我們(men) 知道美國大學生數學建模競賽一共6道賽題。合理的選題可以幫助團隊在解題前期快速上手,後期深度刨析問題。為(wei) 什麽(me) 強調前期和後期?首先,前期如果卡住,不僅(jin) 會(hui) 影響後期進度,更會(hui) 嚴(yan) 重影響參賽選手的心情,解題效率甚至是團隊合作,前期如果順利,選手們(men) 的信心也會(hui) 增強。而在後期,如果團隊具有充足的時間和豐(feng) 富的知識儲(chu) 備,便有時間和精力攻克賽題中的難點,而難點即得分點!
所以毫不誇張的說,正確的選題是成功的一半!選題原則如下:
原則1:集體(ti) 商議 考慮團隊各成員的專(zhuan) 業(ye) 背景,相互交流,選擇熟悉的領域。尤其是建模隊員和編程隊員應該討論賽題的前期處理思路,比如數據方麵,美賽的數據是出了名的坑!要麽(me) 是完全不給數據,全得靠自己找,而且找數據的難度特別大,選用數據的質量對結果影響非常大;要麽(me) 是給一大堆數據,前期要花費很多時間篩選。此外,選擇和團隊專(zhuan) 業(ye) 相關(guan) 的賽題,可以幫助你們(men) 把握賽題的本質,相比其它專(zhuan) 業(ye) 的“門外漢“,你們(men) 對於(yu) 賽題的理解更加深刻,問題的處理方法也更加專(zhuan) 業(ye) 。
原則2:揚長避短 首先要明確的一點是,所謂難易從(cong) 來都是相對實力而言的,某個(ge) 賽題對於(yu) 你們(men) 小組來說難度大,但對於(yu) 其它恰好有相關(guan) 專(zhuan) 業(ye) 成員的小組來說,就是“送分題”,可能你們(men) 是報著“選擇難題的隊伍少,獲獎率高”的心態,結果卻適得其反,和行家成了對手。要學會(hui) 揚長避短,利用好自己的優(you) 勢!
原則3:求穩求全,顧全大局 經常會(hui) 出現這樣一種情況:拿到選題後看到某個(ge) 小問題就在腦子出現了一個(ge) 絕妙的思路,或者發現了之前做過的類似問題,以為(wei) 用絕妙的方法解決(jue) 這個(ge) 問題就能成為(wei) 論文的亮點,和其它競爭(zheng) 隊伍拉開差距,但萬(wan) 一這個(ge) 賽題中隻有其中一個(ge) 問題對你們(men) 而言是簡單的,其它問題難度大或者用不了什麽(me) 特殊的方法呢?選題時務必把每個(ge) 小問題都關(guan) 注到,評估一下整體(ti) 難度和做出來的可能性,要顧全大局。
看到這裏,你們(men) 已經對如何選題有了大體(ti) 的認識,接下來我們(men) 細化到具體(ti) 的題型,幫助大家更加細致的篩選。
MCMICMA連續型D運籌學/網絡科學B離散型E環境科學C大數據F政策
如上表所示,美賽的6種題型特點不同。我們(men) 以最新的21年賽題為(wei) 例,分析一下每類題型(具體(ti) 題目請同學們(men) 仔細查閱)。並且推薦適合選擇的小組和建議先修課程。
問題A-3:“提供對模型的分析並描述不同類型真菌之間的相互作用。相互作用的動力學特性和描述應包括短期和長期趨勢。您的分析應檢查對環境快速波動的敏感性,並應確定不斷變化的大氣趨勢的總體(ti) 影響,以評估當地天氣模式變化的影響。“
從(cong) 加粗的關(guan) 鍵詞可以看出,這是典型的連續型問題。要描述變化趨勢,並且分析變量的敏感性,最恰當的方法就是建立微分方程。這類題目適合數學/物理能力強的小組。
建議先修課程:《常微分方程》、《偏微分方程》、《數理統計》。
問題B-1:“創建一個(ge) 模型,以確定 SSA 無人機和無線電中繼無人機的最佳數量和組合,以便為(wei) 維多利亞(ya) 州國家消防局(CFA)擬議的新部門“快速叢(cong) 林火反應”購買(mai) 。您的模型應該平衡能力和安全性與(yu) 經濟性,並考慮觀測和通信任務的需求和地形。您的模型還應將火災事件的大小和頻率作為(wei) 參數。“
從(cong) 加粗的關(guan) 鍵詞可以看出,這是一道約束優(you) 化問題,屬於(yu) 離散型問題。此外要注意,數學建模鍾愛無人機(UAV)問題,剛剛過去的2021年B題就是以無人機為(wei) 背景,而2019年美賽B題考的是無人機救災規劃問題,2017年中國研究生數學建模競賽A題也是考察無人機在搶險救災中的優(you) 化運用。這是因為(wei) 無人機相關(guan) 的問題綜合性高、考察方麵廣、求解難度大,比如無人機搜集的數據可以考察數據分析能力、無人機運送貨物可以考察裝箱問題、無人機的路徑可以考察路徑規劃算法、不同種無人機的搭配可以考察規劃模型…這類題目適合數學能力強的小組。
建議先修課程:《運籌學》、《隨機過程》。
問題C-2:“大多數報道的目擊事件都把其他黃蜂誤認為(wei) 是胡蜂。僅(jin) 使用提供的數據集文件和(可能)提供的圖像文件來創建、分析和討論一個(ge) 預測錯誤分類可能性的模型。”
從(cong) “數據集”這個(ge) 關(guan) 鍵詞可以看出這道題目和數據處理相關(guan) 性非常大,此外,出題方強調了“這是一個(ge) 統計建模練習(xi) ”、“定義(yi) 您使用的所有指標和成本函數”、“參數的任何估計應包括區間估計”、“任何結果應包括對結果擬合優(you) 度的估計”等。因此,這類賽題適合統計學、大數據相關(guan) 專(zhuan) 業(ye) 的小組。
建議先修課程:《數理統計》、《回歸分析》、《機器學習(xi) 》。
問題D-1:“使用 Influence_Data數據集或其中的一部分創建音樂(le) 影響力的(多個(ge) )定向網絡,其中影響者連接到追隨者。開發參數來捕捉這個(ge) 網絡中的‘music influence’。通過創建定向影響者網絡的子網絡來探索音樂(le) 影響力的子集。描述此子網。在這個(ge) 子網絡中,你的‘music influence’指標揭示了什麽(me) ?“
從(cong) 加粗的關(guan) 鍵詞可以看出,這是典型的網絡科學問題。
由於(yu) D、E、F屬於(yu) ICM賽題,主要涉及交叉學科問題,因此不再推薦適合的團隊和課程。請同學們(men) 根據團隊實際情況在選題時靈活選擇。
問題E-1:“如果食品係統為(wei) 了公平和可持續發展而優(you) 化,會(hui) 發生什麽(me) ?這一製度與(yu) 目前的製度有何不同?這樣的製度需要多長時間才能實施?”
從(cong) 加粗的關(guan) 鍵詞可以看出,這是典型的環境科學問題。
最後說一下最為(wei) 特殊的F題,F題素有“語文建模”之稱。
問題F-1、2、4、5:
“1、開發並驗證一個(ge) 模型或一套模型,使您能夠評估任何國家高等教育係統的健康狀況;
將你的模型應用到幾個(ge) 國家,然後根據你的分析選擇一個(ge) 高等教育係統有改進空間的國家;
2、為(wei) 你選擇的國家的係統提出一個(ge) 可實現的、合理的藍圖,以支持一個(ge) 健康和可持續的高等教育係統;
4、提出目標明確的政策和實施時間表,以支持從(cong) 當前狀態遷移到您建議的狀態;
5、使用您的模型來確定和/或評估您的政策的有效性;“
“藍圖”、“政策”、“時間表”,這些政策類問題不方便定量分析,一般需要大段的文字描述,因此F題被戲稱為(wei) “語文建模”,但大家想一下,如何在“語文建模”中用“數學建模”搶占優(you) 勢?那就是對於(yu) 問題的分析要建立在數學、數據的基礎上,比如題目中要求建立的評估模型可以用層次分析法,“藍圖”和“時間表”可以建立在預測的結果上,這個(ge) 預測結果可以來源於(yu) 預測模型。
總之,適合自己團隊的賽題才是最好的,在正式比賽開始前,同學們(men) 可以模擬演練幾套真題,嚐試一下不同賽題的風格,找到自己團隊的專(zhuan) 屬“上分題”!
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