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探讨数学建模的标准流程:在数学建模过程中寻求最佳解所依赖的数学工具?

数学建模中探寻最佳解决方案所需采用的数学工具有哪些?

优化策略是指在一系列客观或主观的限制条件下,旨在合理分配有限资源,使所关注的某个或多个指标实现最大化(或最小化)的数学理论及方法,这是运筹学中的一个关键分支。

关键组成部分:决策变量(decision variable)、目标函数(objective function)、限制条件(constraints)。

可行区域:所有满足限制条件的x值范围。

可行解:可行区域内的每一个解称作可行解。

最佳解:使目标函数达到最佳水平的解。包括全局最佳解和局部最佳解。

最佳值:最佳解对应的目标函数值。

建模背景

数学应用

近半个世纪以来,随着计算机技术的飞速进步,数学在工程技术、自然科学等领域的应用日益广泛,并以前所未有的广度和深度渗透到经济、管理、金融、生物、医学、环境、地质、人口、交通等新兴领域,数学技术已成为当代高新技术的重要组成部分。

数学模型(Mathematical Model)是对实际课题本质属性的抽象、简洁描述,它使用数学符号、公式、程序、图形等手段,可能解释某些客观现象,可能预测未来发展趋势,或为控制某一现象提供某种程度上的最优或较好策略。

数学模型通常并非直接反映现实问题,其构建往往需要深入细致地观察和分析现实问题,同时灵活巧妙地运用各种数学知识。将实际课题抽象、提炼为数学模型的过程,称为数学建模(Mathematical Modeling)。

数学建模中的优化策略

1、多目标优化问题。

对于教师和学生满意度,可以用多个关键指标来衡量,例如教师的工作效率、工作强度及往返强度等,如定义:

效率w=教师的实际授课时间/(教师坐班车时间+授课时间+在学校逗留时间)。

然后,教师的满意度S1为多个关键指标的加权平均。注意无量纲量和有量纲量的加权平均的归一化问题。

对于学生,可以定义每门课的周频次、每天上课频次等。

对于学校满意度,可以定义班车出动次数,该指标与教师的某一指标相关联,教室和多媒体设备的周期频次和使用时长等。

2、根据第一个问题中的模型进行数据求解。

3、将教师、学生和学校的满意度作为评价指标。

4、根据结果提出合理化建议。

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