[数学模型 姜启源] 第一章:建立数学模型

第一章:建立数学模型

要点摘录:

原型和模型的概念与区别

构造模型的目的性

模型的分类

形象模型

直观模型

物理模型

抽象模型

思维模型

符号模型

数学模型

包饺子案例

路障间距设计案例

椅子稳放案例

数学建模的两种方法和基本步骤

详细记录

原型和模型的概念与区别

原型:指人们在现实世界里关心、研究或者从事生产、管理的==实际对象==。可以是一个系统,也可以是一个过程。

客观存在,是客观因素(变量)的集合,是对一个整体的概括。

模型:指为了某个==特定目的==将原型的某一部分简缩、提炼而构造的原型替代物。

是部分(受关心)的因素(变量)的集合,仅表示感兴趣的一个部分。

构造模型的目的性

模型不是原型原封不动的复制品,原型有各个方面和各种层次的特征,而模型只要求反应与某种目的有关的那些方面和层次。

一个原型,为了不同的目的可以有许多不同的模型。

模型的基本特征是由构造模型的目的决定的。

模型的分类

形象模型

直观模型:通常是原型尺寸的等比例缩放,主要追求外观上的逼真,效果是一目了然。

物理模型:为了一定目的根据与原型相似的原理构造的模型,仿照原型的外形和某些特征,进行模拟实验,用来==间接地==研究原型地某些规律。

抽象模型

思维模型:人脑通过不断试错尝试,总结经验,完成对原型某一部分信息的简缩和提炼,所形成的思维或直觉。

符号模型:在一些约定或假设下借助于专门的符号、线条等,按一定形式组合起来描述原型。如地图、电路图、化学结构式等。

数学模型:由数字、字母或其他数学符号组成的,描述原型==数量规律==的数学公式、图形或算法。

又可以被一般地描述为: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,做出一些必要的简化假设,运用适当的数学工具,得到的一个数学结构。

包饺子案例

路障间距案例

椅子稳放案例

数学建模额两种方法和步骤

两种方法

机理分析

根据对研究对象特性的认识,找出反应内部机理的数量规律,建立的模型常有明确的物理或现实意义。

数据驱动

基于对研究对象收集到的大量数据,通过统计分析、系统辨识、机器学习、人工智能等手段,按照一定的准则找出与数据拟合得最好的模型。

步骤

模型准备

了解实际问题背景,明确目的,搜集与问题有关信息,弄清研究对象的主要特征,由此初步确定使用哪一类模型。

模型假设

根据对象的特征和建模的目的,抓住问题本质,忽略次要因素,做出必要、合理的简化假设。(重要且困难,是一门 art 的技术活)

模型构成

直观地说,就是列出描述对象内在各方面数量规律的方程组,或者说是用数学的语言、符号描述对象的内在数量规律。

模型求解

在给定的条件下求解方程(解方程、画图、优化方法、数值计算、概率统计等 approach),得到答案

模型分析

对求解结果进行数学上的分析(误差分析、统计分析、灵敏性分析、健壮性分析)

模型验证

将求解和分析的结果翻译回实际问题,检验模型的合理性和适用性。根据检验结果反馈地修改模型假设。

模型应用