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  • 第一次参加数学建模的感想(附报告) 2015-04-15

    上周三,上完思修课后我和小组成员争分夺秒地赶制了数模竞赛的程序。刚完事儿不久,笔记本就没电了。中午去实验室插上电,又把报告赶了出来,下午打印好后交了上去。 Deadline真是第一生产力。

    数学建模很早就有所耳闻,感觉是非常有意思的一种比赛。据我前期了解,A题一般是连续的题,B题是离散的题,C题则是和其他学科综合性比较强的题。我们这次参加的是一个校级的预赛,但A、B题还是不会。A题是探讨红绿灯中黄灯的时长安排问题,听说需要用微分方程云云,吓尿了。B题看上去像是旅行商问题,按理说是我们计算机专业的长项,但觉得其中内容还没学习,以我们现在的编程能力和数学能力恐怕难以攻下。于是我们便选了C题,规划合理定价。

    C题看上去比较水,题目要求是这样的:

    2015年北京工业大学“太和顾问杯”数学建模竞赛初赛 C题:最优价格确定 一家公司在22个近似相等大小的城市尝试销售一种新的软饮料。销售价格以及在这些城市中每周的销量如表1所示。 表1:销售价格(单位:元)及每周的销量(单位:件)
    城市 销售价格 销量/周 城市 销售价格 销量/周
    1 3.54 3980 12 2.94 6000
    2 4.80 2200 13 6.54 1190
    3 5.70 1850 14 5.70 1960
    4 2.70 6100 15 4.74 2760
    5 4.74 2100 16 3.90 4330
    6 5.94 1700 17 2.70 6960
    7 5.40 2000 18 3.60 4160
    8 3.90 4200 19 5.34 1990
    9 4.74 2440 20 4.74 2860
    10 4.14 3300 21 5.94 1920
    11 4.74 2300 22 5.10 2160
     
    1. 公司想要找出 “理想的销售价格曲线”,即在每一种可能的价格下,每周的销量是多少?
    2. 在研究了试销结果后,公司将设置一个全国统一的销售价,已知每件产品的成本是38元,公司定价是多少时,使公司获得的利润达到最大?
    3. 对你的计算结果作可靠性分析。

    A题我们用Excel导入了数据,排序后画了散点图。 每周销量随销售价格的变化趋势

    这个图上没有R2,后来给加上了,听说能反映拟合的程度。

    在线性和弯的拟合曲线中犹豫了一会儿,我判断直线虽然能较好反映数据趋势,但曲线能完成预测数据的功能,所以选择了三次多项式。

    然后我们就发挥计算机专业的特长啦,用Java把公式做成了程序,输入价格(x),输出预测销量(y)。

    我觉得最有笑点的地方就在于这个程序。我尝试了很多x的输入,发现当x越来越大时,销量越来越少,为0时我觉得就卖不出去了。当销售价格为负,还越来越小时,销量就越来越大,而且增加的趋势也是越来越大。我脑补了一种喜感的画面:倒贴钱白送,倒贴越多,场面越火爆,而且火爆程度呈指数上升。 应该抓来一个经管院的同(gu)学(niang)来问问。

    早前便装过Mathematica,当时是为了玩细胞自动机。这次终于派上用场了…使用难度真大,折腾到最后也没成功弄出自定义函数。但总之目的基本是实现了。就看在Wolfram大神的面子上,初赛也得给我们过了吧。

    利润随定价的变化曲线 最佳定价

    看上去就很专业对吧!不管怎么说,总归是比手算好。你问我怎么靠极限求最值?呃…

    非常感谢数理学院的朋友纪天骄,她为我提供了此次比赛许多信息。她说A题网上有答案,所以交的人很多…哎,感觉从网上抄一份也挺不值当的。虽然这次比赛过了初赛可以拿到2个创新学分,但大学里那么多机会,说啥几年下来创新学分也够了。如果为了功利性的目的而失去了感受这么好玩的竞赛的机会,那也是太可惜了。

    数模我觉得有两方面吸引我,一是大家都在谈的,对实际问题进行数学建模,总结规律,进行假设和预测,最后实践检验。这个过程是我非常享受的。我觉得,这是一种由现象或需求向理论和抽象转化的过程,是科学研究中非常基本的内容。当年的伽利略,开普勒,牛顿,不都是在进行数学建模吗?数学模型建立后,就会有非常强大的数学工具,可以创造科技产品,进一步推动生产效率和生产力。比如这题,最终的最优定价,如果靠人的直觉恐怕是很难得出的。当然,以我们这题的简单程度,我们的成果都难以称之为“模型”,恐怕也就是个“简单的数据分析”吧。

    我们考虑到的变量、因素都太少。我们得出的最有价格是3.5元,其他小组就有3.6元。我们忽略一些数据中的内容(譬如同一城市同一定价销量却不同),更多的是我们意识不到许多应考虑到的变量。比如,如果我们的模型中没有考虑到任何经济学的知识,想必真正的市场跟单纯由数据导出的曲线存在着很大差异。

    数据分析很流行,但人的直觉总是有着生存的空间,我的看法是,数据分析往往会存在错误、疏漏,而人的直觉有时候能在宏观上做出相对更加正确的决策。比如NBA里的数据达人,火箭队经理莫雷,热衷于对球员和比赛进行数据分析。他曾对范甘迪说(大意):“如果一节最后还剩下20多秒,两次仓促的快攻好于一次压时间的阵地战。”范甘迪不信呀,他问莫雷:“如果我按你说的做,我能多赢多少比赛?”莫雷一愣,赶忙回去计算,汇报给教练:“每两个赛季多赢一场。”范甘迪根本就没理这套。莫雷和库班都热衷于大数据在NBA中的应用,我觉得那也是一种数学模型的建立吧,分析巨量的数据,形成人类直观易懂的预测。但为总是有人相信“直觉”呢?我觉得,所谓直觉,有时候能在潜意识中考虑到一些难以被预测到的变量和因素、或是直觉更善于总结经验,不研究而是使用因果关系。你看,NBA中像拉里伯德一样不相信数据分析的老牌总经理总是有一席之地的。

    当然,事实和历史都告诉了我们,精确的数学模型比模糊的因果关系更有用。中国古代儒家佛家的智慧不可谓不少,但它们都过于模糊,甚至故意回避精确。古代数学和科学的萌芽不仅早还广泛,说明我们东方人也是很聪明,但文化制约了科学技术的进一步成长。

    回到数学建模。除了抽象出模型这件事令我开心,我还喜欢写报告。我觉得,能把思维的成果用文字和图像展现给大家,是一件非常愉悦身心的事。当我用Mathematica画出那个“最大利润随定价变化的曲线”时,多巴胺的分泌绝对比平时多。由纷繁、冰冷的数字,得出了如此直观、和善的图像,像是大脑在用智力活动使局部的熵减少了,多么奇妙。同时,我也喜欢文字表达的过程。我的表达能力较为一般,文字表达能力相比语言又差了一大截。书写报告,我不仅仅得让我的大脑明白眼前的东西都是什么,还得让别人也能轻松、正确地进行理解,多有意思。如果一种思想无法被表达出来,又无法被人们所理解,那这种思想无异于不存在吧。也不一定,我指的是我们普通人,维特根斯坦那样的…另当别论吧。

    也许你能感受得到,哪怕是我的这篇文章,也存在着思维不顺,措辞混乱的现象。我正在靠写博客练习我的书面表达能力,希望能早日写出流畅的文字。

    数学建模很有意思,希望以后还能多参与。不求拿什么奖,自己开心就好。

    附上报告:数学建模报告 C题

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