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數(shù)學(xué)建模思想的建立與應(yīng)用分析
數(shù)學(xué)作為一門歷史悠久的自然科學(xué)，是在實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，下面是小編搜集整理的一篇探究數(shù)學(xué)建模思想應(yīng)用的論文范文，供大家閱讀參考。
摘要：數(shù)學(xué)作為很多學(xué)科的計(jì)算工具，可以說(shuō)是現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ)，要想利用數(shù)學(xué)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，首先要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，本文在數(shù)學(xué)建模思想概念和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，從計(jì)算機(jī)軟件、實(shí)際生活中的應(yīng)用等方面，對(duì)其應(yīng)用的發(fā)展進(jìn)行了分析，最后從分析問(wèn)題、建立模型、校驗(yàn)?zāi)Ｐ腿齻�(gè)階段，對(duì)數(shù)學(xué)建模的方法，進(jìn)行了深入的研究。
關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)建模;思想;應(yīng)用;方法;分析
引言
隨著自然科學(xué)的發(fā)展，利用數(shù)學(xué)等思想來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，越來(lái)越受到人們的重視，數(shù)學(xué)作為一門歷史悠久的自然科學(xué)，是在實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，但是隨著理論研究的深入，現(xiàn)在數(shù)學(xué)理論已經(jīng)非常先進(jìn)，很多理論都無(wú)法付諸實(shí)踐，在這種背景下，如何利用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)理論來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，成為了很多專家和學(xué)者研究的問(wèn)題。通過(guò)實(shí)際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，要想利用數(shù)學(xué)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，首先要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，將實(shí)際的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)符號(hào)的表達(dá)方式，這樣才能夠通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算，來(lái)解決一些實(shí)際問(wèn)題，從某種意義上來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)就是由若干個(gè)數(shù)學(xué)模型組成的，計(jì)算機(jī)軟件之所以能夠解決實(shí)際問(wèn)題，就是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，建立了一個(gè)相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，這樣才能夠讓計(jì)算機(jī)來(lái)解決。
1數(shù)學(xué)建模思想分析
1.1數(shù)學(xué)建模思想的概念
數(shù)學(xué)是一門歷史悠久的自然科學(xué)，在古時(shí)候，由于實(shí)際應(yīng)用的需要，人們就已經(jīng)開(kāi)始使用數(shù)學(xué)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，但是受到當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，數(shù)學(xué)理論的水平比較低，只是利用數(shù)學(xué)來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)等，隨著經(jīng)濟(jì)和科技水平的提高，尤其是在工業(yè)革命之后，自然科學(xué)得到了極大的發(fā)展，對(duì)于利用自然科學(xué)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，也成為了人們研究的重點(diǎn)，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)下，人們將這些理論知識(shí)轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)品。計(jì)算機(jī)就是在這種背景下產(chǎn)生的，在數(shù)學(xué)理論的基礎(chǔ)上，將電路的通和不通兩種狀態(tài)，與數(shù)學(xué)的二進(jìn)制相結(jié)合，這樣就能夠讓計(jì)算機(jī)來(lái)處理實(shí)際問(wèn)題，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，這就是數(shù)學(xué)建模思想的范疇，但是在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的早期，數(shù)學(xué)建模的理論還沒(méi)有形成，隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸的意識(shí)到數(shù)學(xué)建模的重要性，發(fā)現(xiàn)利用數(shù)學(xué)建模思想，可以解決很多實(shí)際的問(wèn)題，而數(shù)學(xué)建模的概念，就是將遇到的實(shí)際問(wèn)題，利用特定的數(shù)學(xué)符號(hào)進(jìn)行描述，這樣實(shí)際問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題，可以利用數(shù)學(xué)的計(jì)算方法來(lái)解決。
1.2數(shù)學(xué)建模思想的特點(diǎn)
如何解決實(shí)際問(wèn)題，從有人類文明開(kāi)始，就成為了人們研究的重點(diǎn)，隨著自然科學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多具體的學(xué)科，利用這些不同的學(xué)科，可以解決不同的實(shí)際問(wèn)題，而數(shù)學(xué)就是其中最重要的一門學(xué)科，而且是其他學(xué)科的基礎(chǔ)，如物理學(xué)科中，數(shù)學(xué)就是一個(gè)計(jì)算的工具，由此可以看出數(shù)學(xué)的重要性，進(jìn)入到信息時(shí)代后，計(jì)算機(jī)得到了普及應(yīng)用，無(wú)論是日常生活中還是工作中，計(jì)算機(jī)都有非常重要的應(yīng)用，而在信息時(shí)代，注重的是解決問(wèn)題的效率。與其他解決問(wèn)題的方式相比，數(shù)學(xué)建模顯然更加科學(xué)，現(xiàn)在數(shù)學(xué)建模已經(jīng)成為了一門獨(dú)立的學(xué)科，很多高校中都開(kāi)設(shè)了這門課程，為了培養(yǎng)學(xué)生們利用數(shù)學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，我國(guó)每年都會(huì)舉辦全國(guó)性的數(shù)學(xué)建模大賽，采用開(kāi)放式的參賽方式，對(duì)學(xué)生們的數(shù)學(xué)建模能力進(jìn)行考驗(yàn)，而大賽的題目，很多都是一些實(shí)際問(wèn)題，對(duì)于比賽的結(jié)果，每個(gè)參賽隊(duì)伍的建模方式都有一定的差異，其中選出一個(gè)最有效的方式成為冠軍。由此可以看出，對(duì)于一個(gè)實(shí)際的問(wèn)題，可以建立多個(gè)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行解決，但是執(zhí)行的效率具有一定的差異，如有些計(jì)算的步驟較少，而有些計(jì)算的過(guò)程比較簡(jiǎn)單，而如何評(píng)價(jià)一個(gè)模型的效率，必須從各個(gè)方面進(jìn)行綜合的考慮。
2數(shù)學(xué)建模思想的應(yīng)用
2.1計(jì)算機(jī)軟件中數(shù)學(xué)建模思想的應(yīng)用
通過(guò)深入的分析可以知道，計(jì)算機(jī)之所以能夠解決實(shí)際問(wèn)題，很大程度上依賴與計(jì)算機(jī)軟件，而計(jì)算機(jī)軟件自身就是一個(gè)或幾個(gè)數(shù)學(xué)模型，在軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，首先要進(jìn)行需求的分析，這其實(shí)就是數(shù)學(xué)建模的第一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，在了解到問(wèn)題之后，就要通過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行描述，而計(jì)算機(jī)語(yǔ)言是人與計(jì)算機(jī)進(jìn)行溝通的語(yǔ)言，最終這些語(yǔ)言都要轉(zhuǎn)化成0和1二進(jìn)制的方式，這樣計(jì)算機(jī)才能夠進(jìn)行具體的計(jì)算。由此可以看出，計(jì)算機(jī)就是依靠數(shù)學(xué)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，而每個(gè)計(jì)算機(jī)軟件，都可以認(rèn)為是一個(gè)數(shù)學(xué)模型，如在早期的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)中，受到當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的限制，采用的還是低級(jí)語(yǔ)言，由于低級(jí)語(yǔ)言人們很難理解，因此在程序編寫之前，都會(huì)先建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型，然后將這個(gè)模型轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，這樣計(jì)算機(jī)就可以解決實(shí)際的問(wèn)題，由于計(jì)算機(jī)能夠自行計(jì)算的特點(diǎn)，只要輸入相應(yīng)的參數(shù)后，就可以直接得到結(jié)果，不再需要人為的計(jì)算。
2.2數(shù)學(xué)建模思想直接解決實(shí)際問(wèn)題
經(jīng)過(guò)了多年的發(fā)展，現(xiàn)在數(shù)學(xué)建模自身已經(jīng)非常完善，為了培養(yǎng)我國(guó)的數(shù)學(xué)建模人才，從1992年開(kāi)始，每年我國(guó)都會(huì)舉辦一屆全國(guó)數(shù)學(xué)建模大賽，所有的高校學(xué)生都可以參加，大賽采用了開(kāi)放性的參賽方式，通常情況下，對(duì)于題目設(shè)置的也比較靈活，會(huì)有多個(gè)題目提供給隊(duì)員選擇，學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際情況，來(lái)選擇一個(gè)最適合自己的問(wèn)題。而數(shù)學(xué)建模大賽舉辦的主要目的，就是讓學(xué)生們掌握如何利用數(shù)學(xué)理論，來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)的過(guò)程中，很多學(xué)生會(huì)認(rèn)為，數(shù)學(xué)與實(shí)踐的距離很遠(yuǎn)，學(xué)習(xí)的都是純理論的知識(shí)，學(xué)習(xí)的興趣很低，與一些實(shí)踐密切相關(guān)的學(xué)科相比，選擇數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生很少，而數(shù)學(xué)建模的出現(xiàn)，在很大程度上改善了這種情況，讓人們真正的了解數(shù)學(xué)，并利用數(shù)學(xué)來(lái)解決復(fù)雜的問(wèn)題。受到特殊的歷史因素影響，我國(guó)自然科學(xué)發(fā)展的起步較晚，在建國(guó)后經(jīng)歷了很長(zhǎng)一段時(shí)間封，閉發(fā)展，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家之間的交流比較少，因此對(duì)于數(shù)學(xué)建模等現(xiàn)代科學(xué)，研究的時(shí)間比較短，導(dǎo)致目前我國(guó)很少會(huì)利用數(shù)學(xué)建模來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，相比之下，發(fā)達(dá)國(guó)家在很多領(lǐng)域中，經(jīng)常會(huì)用到數(shù)學(xué)建模的知識(shí)，如在企業(yè)日常運(yùn)營(yíng)中，需要進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研等工作，而對(duì)于這些調(diào)研工作的處理，在進(jìn)行之前都會(huì)建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型，然后按照這個(gè)建立的模型來(lái)處理。
2.3數(shù)學(xué)建模思想應(yīng)用的發(fā)展
從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，數(shù)學(xué)是在實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)上，逐漸形成的一門學(xué)科，但是受到當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，雖然人們已經(jīng)懂得去計(jì)算，卻并知道自己使用的是數(shù)學(xué)知識(shí)，隨著自然科學(xué)的發(fā)展，對(duì)數(shù)學(xué)的應(yīng)用越來(lái)越多，而數(shù)學(xué)自身理論的發(fā)展速度很快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了實(shí)際應(yīng)用的范圍，同時(shí)隨著其他學(xué)科的發(fā)展，數(shù)學(xué)變成了一種計(jì)算的工具，因此數(shù)學(xué)應(yīng)用的第一個(gè)階段中，主要是作為一種工具。隨著電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，對(duì)數(shù)學(xué)的應(yīng)用達(dá)到了一個(gè)極限，人們?cè)跀?shù)學(xué)和物理的基礎(chǔ)上，制作出了能夠自動(dòng)計(jì)算的機(jī)器，在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的早期，受到性能和體積上的限制，只能進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算，還不能解決實(shí)際的問(wèn)題，但是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言和軟件技術(shù)的發(fā)展，使其在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，在計(jì)算的基礎(chǔ)上，能夠解決很多問(wèn)題，而軟件程序的開(kāi)發(fā)，其實(shí)就是建立數(shù)學(xué)模型的過(guò)程，由此可以看出，數(shù)學(xué)建模思想應(yīng)用的第二階段中，主要是以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備的方式，來(lái)解決實(shí)際的問(wèn)題。
3數(shù)學(xué)建模思想應(yīng)用的方法
3.1分析問(wèn)題
數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用都是為了解決實(shí)際問(wèn)題，雖然很多問(wèn)題都可以通過(guò)建模的方式來(lái)解決，但是并不是所有的問(wèn)題，因此在遇到實(shí)際問(wèn)題時(shí)，首先要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行具體的分析，首先就是看是否能夠轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)符號(hào)，如果能夠直接用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行描述，那么就可以容易的建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，但是通過(guò)實(shí)際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，遇到的問(wèn)題越來(lái)越復(fù)雜，其中很多都無(wú)法直接用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)描述，這就增加了數(shù)學(xué)建模的難度。由此可以看出，分析問(wèn)題作為數(shù)學(xué)建模的第一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，如果問(wèn)題分析的不夠具體，那么將無(wú)法建立出數(shù)學(xué)模型，同時(shí)對(duì)數(shù)學(xué)模型的建立也具有非常重要的影響，通過(guò)實(shí)際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，能夠建立高效率的數(shù)學(xué)模型，都是對(duì)問(wèn)題分析的比較徹底，甚至有些獨(dú)特的理解，只有這樣才能夠采用建立一個(gè)最簡(jiǎn)單的模型，而隨著數(shù)學(xué)建模自身的發(fā)展，現(xiàn)在建立模型的過(guò)程中，對(duì)于一個(gè)實(shí)際的問(wèn)題，經(jīng)常需要建立多個(gè)模型，這樣通過(guò)多個(gè)數(shù)學(xué)模型協(xié)同來(lái)解決一個(gè)問(wèn)題。
3.2數(shù)學(xué)模型的建立
在分析實(shí)際問(wèn)題后，就要用數(shù)學(xué)符號(hào)來(lái)描述要解決的問(wèn)題，這是建立數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，要想利用數(shù)學(xué)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，無(wú)論采用哪種方式，都要轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)語(yǔ)言，然后才能夠通過(guò)計(jì)算的方式解決，而數(shù)學(xué)模型的過(guò)程，就是在描述完成后，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，通常情況下，在分析問(wèn)題時(shí)，都能夠發(fā)現(xiàn)某種內(nèi)在的規(guī)律，這個(gè)規(guī)律是數(shù)學(xué)建模的基礎(chǔ)。如果無(wú)法找到這個(gè)規(guī)律，顯然就不能利用現(xiàn)有的一些數(shù)學(xué)定律，從而建立相應(yīng)的表達(dá)式，最后解決相應(yīng)的問(wèn)題，由此可以看出，分析問(wèn)題的內(nèi)在規(guī)律，是影響數(shù)學(xué)建模的重要因素，而這個(gè)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，除了在現(xiàn)有的數(shù)學(xué)知識(shí)外，也可以結(jié)合其他學(xué)科的知識(shí)，尤其是現(xiàn)在遇到的問(wèn)題越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)于以往簡(jiǎn)單的問(wèn)題，只需要建立一個(gè)簡(jiǎn)單的模型即可解決，而現(xiàn)在復(fù)雜的問(wèn)題，經(jīng)常需要建立多個(gè)模型。因此現(xiàn)在數(shù)學(xué)建模的難度越來(lái)越大，從近些年全國(guó)數(shù)學(xué)建模大賽的題目就可以看出，對(duì)于問(wèn)題的描述越來(lái)越模糊，甚至出現(xiàn)了一些歷史上的難題，而不同學(xué)生根據(jù)自己的理解，建立的模型也具有很大的差異，其中一些模型非常新穎，為實(shí)際問(wèn)題的解決提供了良好的參考，目前我國(guó)對(duì)數(shù)學(xué)建模的研究有限，尤其是與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，實(shí)踐的機(jī)會(huì)還比較少。
3.3數(shù)學(xué)模型的校驗(yàn)
在數(shù)學(xué)模型建立之后，對(duì)于這個(gè)模型是否能夠解決實(shí)際問(wèn)題，具體的執(zhí)行效率如何，都需要進(jìn)行校驗(yàn)，因此檢驗(yàn)是數(shù)學(xué)模型建立最后的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是非常重要的一個(gè)步驟，通常情況下，經(jīng)過(guò)校驗(yàn)都能夠發(fā)現(xiàn)模型中存在的一些問(wèn)題，從而進(jìn)行完善，這樣才能夠保證嚴(yán)謹(jǐn)性，在實(shí)際校驗(yàn)的過(guò)程中，要對(duì)數(shù)學(xué)模型的每個(gè)部分進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)輸入特定的數(shù)據(jù)，看得到的結(jié)果是否符合理論值，如果沒(méi)有問(wèn)題，就說(shuō)明該模型可以解決實(shí)際問(wèn)題。除了檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確外，校驗(yàn)還有另外一個(gè)作用，就是優(yōu)化模型，在選定數(shù)據(jù)后，能夠看到數(shù)學(xué)模型計(jì)算的整個(gè)過(guò)程，這時(shí)就可以對(duì)具體的細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，如哪部分可以減少計(jì)算的步驟，或者簡(jiǎn)化計(jì)算的方式等，這樣可以使整個(gè)模型更加科學(xué)、合理，由此可以看出，校驗(yàn)工作對(duì)于數(shù)學(xué)模型的建立，具有非常重要的意義。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)全文的分析可以知道，對(duì)于數(shù)學(xué)理論的應(yīng)用，從很久之前就已經(jīng)開(kāi)始了，但是數(shù)學(xué)建模思想的出現(xiàn)，卻是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，逐漸形成的一門學(xué)科，電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，在很大程度上改變了處理事情的方式，利用計(jì)算機(jī)軟件，只要輸入相應(yīng)的參數(shù)，就可以直接得到結(jié)果，這正是數(shù)學(xué)模型完成的任務(wù)，只是計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，省略了中間的計(jì)算過(guò)程，因此計(jì)算機(jī)軟件的方式，是數(shù)學(xué)建模思想最好的應(yīng)用方法，要想解決不同的問(wèn)題，只要建立不同的模型，然后編寫相應(yīng)的程序。
參考文獻(xiàn)：
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