美国大学生数学建模比赛,一般博客不会告诉你的细节

Pamela ·
更新时间:2024-11-11
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美赛指导

话不多说半句多。翻到这篇博客的一定正处于美赛建模的筹备中或对建模感兴趣,希望“有所借鉴”。那么你们来对地方了。

美赛的基本思路在下面这篇文章中,看完后记得再跳转回来。
美赛经验和总结

你们应该看完这篇博客了。应该说,这篇博文覆盖的很全面,但是由于不同题目的知识侧重点不同,在美赛筹备的过程中应该分清孰轻孰重。2020年的美赛,我们团队从筹备伊始就奔着D题而去,不仅复习效率更高,在比赛开始阶段也是干脆利落,在选题上省了不少时间。

插一句题外话,本篇中任何文字,如果存疑,都可以自行百度证实。

美赛题分ABCDEF,哪题侧重什么看完前述博文的你们应该了解了,其中的ICM题——D题——的思路更为固定,每年都差不多(这句话你们可以直接搜百度证实)。因此如果对团队的数学功底不是很自信,可以考虑选择D题。D题只考察运筹学和网络科学,甚至都不涉及物理(MCM题好多都和物理有关)。因此本文仅献给有意向做D题的朋友,希望能为你们提供“前车之鉴”。

美赛官方明确地说D题考察运筹学/网络科学。更具体的,在我们做了历年的考题后,发现不外乎考察以下内容:

运筹学: 排队论(见17年机场安检题和18年充电桩部署题,19年卢浮宫疏散题,都涉及排队论)。只需要会利用排队论求平均等待时间、服务台繁忙概率、平均队长等指标就可以,公式可以直接套用,你完全不需要知道这些公式是怎么推导来的,因此可以刷几道题熟悉公式后,在比赛期间现用现查。 各种规划模型(不一一例举了,自D题诞生以来,每道题都可以涉及到它——注意我说的是“可以”)。包括线性规划、非线性规划、多目标规划、整数规划。是不是要一个个学过来?不用,根本不用,会用lingo就可以。很多人在做规划题时都用MATLAB,那是因为他们不知道Lingo的使用有多方便。lingo和MATLAB在优化方面的优劣势对比,大家自行百度。有关Lingo的实用教程推荐,还有我亲自整理的Lingo学习笔记,请见软件部分。 图论(见所有涉及到在一个图上怎么摆东西最合理的题——包括2020年D题的足球队阵容配置)它比较特殊,因为网络科学部分也要用到其中的术语,包括节点、度、树、生成树、最小生成树等。图论更像是一些与图、网络等有关的问题,本质上仍然是规划题、优化题。你看非常重要的一些图论模型:旅行商问题、中国邮递员问题、运输问题、指派问题、动态规划问题、最小费用流、最大流、最小费用最大流——它们本质上都是不很复杂的优化问题,因为只涉及到线性规划或整数规划,而对于所有的这些优化问题,我们都只需要列出目标函数和约束条件,然后把解方程的任务交给Lingo完成就行。 网络科学

如果你在百度上搜网络科学,以期得到网络科学会涉及到什么内容,那么你可能会失望,因为这件事我就亲自做过,一无所获。事实上,网络科学涉及的面太广,如果只知道D题可能会考网络科学,其实等于什么都没说。我们团队真正认识到了网络科学是啥,D题考察哪方面的网络科学时,已经到了2020美赛比赛的前中期。网络科学其实涉及以下这几个点:

所有图论中的术语。这点没什么好说的,因为我默认你先从图论开始学起,因为它和Lingo、规划题一脉相承——学一个图论就把网络术语、规划题模型怎么建、Lingo软件怎么用三个一次性都弄懂了。你如果已经学完了图论,这块知识你其实不用学了。 各种衡量节点重要性的指标。包括中介中心性、紧密中心性、特征向量中心性、入度和出度等。所有这些概念去哪理解,我都整理好了我们当时的学习资料,请见知识点教程 其他知识点

理论上来讲,运筹学+网络科学的知识基本够用了——注意我说的是“基本”,其实还不够。其他的知识点包括指标评定、概率论和数理统计。

指标评定

但是根据我的经验,层次分析法(AHP)还得学,用以评价各种指标的重要性(例如某市充电桩的数量取决于系数a乘该市人口密度+系数b乘该市电动汽车用户数量,那a、b这两个系数怎么设置,哪个因素的系数设的更大可不是随便设的,需要有理可循),其他的关于指标评定的方法,见《美国大学生数学建模竞赛教程》。

概率论和数理统计

概率论和数理统计这门课,我当年靠着考前突击考到了87。结果2020美赛期间查一篇文献的时候看到里面用到了概率论,却发现什么是累积分布函数都忘记了,挺尴尬的不是。当时学习懵懵懂懂,以为好学生坏学生,考得高分就是牛学生,至于考到这么高的分要用到知识以后会不会忘掉,我才不管,所以当时也没有扎扎实实学,也不知道学来有啥用。。。扯远了,概率论在美赛中的地位比微积分重要太多——如果你选的是D题的话——排队论中的各种公式都涉及概率论的术语,拟合参数可能还会用到极大似然估计法、点估计法等,所以真的很重要,如果有意向拿到不错的名次的话,笔者劝你还是熟悉一下吧。

知识点资源汇总

参考文献1: 有关最重要的,网络科学方面的,术语的介绍

软件部分总览
软件部分——LaTex


作者:天凉好个秋zero



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