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什么是数学模型?
数学模型是针对参照某种事物系统的特征或数量依存关系,采用数学语言,概括地或近似地表述出的一种数学结构,这种数学结构是借助于数学符号刻划出来的某种系统的纯关系结构。从广义理解,数学模型包括数学中的各种概念,各种公式和各种理论。因为它们都是由现实世界的原型抽象出来的,从这意义上讲,整个数学也可以说是一门关于数学模型的科学。从狭义理解,数学模型只指那些反映了特定问题或特定的具体事物系统的数学关系结构,这个意义上也可理解为联系一个系统中各变量间内的关系的数学表达。
数学模型所表达的内容可以是定量的,也可以是定性的,但必须以定量的方式体现出来。因此,数学模型法的操作方式偏向于定量形式。
建立数学模型的要求:
1、真实完整。
1)真实的、系统的、完整的反映客观现象;
2)必须具有代表性;
3)具有外推性,即能得到原型客体的信息,在模型的研究实验时,能得到关于原型客体的原因;
4)必须反映完成基本任务所达到的各种业绩,而且要与实际情况相符合。
2、简明实用。在建模过程中,要把本质的东西及其关系反映进去,把非本质的、对反映客观真实程度影响不大的东西去掉,使模型在保证一定精确度的条件下,尽可能的简单和可操作,数据易于采集。
3、适应变化。随着有关条件的变化和人们认识的发展,通过相关变量及参数的调整,能很好的适应新情况。
数学模型的分类
1、 精确型:内涵和外延非常分明,可以用精确数学表达。
2、 模糊型:内涵和外延不是很清晰,要用模糊数学来描述。
数学模型的基本原则
1、简化原则
现实世界的原型都是具有多因素、多变量、多层次的比较复杂的系统,对原型进行一定的简化即抓住主要矛盾,数学模型应比原型简化,数学模型自身也应是“最简单”的。
2、可推导原则
由数学模型的研究可以推导出一些确定的结果,如果建立的数学模型在数学上是不可推导的,得不到确定的可以应用于原型的结果,这个数学模型就是无意义的。
3、反映性原则
数学模型实际上是人对现实世界的一种反映形式,因此数学模型和现实世界的原型就应有一定的“相似性”,抓住与原型相似的数学表达式或数学理论就是建立数学模型的关键性技巧。
数学模型课程,包括建立数学模型与求解数学模型两大部分。
建立数学模型,就是把实际问题转化为数学问题,例如解决应用题时的列方程;
求解数学模型,就是纯数学问题了,例如解决应用题时的解方程。
应该说,建立数学模型比较困难,因为实际问题往往是非常复杂的,绝不会象应用题里那么单纯,一个问题总是受到从多因素的影响,例如某一路口的交通流量。在建立数学模型的时候,我们需要忽略那些次要的因素,而只考虑主要的因素,否则建立的数学模型就会非常庞大,以至于无法求解。如果我们忽略了不该忽略的因素,得到的数学模型就会是错误的,所以最后需要对数学模型的求解结果进行检验,看是不是符合实际情形,这一步骤是不可缺少的,否则所有的工作就会变得毫无意义。
目前进行的数学模型竞赛里的题目都是经过刻意简化的实际问题,介于我们熟悉的应用题与真的实际问题之间,经过适当的学习与培训应该是可以解决或基本解决的。
数学建模就是通过计算得到的结果来解释实际问题,并接受实际的检验,来建立数学模型的全过程。
当需要从定量的角度分析和研究一个实际问题时,人们就要在深入调查研究、了解对象信息、作出简化假设、分析内在规律等工作的基础上,用数学的符号和语言作表述来建立数学模型。
近半个多世纪以来,随着计算机技术的迅速发展,数学的应用不仅在工程技术、自然科学等领域发挥着越来越重要的作用,而且以空前的广度和深度向经济,管理,金融、生物、医学、环境、地质、人口、交通等新的领域渗透,所谓数学技术已经成为当代高新技术的重要组成部分。
数学模型(Mathematical Model)是一种模拟,是用数学符号,数学式子,程序,图形等对实际课题本质属性的抽象而又简洁的刻画,它或能解释某些客观现象,或能预测未来的发展规律,或能为控制某一现象的发展提供某种意义下的最优策略或较好策略。数学模型一般并非现实问题的直接翻版,它的建立常常既需要人们对现实问题深入细微的观察和分析,又需要人们灵活巧妙地利用各种数学知识。这种应用知识从实际课题中抽象、提炼出数学模型的过程就称为数学建模(Mathematical Modeling)。
不论是用数学方法在科技和生产领域解决哪类实际问题,还是与其它学科相结合形成交叉学科,首要的和关键的一步是建立研究对象的数学模型,并加以计算求解(通常借助计算机);数学建模和计算机技术在知识经济时代的作用可谓是如虎添翼。
建模应用
数学是研究现实世界数量关系和空间形式的科学,在它产生和发展的历史长河中,一直是和各种各样的应用问题紧密相关的。数学的特点不仅在于概念的抽象性,逻辑的严密性,结论的明确性和体系的完整性,而且在于它应用的广泛性。自从20世纪以来,随着科学技术的迅速发展和计算机的日益普及,人们对各种问题的要求越来越精确,使得数学的应用越来越广泛和深入,特别是在21世纪这个知识经济时代,数学科学的地位会发生巨大的变化,它正在从国家经济和科技的后备走到了前沿。经济发展的全球化、计算机的迅猛发展、数学理论与方法的不断扩充,使得数学已经成为当代高科技的一个重要组成部分和思想库,数学已经成为一种能够普遍实施的技术。培养学生应用数学的意识和能力已经成为数学教学的一个重要方面。