計算機技術與數學建模的有機聯繫

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計算機是數學建模的產物,同時計算機技術的發展又極大地推動了數學建模活動,以下是小編蒐集整理的一篇探究計算機技術在數學建模重要性的論文範文,歡迎閱讀參考。

計算機技術與數學建模的有機聯繫

 摘 要 本文闡述了計算機技術對數學建模的影響, 以及它在數學建模競賽中的應用,結合2012年全國大學生數學建模競賽題目重點分析了數學建模的特點,探討了多種計算機技術在數學建模中不可或缺的作用,爲更好地開展數學建模,提出了建設性思路和方法。

關鍵詞 數學建模 計算機技術 計算機模擬

一、引言

計算機科學技術的迅猛發展,給許多學科帶來了巨大的影響。它不但使問題的求解變得更加方便、快捷和精確,而且使解決實際問題的領域變得更加廣泛。計算機適合於解決那些規模大、難以解析的數學模型。在歷屆國際和中國大學生的數學建模(MCM)競賽中,學生經常用計算機模擬方法求解,然後解釋驗證以及指導實際問題。這個過程如果用人工實現,費時費力且短時期內可能得不到很好的解決,如果藉助計算機來完成這些過程,就從根本上加快了數學建模全過程的進度,使數學建模的發展如虎添翼[1]。因此,計算機技術是數學建模過程中不可缺少的工具和手段,數學建模也把大學生學習計算機技術與研究數學科學兩者緊密結合在一起。

二、計算機技術在數學建模中的重要性

衆所周知,計算機是數學建模的產物,同時計算機技術的發展又極大地推動了數學建模活動,計算機高速的運算能力,非常適合數學建模過程中的數值計算;它的大容量貯存能力以及網絡通訊功能,使得數學建模過程中資料存貯、檢索變得方便有效;它的多媒體化,使得數學建模中一些問題能在計算機上進行更爲逼真的模擬;它的智能化,能隨時提醒、幫助我們進行數學模型求解[2]。近年來的數學建模競賽對學生的計算機技術的要求是越來越高,幾乎所有的競賽題目都涉及大量的數值計算或邏輯運算,因此不掌握計算機技術和相關數學軟件的使用很難取得較好成績的。因此,計算機技術和數學建模之間具有密不可分的聯繫,兩者只有有機結合,纔能有效地提高學生靈活運用理論知識的能力、知識遷移的能力、實際應用能力以及分析問題和解決問題的能力[3]。

三、數學建模競賽中計算機技術的應用分析

(一)運用網絡查詢有關數據和資料

計算機信息檢索有助於我們理解題意。數學建模競賽中的題目涉及的領域廣泛,從傳統的'力學、物理等領域擴展到生物、化學、經濟、金融、信息、材料、環境、能源……等自然科學乃至社會科學領域[4]。參賽者不可能事先對競賽題目中出現的專業問題都有較深入的瞭解,大多是通過計算機網絡檢索獲得相關資料,通過文獻資料的檢索可以知道別人在這個方面做的工作,取得了哪些進展,還存在什麼沒有解決的問題,問題的難點、關鍵點在哪裏等。因而計算機信息檢索能力的高低直接影響着數學模型建立的效果。

(二)運用數學應用軟件進行數據分析

隨着計算機技術的發展,數學應用軟件的出現爲大家提供了有效的工具。目前比較流行的數學軟件有MATLAB、Mathematica、Maple、SAS、SPSS等它們的功能十分強大,對在數學建模競賽中涉及到的數學方面的計算,利用這些軟件大部分能得到很好的解決。

(三)運用圖像處理軟件對結果進行模擬

有些競賽的題目涉及到圖像處理的問題,即對事物的結構或構建方法進行描述或動態演示,如2012年全國大學生數學建模競賽中的B題是關於太陽能小屋的設計問題,題目給出了小屋的外觀尺寸圖,要求在考慮多方面因素影響下,爲建築物外表面鋪設光伏電池,並畫出小屋的外形圖。通過詳細的分析和多次的數據處理後得到建立模型的思路,光有方法還不行,還要利用計算機和圖形處理軟件Photoshop、Flash、3D Max等建立圖形。這種用圖形來模擬的方法簡單、直觀,可將數學模型的求解結果用可視化、動態化的形式表現出來,還能夠以視覺圖像方式對模型的結果進行進一步的分析。

(四)運用計算機編程解決複雜問題

在數學建模過程中,如果所要求解的問題在數學軟件中沒有現成的工具來求解,或者出現原始實驗數據格式不正確,質量不高,甚至無法直接導入計算機專業軟件,也就無法進行進一步的處理和分析,我們可以利用計算機語言(如C、Visual BASIC等)編程完成對模型的求解,這樣能避免低水平的重複勞動,從而節省時間,提高效率。(以下是2012全國大學生數學建模競賽中A題的部分代碼)

Private Sub M_New_Click()

elError = True

er = “EXCEL數據文件|*"

Save

If Name <> "" Then

Set xlsApp = CreateObject("ication")

Set xlsWorkbook =

Set xlsSheet = ts(1)

For i = 1 To 27

For j = 1 To 8

s(i, j)e = jg(i, j)

Next j

Next i

As (Name)

Set xlsSheet = Nothing

Set xlsWorkbook = Nothing

Set xlsApp = Nothing

End If

End Sub

四、結束語

計算機技術的應用在整個數學建模中十分重要,從信息檢索、模型計算到論進學生使用計算機解決實際問題能力的文的編輯和打印都離不開計算機。在計算機技術的支持下進行數學建模,可以使數學模型的建立、求解、演算和表達更加方便,也能促培養,增強學生的自主學習意識和實踐創新能力[5]。同時,使用計算機進行輔助數學建模,也在客觀上促進了計算機技術的發展,兩者是相得益彰的。因此,計算機技術與數學建模的融合,極大地推動了數學建模的發展,使其跨入了一個新的時代。

參考文獻:

[1]劉來福,曾文藝.數學模型與數學建模[M].北京:北京師範大學出版, 1997: 28-39.

[2]朱光軍.計算機在數學建模比賽中的應用[J].廣西大學學報,2003年10月 第28卷 增刊:50-53.

[3]劉華.加強培養學生在數學建模中運用計算機的能力[J].甘肅聯合大學學報(自然科學版,2009,23(4):121-125.

[4]李大潛.數學建模與素質教育[J].中國大學教育,2002(10):41-43.

[5]韋程東.指導學生參加全國大學生數學建模競賽的探索與實踐[J].高教論壇,2007(1):27-29.