数学建模常见算法说明以及建模过程中的问题

 1、建模步骤

模型的建立:当有两个模型套用时,说的高端点,说成是前两个字组合后新名字的算法,其实是两个模型的叠加 

模型的分析:表层的分析(从图表中能够看出什么)+深层次的分析

模型的检验:例如,给100年数据预测未来10年数据,我们可以将数据按照7:3的比例拆分,用70的来预测未来30年的数据,然后两个30年来做精度比较。用已知数据去检验预测或评价的数据,得到一个精度系数或者误差因子,再带入模型求解或未来预测中。

2、数学建模问题

  1.数据处理  2.关联与分析 3.分类与判别  4.评价与决策  5.预测与预报  6.优化与控制

(1)数据处理问题

①插值拟合

主要用于对数据的补全和基本的趋势分析

②小波分析,聚类分析(高斯混合聚类,K-均值聚类等等)

主要用于诊断数据异常值并进行剔除

③主成分分析、线性判别分析、局部保留投影等

主要用于多维数据的降维处理,减少数据冗余

均值、方差分析、协方差分析等统计方法

主要用于数据的截取或者特征选择

(2)关联与因果

①灰色关联分析方法(样本点的个数较少)

②Superman或kendall等级相关分析

③Person相关(样本点的个数比较多)

④Copula相关(比较难,金融数学,概率密度)

⑤典型相关分析(因变量Y1234,自变量组X1234,各自变量组相关性比较强,问哪一个因变量与哪一个自变量关系比较紧密?)

(3) 分类与判别

①距离聚类(系统聚类)常用

②关联性聚类(常用)

③层次聚类

④密度聚类

⑤其他聚类

⑥贝叶斯判别(统计判别方法)

⑦费舍尔判别(训练的样本比较少)

⑧模糊识别(分好类的数据点比较少)

(4)评价与决策

①模糊综合评判:评价一个对象优、良、中、差等层次评价,评价一个学校等,不能排序

②主成分分析:评价多个对象的水平并排序,指标间关联性很强。

③层次分析法:做决策,通过指标,综合考虑做决定

④数据包络(DEA)分析法:优化问题,对各省发展状况进行评判

⑤秩和比综合评价法:评价各个对象并排序,指标间关联性不强

⑥神经网络评价:适用于多指标非线性关系明确的评价

⑦优劣解距离法(TOPSIS法)

⑧投影寻踪综合评价法:糅合多种算法,比如遗传算法、最优化理论

⑨方差分析、协方差分析等

  方差分析:看几类数据之间有无差异,差异性影响,例如:元素对麦子的产量有无影响,差异量的多少;(1992年作物生长的施肥问题)

  协方差分析:有几个因素,我们只考虑一个因素对问题的影响,忽略其他因素,但注意初始数据的量纲以及初始情况。(2006年,艾滋病疗法的评价以及预测问题

5)预测与预报

主要有五种:

小样本内部预测-回归拟合(内部预测,如用身高 体重得预测性别)

大样本的内部预测-逻辑回归

小样本的未来预测-灰色预测(外部预测:用前10年预测第十一年)

大样本的随机因素或周期特征的未来预测-时间序列

大样本的未来预测-神经网络,小波神经网络

①灰色预测模型(

  满足两个条件可用:

  a数据样本点个数少,6-15个

  b数据呈现指数或曲线的形式

②微分方程预测(备用)

无法直接找到原始数据之间的关系,但可以找到原始数据变化速度之间的关系,通过公式推导转化为原始数据之间的关系。

③回归分析预测(

  求一个因变量与若干自变量之间的关系,若自变量变化之后,求因变量如何变化;

  样本点的个数有要求:

  a自变量之间协方差比较小,最好趋于零,自变量间的关系小;

  b样本点的个数n>3k+1,k为自变量的个数;

  c因变量要符合正态分布

④马尔科夫预测(备用)

  一个序列之间没有信息的传递,前后没有联系,数据与数据之间随机性强,相互不影响;今天的温度与昨天、后天没有直接联系,预测后天温度高、中、低的概率,只能得到概率

⑤时间序列预测(

  与马尔科夫预测互补,至少有2个点需要信息的传递,ARMA模型,周期模型,季节模型等。

⑥小波分析预测

⑦神经网络预测

⑧混沌序列预测

6)优化与控制

①线性规划、整数规划、0-1规划(有约束,确定的目标)

②非线性规划与智能优化算法

③多目标规划和目标规划(柔性约束,目标含糊,超过)

④动态规划

⑤图论、网络优化(多因素交错复杂)

⑥排队论与计算机仿真

⑦模糊规划(范围约束)

⑧灰色规划(难)

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