《數(shù)學(xué)建模講義》內(nèi)容分為初等模型、概率模型、微分方程模型、離散模型等章節(jié),充分展現(xiàn)了數(shù)學(xué)的廣泛應(yīng)用。全書后面部分還介紹了數(shù)學(xué)建模的規(guī)范、常用軟件,以及數(shù)學(xué)建模競賽的情況介紹等,這些都是供讀者參考的有價值的資料。第二版修訂增加了一些內(nèi)容,主要考慮教學(xué)和競賽準(zhǔn)備,內(nèi)容不求多全,但求適合,主要著力于建模思想和相關(guān)技能,授人以漁。
數(shù)學(xué)科學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展始終和解決諸如天文學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、經(jīng)濟(jì)和管理中的實際問題緊密相連,互相促進(jìn),共同發(fā)展,推動著人類社會的不斷前進(jìn)。而數(shù)學(xué)建模正是用數(shù)學(xué)來解決各種實際問題的橋梁。數(shù)學(xué)模型(Mathematical Model)是用數(shù)學(xué)符號對一類實際問題或?qū)嶋H發(fā)生的現(xiàn)象的(近似的)描述;而數(shù)學(xué)建模(Mathematical Modeling)則是獲得這種模型并對之求解、驗證并得到結(jié)論的全過程。數(shù)學(xué)建模不僅是為了了解基本規(guī)律,而且從應(yīng)用的觀點來看,更重要的是有可能成為預(yù)測和控制所建模系統(tǒng)行為的強有力工具。概括而言,數(shù)學(xué)建模的關(guān)鍵步驟或難點就是: 合理假設(shè)、建立問題和解釋驗證。
數(shù)學(xué)建模的思想和方法古已有之,大凡用數(shù)學(xué)去解決各種問題都要經(jīng)由數(shù)學(xué)建模的途徑。牛頓的萬有引力理論就是最偉大數(shù)學(xué)建模的范例。然而,數(shù)學(xué)建模這個名詞的普及和流行則是從20世紀(jì)下半葉才開始的。其重要原因就是之前不能迅速、數(shù)值準(zhǔn)確地求解出相應(yīng)的數(shù)學(xué)問題。而20世紀(jì)下半葉計算機、計算的速度和精度、計算方法和技術(shù)以及數(shù)學(xué)軟件的迅速發(fā)展,為用數(shù)學(xué)建模的思想和方法去解決各種各樣的實際問題,創(chuàng)造了條件,這也對教育改革產(chǎn)生了極大的影響。將近20年前,由美國科學(xué)院院士A. Friedman和J. Glimm領(lǐng)頭編寫的調(diào)研報告《新興制造技術(shù)和管理實踐中的數(shù)學(xué)和計算科學(xué)》Friedman A, Glimm J, Lavery J. The mathematical and computational sciences in emerging manufacturing technologies and management practices [R].//SIAM Report on Issues in the Mathematical Sciences. SIAM, 1992: 6263. 中正確地指出: 一切科學(xué)和工程技術(shù)人員的教育必須包括數(shù)學(xué)和計算科學(xué)的更多的內(nèi)容。數(shù)學(xué)建模和與之相伴的計算正在成為工程設(shè)計中的關(guān)鍵工具?茖W(xué)家正日益依賴于計算方法,而且在選擇正確的數(shù)學(xué)和計算方法以及解釋結(jié)果的精度和可靠性方面必須具有足夠的經(jīng)驗。對工程師和科學(xué)家的數(shù)學(xué)教育需要變革以反映這一新的現(xiàn)實。事實正如此,數(shù)學(xué)建模教學(xué)正在全世界大學(xué)生和研究生中逐步開展。
在我國,一些有識之士早在20世紀(jì)80年代初就在一些大學(xué)里開始了數(shù)學(xué)建模的教學(xué),并致力在全國推廣。我國的大學(xué)生參加美國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽以及1992年開始舉行的由教育部高等教育司和中國工業(yè)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)會聯(lián)合主辦的全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽,極大地推動了我國大學(xué)的數(shù)學(xué)教育改革。特別是數(shù)學(xué)建模和數(shù)學(xué)實驗課程的建設(shè)和發(fā)展以及出版了不少高水平的教材,為培養(yǎng)具有創(chuàng)新和競爭能力的大學(xué)畢業(yè)生做出了巨大貢獻(xiàn)。
由梁進(jìn)教授等作者編著的本書是他們在同濟(jì)大學(xué)數(shù)學(xué)建模課程的多年教學(xué)和輔導(dǎo)大學(xué)生參加美國和我國的大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽經(jīng)驗積累的基礎(chǔ)上的總結(jié)。本書有許多值得我們仔細(xì)研究的優(yōu)點。最重要的是本書緊緊抓住數(shù)學(xué)建模的全過程,而不是求全、求深,通過能夠吸引大學(xué)生的實際問題的教學(xué)和學(xué)生的實踐使學(xué)生真正掌握數(shù)學(xué)建模的思想和方法。本書語言敘述優(yōu)美、通俗易懂,能使人在享受中學(xué)習(xí)到嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推理及其解決實際問題的能力。本書不僅有許多重要的案例,更有資料查詢、數(shù)據(jù)的收集和處理、數(shù)學(xué)軟件應(yīng)用簡介、數(shù)學(xué)建模的評價和分析等內(nèi)容。特別是有專門的一章講述數(shù)學(xué)建模論文的寫作和講演,這種強調(diào)是非常值得稱道的。就筆者自己的學(xué)習(xí)經(jīng)驗而言,自己認(rèn)為看懂了的東西,當(dāng)你要確切地寫下來時往往會意識到自己有的地方?jīng)]有弄懂,因而寫不清楚,必須進(jìn)一步仔細(xì)考慮。當(dāng)你向他人報告,特別是受到質(zhì)疑時,你往往又會感到還有沒弄明白的地方,必須更深入地思考清楚來回答他人的質(zhì)疑。這是一種真正全方位培養(yǎng)和提高學(xué)生能力的方法。筆者認(rèn)為本書的出版必將對我國的數(shù)學(xué)建模教學(xué)做出新的貢獻(xiàn)。同時也衷心祝愿梁進(jìn)教授等同仁在今后的數(shù)學(xué)建模教學(xué)中取得更好的成績。
序
第二版前言
前言
第1篇數(shù)學(xué)建模的方法1
第1章初等模型3
1.1圖解法 / 3
1.2最小二乘法擬合 / 4
1.3狀態(tài)轉(zhuǎn)移法 / 13
1.4簡單公式席位分配問題 / 15
1.5類比比例法 / 22
1.6習(xí)題 / 23
第2章概率統(tǒng)計問題25
2.1概率問題犯罪夫婦的認(rèn)定 / 25
2.2隨機過程問題I馬爾可夫鏈 / 27
2.3隨機過程問題II金融期權(quán)的二叉樹方法定價* / 31
2.4數(shù)學(xué)模擬與Monte Carlo方法 / 34
2.5元胞自動機 / 45
2.6習(xí)題 / 48
第3章數(shù)學(xué)規(guī)劃問題50
3.1線性規(guī)劃模型的建立 / 51
3.2線性規(guī)劃的一般定義 / 60
3.3線性規(guī)劃的理論解法* / 61
3.4線性規(guī)劃的軟件包解法 / 69
3.5應(yīng)用 / 78
3.6非線性規(guī)劃* / 82
3.7習(xí)題 / 86
第4章離散模型90
4.1簡單圖論 / 90
4.2對策問題 / 95
4.3層次分析法 / 100
4.4合理分配效益的Shapley方法 / 104
4.5球隊排名問題 / 110
4.6習(xí)題 / 120
第5章微分方程模型122
5.1差分方程斐波那契兔子與特拉法爾加戰(zhàn)役 / 124
5.2常微分方程人口模型 / 130
5.3微分方程組I戰(zhàn)爭模型 / 136
5.4微分方程組II傳染病模型 / 141
5.5反問題* / 145
5.6微分方程差分方法和Matlab 解方程簡介 / 148
5.7習(xí)題 / 150
第6章優(yōu)化模型*153
6.1微積分方法尋求最優(yōu)點 / 153
6.2隨機優(yōu)化模型小商販海鮮進(jìn)貨問題 / 161
6.3簡單變分問題最短距離問題 / 164
6.4自由邊界問題障礙問題* / 165
6.5動態(tài)優(yōu)化賽跑的體力分配* / 168
6.6變分理論簡介* / 173
6.7習(xí)題 / 177
第2篇數(shù)學(xué)建模的相關(guān)問題181
第7章資料查詢、數(shù)據(jù)處理、公式編輯、圖表制作及其他應(yīng)用軟件183
7.1資料查詢 / 183
7.2數(shù)據(jù)的搜集和處理 / 184
7.3數(shù)學(xué)公式編輯 / 185
7.4繪圖 / 186
7.5制表 / 187
7.6數(shù)學(xué)軟件Matlab簡介 / 187
7.7其他數(shù)學(xué)軟件包簡介 / 191
7.8統(tǒng)計軟件包簡介 / 192
第8章建模論文的寫作與演講199
8.1論文撰寫 / 199
8.2口述和演講 / 203
第9章數(shù)學(xué)建模的驗證、分析和評價204
9.1模型的評價原則 / 204
9.2模型的驗證 / 205
9.3模型的分析 / 209
9.4建模論文的評判 / 213
第10章數(shù)學(xué)建模競賽簡介216
參考文獻(xiàn)222
附錄相關(guān)網(wǎng)站226