三章节数学建模过程.ppt

第三章 数学建模过程§3.1 问题分析和符号设定一、问题分析 1）、深入理解问题的含义和背景2）、确立解决该问题的最高层目标 3）、从最高层目标出发顺藤摸瓜，即揭示影响最高目 标的各个子层4）、坚持抓主要因素和主要关系的原则二、符号设定 符号设定是与问题分析过程相伴完成的同时也与建立模型过程结伴而行任何一个建模过程中，最高目标层的符号都是相对独立地首先设定的§3.2 模型假设一、意义：假设是简化实际问题的必须手段 假设能缩小问题的涉及范围，使问题的条件更加明确且条理更加清晰 做假设的过程中，能进一步辨清问题的主次方面二、作用：1、简化问题，有利于辨识并列出与问题的研究目标更紧密的相关因素及其关系 2、使模型更加严谨 拟建立的数学模型常被认为是对实际问题的近似刻划，这种数学形式应该符合数学的要求，不能显示出任何逻辑破绽 3、降低问题难度4、清晰地记录我们所建的模型忽略是哪些因素和关系，为以后改进模型奠定基础三、原则：1、假设必须合理且典型 2、建模初期由宽到严，模型改进中由严到宽3、注重与建模其它阶段的配合例１：方桌问题的假设：１）视方桌的４只脚依次为４个点。

２）方桌是规则的，即４点在一个平面上３）拟放置方桌的地面连续且不特别陡峭４）把放稳理解为４个脚同时着地例２：物资调配问题的假设：1）工厂与仓库的货物没有差异2）总费用只考虑各相关线路上的运量和仓库变更所导致 的费用3）各线路上的单位货物运费已知4）公司固定资产按线性折旧 5）供方及需方的初始量均为零§3.3 模型建立和模型求解一、模型建立１、过程 基于“问题分析”阶段的结果，已经理清了问题的各条线路、各个层次、各个片段及其相互关系，建立模型就是把这些分析结果先分别表示成数学形式，然后再把这些形式合理整合成一个统一的数学形式２、原则１）对问题每一个方面所选择的数学表达都应能合理表达该方面的因素间的关系２）有利于模型的整合及模型的求解二、模型求解模型求解必须在明确认识模型的数学归类的基础上进行模型求解必须在明确认识模型的数学归类的基础上进行.1）结论为归纳型或猜想型的模型，用论证的方式给出求解过程2）表达式或表达式组类型的模型，用相应的数学算法计算出问题的结论这类模型中的大多数都有很大的运算量，运算结构也较复杂，或者现有数学方法不可能给出其精确解，于是，不借助于计算机，求解工作一般无法完成。

3）数据模型和随机模型，一般都有很大的运算量或者基于大量的模拟才能给出问题的更精确结论，甚至对有些特别复杂的问题，由于涉及的因素太多且不确定性太大，数学模型自身就是一个计算机模拟过程4）必要时对所建模型作适当简化后方可进行求解有些问题的数学模型，现有数学理论并没有给出完善的求解方法，例如多目标非线性规划模型，这时需要我们根据实际问题的属性和要求，适当地简化模型，得到适应于问题要求的参考解5）有些问题的数学模型本身就是一个数学处理过程，并不能明确地把问题集中地表达成某种数学形式，而是采用一系列数学处理得出了问题的结果对这类问题，自然不需要单独列出模型求解这一步 6）计算机是数学建模的得力助手很多模型的求解都面临大量的计算，所建模型是否与实际吻合，常需要用模型的解来判断，而且这种工作， 在建立一个实际问题的数学模型过程中也常需要重复多遍因此，熟练使用计算机计算数学问题是对数学建模工作者的必须要求这一方面要求具有一定的编程水平，更重要地是能熟练使用现有计算软件包现时用于数学 建模中较好的软件包有：Mathematica; Matlab; SAS.§3.4 模型检验 • • 一、模型的事实检验1、公理性检验. 常用法则检验和自然法则检验.2、经验误差分析. 建模碰到的有些问题是已经有研究历史的问题, 如果所得的经验已被几乎所有事实证明, 那么,我们的模型所得出的结论不应该例外.二、模型的数学检验1、数值模拟检验2、统计检验. 这种检验多用在数据建模的过程中.3、预测检验. 借用所建模型模型, 用历史预测现实, 以验证模型的准确度.§3. 5 模型应用和模型评价 1、模型应用的现实条件2、模型应用的理论条件一、模型分析和应用二、模型评价和推广 1、模型假设对模型的影响分析2、模型改进的方向和强度预测3、模型改进的允许环境模型评价模型应用模型检验锁具装箱问题锁具装箱问题 某厂生产一种弹子锁，每个锁具的钥匙有某厂生产一种弹子锁，每个锁具的钥匙有5 5个槽，每个槽高度从个槽，每个槽高度从{1{1，，2 2，，3 3，，4 4，，5 5，，6}6}（单位略）中任取一个数，由于工艺及其它原因，制造锁具时对（单位略）中任取一个数，由于工艺及其它原因，制造锁具时对5 5个槽的高度还有两个限个槽的高度还有两个限制：至少有制：至少有3 3个不同的数；相邻两个槽的高度之差不能为个不同的数；相邻两个槽的高度之差不能为5 5。

满足以上条件制造出来的所满足以上条件制造出来的所有互不相同的锁具称为一批有互不相同的锁具称为一批 从从顾顾客客的的利利益益出出发发，，自自然然希希望望在在每每批批锁锁具具中中““一一把把钥钥匙匙开开一一把把锁锁””但但是是在在当当前前的的工工艺艺条件下，对于同一批锁是否能够互开，有以下试验结果：若二者相对应的条件下，对于同一批锁是否能够互开，有以下试验结果：若二者相对应的5 5个槽的高度中个槽的高度中有有4 4个相同，另一个槽的高度差个相同，另一个槽的高度差1 1，则可能互开；在其它情形下不可能互开则可能互开；在其它情形下不可能互开 原来，销售部门在一批锁具中随意地取每原来，销售部门在一批锁具中随意地取每6060个装一箱出售团体顾客往往购买几箱个装一箱出售团体顾客往往购买几箱到几十箱，他们抱怨购得的锁具会出现互开情形现聘你为顾问，回答并解决以下的问到几十箱，他们抱怨购得的锁具会出现互开情形现聘你为顾问，回答并解决以下的问题：题：1 1）每一批锁具有多少个？装多少箱？）每一批锁具有多少个？装多少箱？ 2 2））为为销销售售部部门门提提出出一一种种方方案案，，包包括括如如何何装装箱箱（（仍仍是是6060个个锁锁具具一一箱箱））；；如如何何给给箱箱子子以以标志，出售时如何利用这些标志，使团体顾客不再或减少抱怨。

标志，出售时如何利用这些标志，使团体顾客不再或减少抱怨 3 3））采采取取你你提提出出的的方方案案，，团团体体顾顾客客购购买买量量不不超超过过多多少少箱箱就就可可以以保保证证一一定定不不会会出出现现互互开开的情形 4 4）按照原来的装箱办法，如何定量地衡量团体顾客抱怨互开的程度（请对购买一、）按照原来的装箱办法，如何定量地衡量团体顾客抱怨互开的程度（请对购买一、二箱者给出具体结果）二箱者给出具体结果） 。