在大學數(shù)學建模思想的應用分析
摘要：數(shù)學作為很多學科的計算工具，可以說是現(xiàn)代科學的基礎，要想利用數(shù)學來解決實際問題，首先要建立相應的數(shù)學模型，本文在數(shù)學建模思想概念和特點的基礎上，從計算機軟件、實際生活中的應用等方面，對其應用的發(fā)展進行了分析，最后從分析問題、建立模型、校驗模型三個階段，對數(shù)學建模的方法，進行了深入的研究。
關鍵詞：數(shù)學建模;思想;應用;方法;分析
引言
隨著自然科學的發(fā)展，利用數(shù)學等思想來解決實際問題，越來越受到人們的重視，數(shù)學作為一門歷史悠久的自然科學，是在實際應用的基礎上發(fā)展起來，但是隨著理論研究的深入，現(xiàn)在數(shù)學理論已經(jīng)非常先進，很多理論都無法付諸實踐，在這種背景下，如何利用現(xiàn)有的數(shù)學理論來解決實際問題，成為了很多專家和學者研究的問題。通過實際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，要想利用數(shù)學來解決實際問題，首先要建立相應的數(shù)學模型，將實際的問題轉(zhuǎn)化成數(shù)學符號的表達方式，這樣才能夠通過數(shù)學計算，來解決一些實際問題，從某種意義上來說，計算機就是由若干個數(shù)學模型組成的，計算機軟件之所以能夠解決實際問題，就是根據(jù)實際應用的需要，建立了一個相應的數(shù)學模型，這樣才能夠讓計算機來解決。
1數(shù)學建模思想分析
1.1數(shù)學建模思想的概念
數(shù)學是一門歷史悠久的自然科學，在古時候，由于實際應用的需要，人們就已經(jīng)開始使用數(shù)學來解決實際問題，但是受到當時技術條件的限制，數(shù)學理論的水平比較低，只是利用數(shù)學來進行計數(shù)等，隨著經(jīng)濟和科技水平的提高，尤其是在工業(yè)革命之后，自然科學得到了極大的發(fā)展，對于利用自然科學來解決實際問題，也成為了人們研究的重點，在市場經(jīng)濟的推動下，人們將這些理論知識轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)品。計算機就是在這種背景下產(chǎn)生的，在數(shù)學理論的基礎上，將電路的通和不通兩種狀態(tài)，與數(shù)學的二進制相結(jié)合，這樣就能夠讓計算機來處理實際問題，從本質(zhì)上來說，這就是數(shù)學建模思想的范疇，但是在計算機出現(xiàn)的早期，數(shù)學建模的理論還沒有形成，隨著計算機軟件技術的發(fā)展，人們逐漸的意識到數(shù)學建模的重要性，發(fā)現(xiàn)利用數(shù)學建模思想，可以解決很多實際的問題，而數(shù)學建模的概念，就是將遇到的實際問題，利用特定的數(shù)學符號進行描述，這樣實際問題就轉(zhuǎn)化為數(shù)學問題，可以利用數(shù)學的計算方法來解決。
1.2數(shù)學建模思想的特點
如何解決實際問題，從有人類文明開始，就成為了人們研究的重點，隨著自然科學的發(fā)展，出現(xiàn)了很多具體的學科，利用這些不同的學科，可以解決不同的實際問題，而數(shù)學就是其中最重要的一門學科，而且是其他學科的基礎，如物理學科中，數(shù)學就是一個計算的工具，由此可以看出數(shù)學的重要性，進入到信息時代后，計算機得到了普及應用，無論是日常生活中還是工作中，計算機都有非常重要的應用，而在信息時代，注重的是解決問題的效率。與其他解決問題的方式相比，數(shù)學建模顯然更加科學，現(xiàn)在數(shù)學建模已經(jīng)成為了一門獨立的學科，很多高校中都開設了這門課程，為了培養(yǎng)學生們利用數(shù)學解決實際問題的能力，我國每年都會舉辦全國性的數(shù)學建模大賽，采用開放式的參賽方式，對學生們的數(shù)學建模能力進行考驗，而大賽的題目，很多都是一些實際問題，對于比賽的結(jié)果，每個參賽隊伍的建模方式都有一定的差異，其中選出一個最有效的方式成為冠軍。由此可以看出，對于一個實際的問題，可以建立多個數(shù)學模型進行解決，但是執(zhí)行的效率具有一定的差異，如有些計算的步驟較少，而有些計算的過程比較簡單，而如何評價一個模型的效率，必須從各個方面進行綜合的考慮。
2數(shù)學建模思想的應用
2.1計算機軟件中數(shù)學建模思想的應用
通過深入的分析可以知道，計算機之所以能夠解決實際問題，很大程度上依賴與計算機軟件，而計算機軟件自身就是一個或幾個數(shù)學模型，在軟件開發(fā)的過程中，首先要進行需求的分析，這其實就是數(shù)學建模的第一個環(huán)節(jié)，對問題進行分析，在了解到問題之后，就要通過計算機語言，對問題進行描述，而計算機語言是人與計算機進行溝通的語言，最終這些語言都要轉(zhuǎn)化成0和1二進制的方式，這樣計算機才能夠進行具體的計算。由此可以看出，計算機就是依靠數(shù)學來解決實際問題，而每個計算機軟件，都可以認為是一個數(shù)學模型，如在早期的計算機程序設計中，受到當時計算機技術水平的限制，采用的還是低級語言，由于低級語言人們很難理解，因此在程序編寫之前，都會先建立一個數(shù)學模型，然后將這個模型轉(zhuǎn)化成相應的計算機語言，這樣計算機就可以解決實際的問題，由于計算機能夠自行計算的特點，只要輸入相應的參數(shù)后，就可以直接得到結(jié)果，不再需要人為的計算。
2.2數(shù)學建模思想直接解決實際問題
經(jīng)過了多年的發(fā)展，現(xiàn)在數(shù)學建模自身已經(jīng)非常完善，為了培養(yǎng)我國的數(shù)學建模人才，從1992年開始，每年我國都會舉辦一屆全國數(shù)學建模大賽，所有的'高校學生都可以參加，大賽采用了開放性的參賽方式，通常情況下，對于題目設置的也比較靈活，會有多個題目提供給隊員選擇，學生可以根據(jù)自己的實際情況，來選擇一個最適合自己的問題。而數(shù)學建模大賽舉辦的主要目的，就是讓學生們掌握如何利用數(shù)學理論，來解決實際問題，在學習數(shù)學知識的過程中，很多學生會認為，數(shù)學與實踐的距離很遠，學習的都是純理論的知識，學習的興趣很低，與一些實踐密切相關的學科相比，選擇數(shù)學專業(yè)的學生很少，而數(shù)學建模的出現(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，并利用數(shù)學來解決復雜的問題。受到特殊的歷史因素影響，我國自然科學發(fā)展的起步較晚，在建國后經(jīng)歷了很長一段時間封，閉發(fā)展，與西方發(fā)達國家之間的交流比較少，因此對于數(shù)學建模等現(xiàn)代科學，研究的時間比較短，導致目前我國很少會利用數(shù)學建模來解決實際問題，相比之下，發(fā)達國家在很多領域中，經(jīng)常會用到數(shù)學建模的知識，如在企業(yè)日常運營中，需要進行市場調(diào)研等工作，而對于這些調(diào)研工作的處理，在進行之前都會建立一個數(shù)學模型，然后按照這個建立的模型來處理。
2.3數(shù)學建模思想應用的發(fā)展
從本質(zhì)上來說，數(shù)學是在實際應用的基礎上，逐漸形成的一門學科，但是受到當時技術水平的限制，雖然人們已經(jīng)懂得去計算，卻并知道自己使用的是數(shù)學知識，隨著自然科學的發(fā)展，對數(shù)學的應用越來越多，而數(shù)學自身理論的發(fā)展速度很快，遠遠超過了實際應用的范圍，同時隨著其他學科的發(fā)展，數(shù)學變成了一種計算的工具，因此數(shù)學應用的第一個階段中，主要是作為一種工具。隨著電子計算機的出現(xiàn)，對數(shù)學的應用達到了一個極限，人們在數(shù)學和物理的基礎上，制作出了能夠自動計算的機器，在計算機出現(xiàn)的早期，受到性能和體積上的限制，只能進行一些簡單的數(shù)學計算，還不能解決實際的問題，但是計算機語言和軟件技術的發(fā)展，使其在很多領域得到了應用，在計算的基礎上，能夠解決很多問題，而軟件程序的開發(fā)，其實就是建立數(shù)學模型的過程，由此可以看出，數(shù)學建模思想應用的第二階段中，主要是以現(xiàn)代計算機等電子設備的方式，來解決實際的問題。
3數(shù)學建模思想應用的方法
3.1分析問題
數(shù)學模型的應用都是為了解決實際問題，雖然很多問題都可以通過建模的方式來解決，但是并不是所有的問題，因此在遇到實際問題時，首先要對問題進行具體的分析，首先就是看是否能夠轉(zhuǎn)化成數(shù)學符號，如果能夠直接用數(shù)學語言來進行描述，那么就可以容易的建立相應的數(shù)學模型，但是通過實際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展，遇到的問題越來越復雜，其中很多都無法直接用數(shù)學語言來描述，這就增加了數(shù)學建模的難度。由此可以看出，分析問題作為數(shù)學建模的第一個環(huán)節(jié)，也是最重要的一個環(huán)節(jié)，如果問題分析的不夠具體，那么將無法建立出數(shù)學模型，同時對數(shù)學模型的建立也具有非常重要的影響，通過實際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，能夠建立高效率的數(shù)學模型，都是對問題分析的比較徹底，甚至有些獨特的理解，只有這樣才能夠采用建立一個最簡單的模型，而隨著數(shù)學建模自身的發(fā)展，現(xiàn)在建立模型的過程中，對于一個實際的問題，經(jīng)常需要建立多個模型，這樣通過多個數(shù)學模型協(xié)同來解決一個問題。
3.2數(shù)學模型的建立
在分析實際問題后，就要用數(shù)學符號來描述要解決的問題，這是建立數(shù)學模型的準備環(huán)節(jié)，要想利用數(shù)學來解決實際問題，無論采用哪種方式，都要轉(zhuǎn)化成數(shù)學語言，然后才能夠通過計算的方式解決，而數(shù)學模型的過程，就是在描述完成后，建立相應的數(shù)學表達式，通常情況下，在分析問題時，都能夠發(fā)現(xiàn)某種內(nèi)在的規(guī)律，這個規(guī)律是數(shù)學建模的基礎。如果無法找到這個規(guī)律，顯然就不能利用現(xiàn)有的一些數(shù)學定律，從而建立相應的表達式，最后解決相應的問題，由此可以看出，分析問題的內(nèi)在規(guī)律，是影響數(shù)學建模的重要因素，而這個規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，除了在現(xiàn)有的數(shù)學知識外，也可以結(jié)合其他學科的知識，尤其是現(xiàn)在遇到的問題越來越復雜，對于以往簡單的問題，只需要建立一個簡單的模型即可解決，而現(xiàn)在復雜的問題，經(jīng)常需要建立多個模型。因此現(xiàn)在數(shù)學建模的難度越來越大，從近些年全國數(shù)學建模大賽的題目就可以看出，對于問題的描述越來越模糊，甚至出現(xiàn)了一些歷史上的難題，而不同學生根據(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，為實際問題的解決提供了良好的參考，目前我國對數(shù)學建模的研究有限，尤其是與西方發(fā)達國家相比，實踐的機會還比較少。
3.3數(shù)學模型的校驗
在數(shù)學模型建立之后，對于這個模型是否能夠解決實際問題，具體的執(zhí)行效率如何，都需要進行校驗，因此檢驗是數(shù)學模型建立最后的一個環(huán)節(jié)，也是非常重要的一個步驟，通常情況下，經(jīng)過校驗都能夠發(fā)現(xiàn)模型中存在的一些問題，從而進行完善，這樣才能夠保證嚴謹性，在實際校驗的過程中，要對數(shù)學模型的每個部分進行驗證，通過輸入特定的數(shù)據(jù)，看得到的結(jié)果是否符合理論值，如果沒有問題，就說明該模型可以解決實際問題。除了檢驗模型的準確外，校驗還有另外一個作用，就是優(yōu)化模型，在選定數(shù)據(jù)后，能夠看到數(shù)學模型計算的整個過程，這時就可以對具體的細節(jié)進行優(yōu)化，如哪部分可以減少計算的步驟，或者簡化計算的方式等，這樣可以使整個模型更加科學、合理，由此可以看出，校驗工作對于數(shù)學模型的建立，具有非常重要的意義。
4 結(jié)語
通過全文的分析可以知道，對于數(shù)學理論的應用，從很久之前就已經(jīng)開始了，但是數(shù)學建模思想的出現(xiàn)，卻是隨著計算機技術的發(fā)展，逐漸形成的一門學科，電子計算機的出現(xiàn)，在很大程度上改變了處理事情的方式，利用計算機軟件，只要輸入相應的參數(shù)，就可以直接得到結(jié)果，這正是數(shù)學模型完成的任務，只是計算機的出現(xiàn)，省略了中間的計算過程，因此計算機軟件的方式，是數(shù)學建模思想最好的應用方法，要想解決不同的問題，只要建立不同的模型，然后編寫相應的程序。
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