,14,例题,拟合下列数据. x 0.1 0.2 0.15 0 -0.2 0.3 y 0.95 0.84 0.86 1.06 1.50 0.72 help mathmodlpolyfit help mathmodllsqcurvefit,,,数学建模竞赛软件 L,15,建模竞赛程序: jm2011a1.m,2011年竞赛:城市表层土壤重金属污染分析 散乱数据插值griddata 地形图 污染浓度分布,数学建模竞赛软件 L,16,方程求根, - 矩阵除法 inv - 逆矩阵 eig - 特征值 roots - 多项式的根 fzero - 一元函数零点 fsolve - 非线性方程组 solve - 符号方程解,,数学建模竞赛软件 L,17,例题,例 非线性方程组 4x-y+ex/10=1; -x+4y+x2/8=0 见help mathmodlfsolve,,,数学建模竞赛软件 L,18,微积分,diff - 符号导函数 diff - 数值差分 gradient - 数值(偏)导数 trapz - 梯形积分法 quadl - 高精度数值积分,int - 符号积分 dblquad - 矩形域二重积分 triplequad - 长方形区域上的三重积分 *dblquad2 - 非矩形域二重积分,,数学建模竞赛软件 L,19,例题,help mathmodltrapz help mathmodlquadl,数学建模竞赛软件 L,20,例题,help mathmodlint help mathmodldblquad2,,数学建模竞赛软件 L,21,常微分方程(组),ode45 - 常微分方程 dsolve - 符号微分方程 *euler -常微分方程Euler法 *rk4 - 常微分方程组Runge-Kutta法 ode15s - 刚性方程组 bvp4c -求解边值问题,数学建模竞赛软件 L,22,例题,help mathmodlode45,,数学建模竞赛软件 L,23,建模竞赛程序:jm2003a.m,2003年竞赛题SAS传播 3月1日4月20日控前模型, dN(t)/dt=alfa0*N(t),即指数增长,用4月24日以前数据估计alfa0 4月21日(52天) 5月7日 控后模型建模 dN(t)/dt=K(t)N(t)-N(t-L), L=20,N(52)=482, t=52, K(t)=alfa*exp(-beta*(t-52)),用5月7日以前数据估计alfa, beta 5月8日6月23日模型验证,比较预测效果。

      数学建模竞赛软件 L,24,随机模拟,rand - 0,1区间均匀分布随机数 randn - 标准正态分布随机数 randperm - 1...n 随机排列 normrnd 一般正态分布随机数 normpdf 正态分布概率密度函数 normcdf 正态分布分布函数 norminv 正态分布逆分布函数(分位数) .均匀分布,二项分布, 泊松分布等,,数学建模竞赛软件 L,25,例,help mathmodlnorminv help mathmodlbinornd,数学建模竞赛软件 L,26,随机模拟(Monte Carlo算法)简介,设是一个分布已知的随机变量,为了求取 = f()的概率分布或数字特征,生成N个(N足够大)服从的分布的随机数x1, x2, , xN,令yi = f(xi), i=1,2,,N, 那么,数学建模竞赛软件 L,27,建模竞赛:随机模拟,1997年零件参数设计 1999年竞赛自动化车床 (程序jm99afun, jm99anew, jm99a1simu),,数学建模竞赛软件 L,28,统计分析,mean, std- 均值,标准差 corrcoef 相关系数 sortrows - 按某一列排序(升序) regress - 线性回归 nlinfit - 非线性回归 rstool 二次多项式回归图形界面 stepwise -逐步回归图形界面 factoran -因子分析 mahal - 判别分析Mahalanobis距离 cluster - 聚类分析 garchfit-时间序列分析GARCH模型,数学建模竞赛软件 L,29,建模竞赛:回归分析,2004年竞赛B题: 电力市场的输电阻塞管理 出力变量:x1, .x8 潮流变量:y1 回归模型y1=b0+b1*x1+.+b2*x8+ 程序jm2004b 方差分析:模型显著,变量x8不显著,数学建模竞赛软件 L,30,建模竞赛:相关分析及因子分析程序jm2011A2.m,2011年竞赛:城市表层土壤重金属污染分析 数据标准化和异常数据处理 元素:1=As;2=Cd;3=Cr;4=Cu;5=Hg;6=Ni;7=Pb;8=Zn 从相关矩阵看出:第一组元素2,4,7,8;第2组元素3,6;元素1,元素5与其他元素相关性不明显。

      从因子载荷矩阵f看出:因子1代表第一组元素2,4,7,8;因子2代表第2组元素3,6;因子2代表元素1.从Stats.p可见模型解释了方差的28.51%,数学建模竞赛软件 L,31,最优化方法,linprog - 线性规划 fminbnd - 一元函数极值 fminuc - 多元函数极值拟牛顿法 fminsearch - 多元函数极值单纯形搜索法 fmincon - 非线性规划 quadprog - 二次规划,,数学建模竞赛软件 L,32,Matlab解法,转化为最小值问题,用linprog求解 c=-72 -64;A=1 1;12 8;3 0;b=50;480;100; x,f=linprog(c,A,b,,,zeros(2,1)),数学建模竞赛软件 L,33,例,Help mathmodllinprog Help mathmodlfmincon,,数学建模竞赛软件 L,34,建模竞赛:非线性规划,1995年竞赛:飞行管理问题,,,程序:flightfun.m, flightcon.m, flight.m,数学建模竞赛软件 L,35,离散优化,bintprog -线性0-1整数规划 *lpint - 线性整数规划分支定界法 *de2bi - 生成0-1变量 *L01p_e - 0-1整数规划枚举法 *L01p_ie - 0-1整数规划隐枚举法 *bnb18 - 非线性整数规划 *bnbgui - 非线性整数规划图形工具 *mintreek - 最小生成树kruskal算法 *minroute - 最短路dijkstra算法 *dynprog - 动态规划,,数学建模竞赛软件 L,36,例,Help mathmodlbintprog help mathmodlde2bi,数学建模竞赛软件 L,37,建模竞赛: 最短路问题,2000竞赛题B:钢管订购,,数学建模竞赛软件 L,38,程序jm2000b1.m,使用dijkstra算法,计算钢管厂S1到公路与各个火车站(记为S8=B1, S9=B2, , S24=B17)的最短铁路路程,数学建模竞赛软件 L,39,Matlab能求解的优化模型,,无灵敏度分析,编程功能强,数学建模竞赛软件 L,40,Lindo/Lingo能求解的优化模型,,数学建模竞赛软件 L,41,用Lingo软件求解优化问题,!Lingo11程序; Model: Max=72*x1+64*x2; x1+x2<50; 12*x1+8*x2<480; 3*x1<100; end,数学建模竞赛软件 L,42,Lingo求解非线性整数规划例题,整数约束: xi ,r1i, r2i, r3i, r4i (i=1,2,3)为整数,数学建模竞赛软件 L,43,Lingo的基本用法,model: Title 钢管下料 LINGO模型; min=x1+x2+x3; x1*r11+x2*r12+x3*r13 =50; x1*r21+x2*r22+x3*r23 =10; x1*r31+x2*r32+x3*r33 =20; x1*r41+x2*r42+x3*r43 =15; 4*r11+5*r21+6*r31+8*r41 =16; 4*r12+5*r22+6*r32+8*r42 =16; 4*r13+5*r23+6*r33+8*r43 =16;,x1+x2+x3 = 26; x1+x2+x3 =x2; x2=x3; gin(x1); gin(x2); gin(x3); gin(r11);gin(r12);gin(r13); gin(r21);gin(r22);gin(r23); gin(r31);gin(r32);gin(r33); gin(r41);gin(r42);gin(r43); end 注:整数变量gin; 0-1整数变量bin;不限定非负free,,数学建模竞赛软件 L,44,Lingo编程,模型构成 主体 MODEL: --END 集合段 SETS -- ENDSETS 数据段DATA-- ENDDATA 初始段INIT--ENDINIT 计算段CALC--ENDCALC 集合 基本集合 派生集合 函数 for(集合|条件:表达式)对集合中满足条件的元素循环执行表达式 sum(集合|条件:表达式)对集合中满足条件的元素求表达式的和 关系运算符(“集合|条件”里使用) #LT# ( less then), #EQ#, #LE#, #GT#, #GE#类似,数学建模竞赛软件 L,45,Lingo编程,model: Title 钢管下料 LINGO模型; SETS: !集合段; NEEDS/1..4/:LENGTH,NUM; CUTS/1..3/:X; PATTERNS(NEEDS,CUTS):R; ENDSETS DATA: !数据段; LENGTH=4 5 6 8; NUM=50 10 20 15; ENDDATA INIT: !初始段 X=10 10 10; ENDINIT !模型目标与约束开始; min=SUM(CUTS(J): X(J) ); FOR(NEEDS(I): SUM(CUTS(J): X(J)*R(I,J) ) NUM(I) ); FOR(CUTS(J): SUM(NEEDS(I): LENGTH(I)*R(I,J) ) 16); SUM(CUTS(I): X(I) ) 26; SUM(CUTS(I): X(I) ) X(J+1) ); FOR(CUTS(J): GIN(X(J)) 。

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