空間分析建模目的 數學建模的6個基本步驟

2021-10-10 23:11:52 字數 1742 閱讀 2797

數學建模(mathematical modeling)就是通過建立數學模型來解決各種實際問題的方法。數學建模沒有固定的格式和標準,也沒有明確的方法,通常有6個步驟:

明確問題

合理假設

搭建模型

求解模型

分析檢驗

模型解釋

數學建模所處理的問題通常是各領域的實際問題,這些問題本身往往含糊不清,難以直接找到關鍵所在,不能明確提出該用什麼方法。因此建立模型的首要任務是辨明問題,分析相關條件和問題,一開始盡可能使問題簡單,然後再根據目的和要求逐步完善。

作出合理假設,是建模的乙個關鍵步驟。乙個實際問題不經簡化、假設,很難直接翻譯成數學問題,即使可能也會因其過於複雜而難以求解。因此,根據物件的特徵和建模的目的,需要對問題進行必要合理地簡化。

合理假設的作用除了簡化問題,還對模型的使用範圍加以限定。

作假設的依據通常是出於對問題內在規律的認識,或來自對資料或現象的分析,也可以是兩者的綜合。作假設時,既要運用與問題相關的物理、化學、生物、經濟、機械等專業方面的知識,也要充分發揮想象力、洞察力和判斷力,辨別問題的主次,盡量使問題簡化。

為保證所作假設的合理性,在有資料的情況下應對所作的假設及假設的推論進行檢驗,同時注意存在的隱含假設。

搭建模型就是根據實際問題的基本原理或規律,建立變數之間的關係。

要描述乙個變數隨另乙個變數的變化而變化,最簡單的方法是作圖,或者畫**,還可以用數學表示式。在建模中,通常要把一種形式轉換成另一種形式。將數學表示式轉換成圖形和**較容易,反過來則比較困難。

用一些簡單典型函式的組合可以組成各種函式形式。使用函式解決具體的實際問題,還比須給出各引數的值,尋求這些引數的現實解釋,往往可以抓住問題的一些本質特徵。

對模型的求解往往涉及不同學科的專業知識。現代電腦科學的發展提供了強有力的輔助工具,出現了很多可進行工程數值計算和數學推導的軟體包和**工具,熟練掌握數學建模的**工具可大大增強建模能力。

不同數學模型的求解難易不同,一般情況下很多實際問題不能求出解析解,因此需要借助計算機用數值的方法來求解,在編寫**之前要明確演算法和計算步驟,弄清初始值、步長等因素對結果的影響。

在求出模型的解後,必須對模型和「解」進行分析,模型和解的適用範圍如何,模型的穩定性和可靠性如何,是否到達建模目的,是否解決了問題?

數學模型相對於客觀實際不可避免地會帶來一定誤差,一方面要根據建模的目的確定誤差的允許範圍,另一方面要分析誤差**,想辦法減小誤差。

數學建模的最後階段是用現實世界的語言對模型進行翻譯,這對使用模型的人深入了解模型的結果是十分重要的。模型和解是否有實際意義,是否與實際證據相符合。這一步是使數學模型有實際價值的關鍵一步。

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