《數(shù)學建模(第2版)/高等學校教材》根據(jù)作者多年的教學經(jīng)驗編寫而成,主要內(nèi)容包括數(shù)學規(guī)劃與組合優(yōu)化建模、方程建模、隨機方法建模、模糊和灰色系統(tǒng)建模,以及常用數(shù)學軟件與算法等,涵蓋了數(shù)學建模常用的方法和工具。每部分內(nèi)容安排上不追求知識的系統(tǒng)性和完整性,更多地以大量建模問題實例和涉及面較廣的背景素材引出需要的方法,并在此基礎上簡要介紹相關基礎知識和基本方法的使用。各部分內(nèi)容之間具有相對獨立性,有利于教師在教學中根據(jù)不同的需求以及教學時數(shù)的多少進行取舍。
《數(shù)學建模(第2版)/高等學校教材》可作為一般院校大學生“數(shù)學建!闭n程的教材,也可作為指導大學生數(shù)學建模競賽的培訓參考書,以及供相關科技工作者參考使用。
《高等學校教材:數(shù)學建模(第2版)》可作為一般院校大學生“數(shù)學建模”課程的教材,也可作為指導大學生數(shù)學建模競賽的培訓參考書,以及供相關科技工作者參考使用。
隨著現(xiàn)代科學技術的迅速發(fā)展,特別是計算機技術的迅速普及與發(fā)展,數(shù)學的應用范圍在迅速擴大,已經(jīng)從傳統(tǒng)的物理、力學以及一般工程技術范圍迅速擴展到醫(yī)學、生態(tài)、氣象、經(jīng)濟、社會科學等領域,數(shù)學已經(jīng)成為關系國民經(jīng)濟技術基礎和國家實力的重要學科。今日的數(shù)學已經(jīng)不僅僅是純粹的理論,同時還是一種普遍可行的關鍵技術,成為所有科學不可缺少的工具和高技術的核心成分。
用數(shù)學的方法去解決實際問題,必須運用定量分析的方法,在數(shù)學向技術轉化的鏈條上,數(shù)學建模以及在此基礎上的計算和模擬處于中心環(huán)節(jié)。建立一個恰當合理的數(shù)學模型,需要一定的數(shù)學工具,更需要運用數(shù)學工具的能力,需要一定的創(chuàng)新能力,更需要參與者有較高的綜合素質。傳統(tǒng)的以傳授知識、強調演繹推理為主的數(shù)學教學很難滿足時代的要求,數(shù)學建模課程的開設和大學生數(shù)學建模競賽的開展正好彌補了傳統(tǒng)數(shù)學教學的不足。數(shù)學建模教學是一種創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要手段已經(jīng)是不爭的事實。
作為一所地方性高等院校,杭州電子科技大學開展數(shù)學建模活動始于1995年。學校最初開設數(shù)學建模課程只是為了讓部分優(yōu)秀學生參加大學生數(shù)學建模競賽,但學校很快認識到這項活動對人才培養(yǎng)的重要意義,因此,陸續(xù)面向全校學生開設了有關數(shù)學建模的不同層次不同形式的系列課程,所開課程深受學生歡迎,修讀數(shù)學建模課程的學生數(shù)量從最初的幾十名、一兩個班到目前全校每年多達2000名左右,組成十幾個教學班,學生中形成了濃厚的數(shù)學建模氛圍。學校在開設課程的基礎上,面向全校組織數(shù)學建模競賽,并選拔學生參加全國和美國建模競賽。自參加全國和美國數(shù)學建模競賽以來,我校在歷年的競賽中均取得了優(yōu)異的成績,得到了各方面的高度評價。
考慮到地方性高校學生的具體情況,我校數(shù)學建模教練組從1997年開始編寫適用的數(shù)學建模入門教材在校內(nèi)使用,在使用過程中多次修改更新,逐步形成了現(xiàn)在這本教材。本教材的內(nèi)容安排主要考慮地方性普通高校學生的實際情況,首先補充建模常用的數(shù)學基礎和方法,并把大小不同的建模案例和應用方法貫穿在每一章內(nèi)容之中,以利于學生盡快熟悉數(shù)學建模,并掌握其基本方法。
第1章 緒論
1.1 什么是數(shù)學建模
1.2 若干建模示例
1.3 怎樣建立一個完整的數(shù)學模型
1.4 關于大學生數(shù)學建模競賽
第2章 簡單的優(yōu)化模型
2.1 城市污水治理規(guī)劃
2.2 最佳存款問題
2.3 存貯問題
2.4 路燈安置優(yōu)化問題
2.5 燃氣輸配問題
習題2
第3章 數(shù)學規(guī)劃及其應用
3.1 線性規(guī)劃
3.1.1 線性規(guī)劃簡介
3.1.2 單純形法
3.1.3 運輸問題
3.2 整數(shù)規(guī)劃
3.2.1 整數(shù)規(guī)劃簡介
3.2.2 分支定界法
3.3 動態(tài)規(guī)劃
3.3.1 動態(tài)規(guī)劃簡介
3.3.2 動態(tài)規(guī)劃的基本概念
3.3.3 動態(tài)規(guī)劃應用于最短路線問題
3.3.4 動態(tài)規(guī)劃應用于生產(chǎn)計劃問題
3.4 數(shù)學規(guī)劃建模實例
3.4.1 配料問題
3.4.2 投資計劃問題
3.4.3 合同與庫存問題
3.4.4 傳感器節(jié)點的合理配置問題
3.4.5 曲線擬合問題
3.4.6 價格未確知的限期采購問題
習題3
第4章 組合優(yōu)化模型
4.1 組合優(yōu)化問題的數(shù)學模型
4.2 算法的時間復雜性
4.2.1 多項式算法與P問題
4.2.2 近似算法與啟發(fā)式算法
4.2.3 基站選址問題數(shù)學模型比較
4.3 排序問題模型及其算法
4.3.1 總工期問題
4.3.2 完工時間以及延誤問題
4.3.3 流水作業(yè)排序
4.3.4 工程計劃問題
4.4 裝箱問題
4.4.1 裝箱問題及其算法
4.4.2 下料問題
4.4.3 存儲罐注液問題
4.5 訂單問題
4.5.1 背包問題模型及其算法
4.5.2 資源分配問題
4.6 網(wǎng)絡優(yōu)化問題與建模方法
4.6.1 圖的基本概念
4.6.2 電纜鋪設問題
4.6.3 二部圖的匹配與指派問題
4.6.4 掃雪車問題
4.6.5 服務設施選址問題
4.6.6 網(wǎng)絡運輸能力問題
4.6.7 最小費用最大流問題
習題4
……
第5章 微分方程建模
第6章 隨機方法及其應用
第7章 模糊數(shù)學與灰色系統(tǒng)模型
第8章 常用軟件基礎及應用實例
分析問題,建立模型,模型的建立是整個數(shù)學建模中最關鍵也是最核心的部分,根據(jù)建模的對象和目的,分析問題的本質,找出所有相關因素,抓住主要方面,采用合適的數(shù)學方法進行定量研究,數(shù)學建模中常用的數(shù)學方法有最優(yōu)化、微分方程、統(tǒng)計分析、數(shù)值計算和插值擬合等方法,此外,在處理一些復雜問題時,計算機模擬以及神經(jīng)網(wǎng)絡等也是比較常用的建模工具,
面對一個實際問題,究竟用什么樣的方法來建立數(shù)學模型,并沒有一個絕對的標準,不同的人可能會用不同的方法,同時,同一個問題,可能要用幾個階段來完成模型,不同階段則用到不同的方法,組合起來形成完整模型,數(shù)學模型的形式可以是多種多樣的,可以是表格的形式,也可以是圖形的形式,不一定非得有數(shù)學公式才算是數(shù)學模型,建立起來的數(shù)學模型是否能夠符合實際,也就是是否合理,是至關重要的,一個模型的優(yōu)與劣,在于是否采用了恰當?shù)姆椒,合理地描述了實際問題,而不在于是否用到了高深的數(shù)學工具,求解模型,分析檢驗,有了數(shù)學模型以后,當然就要求解模型,求解過程中,若是問題數(shù)據(jù)量比較大,則還需要用計算機工具,在使用計算機求解時可以自己編寫算法程序,也可以采用一些現(xiàn)成軟件包,這應當根據(jù)問題本身來決定。
求解模型,得到數(shù)學結果之后,問題并未完全解決,數(shù)學建模的過程是一個“實際一數(shù)學一實際”的過程,在建立模型的過程中我們往往進行了一些簡化或者近似,而且模型求解中一般僅僅用到了問題中給出的數(shù)據(jù),因此模型的結果是否能夠符合實際情況,則需要經(jīng)過仔細的分析檢驗,分析檢驗可以從幾個方面人手,模型對數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和敏感性分析,數(shù)學模型依據(jù)已有的數(shù)據(jù)和相關其他信息建立,其作用在于能夠從已知信息預測和推斷未知的東西,因此,一個好的數(shù)學模型的結果對數(shù)據(jù)應該有較好的穩(wěn)定性,這樣才能使模型有廣泛的適用性,例如,全國數(shù)學建模競賽1993年B題是要求根據(jù)12支足球隊的一組比賽成績來給出球隊排名,用某種方法依據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)給出排名結果后,可以隨意改變一兩場比賽結果,然后求出新數(shù)據(jù)下的排名情況,觀察排名變化情況,如果變動很小,說明模型對原始數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性比較好,數(shù)據(jù)分析的另一個方面是對模型中所包含各種參數(shù)的敏感性進行考慮,通過參數(shù)敏感性考慮可以分析各種因素對結果影響的顯著程度,同時也有利于分析模型跟實際情況的符合度或者模型的合理性。
……