数学建模模型速查
1. 对变化建模
1.1 比例性
变量 x,y 互成比例,可以建模为
例如: 弹簧系统
1.2 差分方程
两个时间段的值的差值等于上一刻值的线性或者非线性函数,表示变化量大小
例子:
- 储蓄
a_{n+1}-a_n=0.01a_n0.01 为年化收益
- 贷款
a_{n+1}-a_n=0.01a_n-1000.01 为每年利息比率, 100 每年还款数
- 生物种群生长
a_{n+1}-a_n=a_n(300-a_n)种群在 a_0 开始增长,增长到 300 时增长率为 0
1.3 动力系统
这一个时间刻的值为上一时间刻的倍数
当 |r|>1 时发散(长期行为为稳定平衡点);
|r|=1 时看情况(长期行为为不稳定平衡点,为直线);
|r|<1 时收敛(长期行为为不稳定平衡点)
当 n\to\infty 时,如果 |r|<1 ,
当 r\neq1
例子:
- 储蓄
a_{n+1}=1.01a_n0.01 为年化收益
- 贷款
a_{n+1}=1.01a_n-1000.01 为每年利息比率, 100 每年还款数
非线性方程组:
1.4 差分方程组
设 O_{n+1} 为 O_n,T_n 的线性表达式, T_{n+1} 同理
要找到他们的平衡点,即让 O_{n+1}=O_{n},T_{n+1}=T_{n} ,得
然后就能解得 O,T 之间的关系了
当然,也有非线性的差分方程组,也是一样的,把 n 去掉,然后让他们全相等就能求解
2. 模型拟合
2.1 切比雪夫近似准则
我们有一组参数 \{x_1,\cdots,x_i,\cdots,x_n\},\{y_1,\cdots,y_i,\cdots,y_n\} ,以及一个拟合函数 f(x) ,我们要使得最大偏差最小,即
用线性规划算法求解
2.2 极小化绝对偏差之和
2.3 最小二乘法
我们希望有一组参数,能够使得 \mathbf{X}\mathbf{a} 与 \mathbf{b} 距离最近
其中 \mathbf{X}, \mathbf{b} 是给出的量, \mathbf{a} 是要求的量
它的算法是 \mathbf{X}\mathbf{a}-\mathbf{b} 向量与 \mathbf{X} 每一列向量正交,令 \mathbf{X}=[\mathbf{x}_1,\cdots,\mathbf{x}_j,\cdots,\mathbf{x}_n],即
整合得到
3. 实验建模
找到合适的曲线,去拟合数据
3.1 单项式
3.2 高阶多项式
找到 a_j 参数,使得 y_i 与 x_i 能相等,然后中间插上合理的值
3.2.1 拉格朗日多项式
当有 \{x_1,x_2,x_3,x_4\}, \{y_1,y_2,y_3,y_4\} 考虑三次多项式
自行扩展即可
