数学模型与数学建模数学模型(Mathematical Model):对于一个特定的对象,为了一个特定的目标,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,得到一个数学结构。
数学建模(Mathematical Modeling):建立数学模型的全过程,通常包括问题分析、模型建立、模型求解、结果检验和应用。
下面就是一个数学建模的例子。
例1:新产品的销售量的变化规律考虑某一种新产品,投入市场后,其销售量通常会经过“先增后逐渐平稳略有下降”这样的过程,这个过程称为产品的生命周期。请建立数学模型来描述这个过程。
1.问题分析与合理假设
传播新产品信息有两个途径:(1)广告宣传;(2)已经购买了该产品的消费者,使用后有了体会,向周围人宣传。
潜在的消费者人数(即:有可能购买该产品的总人数)记为N,以时间t为自变量,从0到t时间段内已经购买了该产品的人数记为x(t),从t到时间段内购买人数记为,则,由两部分人组成,第一部分是受广告宣传影响,记为,第二部分是受消费者宣传影响,记为,即.
为了能解决本问题,必须做下面一些合理的假设:
假设1:产品销售量大,可以认为x(t)是连续可微函数;
假设2:任何一个还没有购买该产品的潜在的消费者:他(她)受到广告宣传而购买的概率是常数,记为;他(她)受到某一个消费者宣传而购买的概率也是常数,记为
2.模型建立
根据假设2,得
,,
,
令得下面数学模型(这是一个微分方程模型)
,且 ,(1)式其中,为待定常数,且满足
3.模型求解
对微分方程(1)式求解得
,
可变形为
,其中为待定参数。 (2)式
(下面的求解过程不完整)
根据实际的统计数据,用最小二乘法(非线性最小二乘法)计算得,
(看书:P3 图)
4.模型检验
建立的模型(1)式、得到函数(2)式能否应用于实际?能否预测今后的销售情况? 需要做模型检验。再从实际中,提取一些新的数据,用(2)式计算,这是理论数据,与实际数据比较误差,计算
该数值与原始数据比较,若比较小,则该模型通过了检验,可以它进行预测了。
例1完毕。
数学模型的分类:
按应用领域划分:人口模型、交通模型、经济类模型、企业规划模型、生态环境模型等。
按数学方法划分:方程模型、优化模型、概率模型、网络模型、统计模型等。
按所建立的模型结构划分:离散系统模型、连续系统模型。
数学建模方法分两类:机理分析法、测试分析法。
(具体做建模时,常常是两个方法结合使用,如上例。)
数学建模的基本步骤:
实际问题 分析 假设 建立 数学模型
验证 分析求解实际结论/预测 检验 解释 数学结论
最后,再看一个建模例子:计数器的读数
数学建模(Mathematical Modeling):建立数学模型的全过程,通常包括问题分析、模型建立、模型求解、结果检验和应用。
下面就是一个数学建模的例子。
例1:新产品的销售量的变化规律考虑某一种新产品,投入市场后,其销售量通常会经过“先增后逐渐平稳略有下降”这样的过程,这个过程称为产品的生命周期。请建立数学模型来描述这个过程。
1.问题分析与合理假设
传播新产品信息有两个途径:(1)广告宣传;(2)已经购买了该产品的消费者,使用后有了体会,向周围人宣传。
潜在的消费者人数(即:有可能购买该产品的总人数)记为N,以时间t为自变量,从0到t时间段内已经购买了该产品的人数记为x(t),从t到时间段内购买人数记为,则,由两部分人组成,第一部分是受广告宣传影响,记为,第二部分是受消费者宣传影响,记为,即.
为了能解决本问题,必须做下面一些合理的假设:
假设1:产品销售量大,可以认为x(t)是连续可微函数;
假设2:任何一个还没有购买该产品的潜在的消费者:他(她)受到广告宣传而购买的概率是常数,记为;他(她)受到某一个消费者宣传而购买的概率也是常数,记为
2.模型建立
根据假设2,得
,,
,
令得下面数学模型(这是一个微分方程模型)
,且 ,(1)式其中,为待定常数,且满足
3.模型求解
对微分方程(1)式求解得
,
可变形为
,其中为待定参数。 (2)式
(下面的求解过程不完整)
根据实际的统计数据,用最小二乘法(非线性最小二乘法)计算得,
(看书:P3 图)
4.模型检验
建立的模型(1)式、得到函数(2)式能否应用于实际?能否预测今后的销售情况? 需要做模型检验。再从实际中,提取一些新的数据,用(2)式计算,这是理论数据,与实际数据比较误差,计算
该数值与原始数据比较,若比较小,则该模型通过了检验,可以它进行预测了。
例1完毕。
数学模型的分类:
按应用领域划分:人口模型、交通模型、经济类模型、企业规划模型、生态环境模型等。
按数学方法划分:方程模型、优化模型、概率模型、网络模型、统计模型等。
按所建立的模型结构划分:离散系统模型、连续系统模型。
数学建模方法分两类:机理分析法、测试分析法。
(具体做建模时,常常是两个方法结合使用,如上例。)
数学建模的基本步骤:
实际问题 分析 假设 建立 数学模型
验证 分析求解实际结论/预测 检验 解释 数学结论
最后,再看一个建模例子:计数器的读数