數(shù)學(xué)模型是運(yùn)用數(shù)理邏輯方法和數(shù)學(xué)語(yǔ)言建構(gòu)的科學(xué)或工程模型。
數(shù)學(xué)模型的歷史可以追溯到人類開始使用數(shù)字的時(shí)代。隨著人類使用數(shù)字,就不斷地建立各種數(shù)學(xué)模型,以解決各種各樣的實(shí)際問(wèn)題。對(duì)于廣大的科學(xué)技術(shù)工作者對(duì)大學(xué)生的綜合素質(zhì)測(cè)評(píng),對(duì)教師的工作業(yè)績(jī)的評(píng)定以及諸如訪友,采購(gòu)等日?;顒?dòng),都可以建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型,確立一個(gè)方案。建立數(shù)學(xué)模型是溝通擺在面前的實(shí)際問(wèn)題與數(shù)學(xué)工具之間聯(lián)系的一座必不可少的橋梁。
分布參數(shù)和集中參數(shù)模型
分布參數(shù)模型是用各類偏微分方程描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,而集中參數(shù)模型是用線性或非線性常微分方程來(lái)描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。在許多情況下,分布參數(shù)模型借助于空間離散化的方法,可簡(jiǎn)化為復(fù)雜程度較低的集中參數(shù)模型。
連續(xù)時(shí)間和離散時(shí)間模型
模型中的時(shí)間變量是在一定區(qū)間內(nèi)變化的模型稱為連續(xù)時(shí)間模型,上述各類用微分方程描述的模型都是連續(xù)時(shí)間模型。在處理集中參數(shù)模型時(shí),也可以將時(shí)間變量離散化,所獲得的模型稱為離散時(shí)間模型。離散時(shí)間模型是用差分方程描述的。
模型假設(shè)
根據(jù)對(duì)象的特征和建模目的,對(duì)問(wèn)題進(jìn)行必要的、合理的簡(jiǎn)化,用的語(yǔ)言作出假設(shè),是建模至關(guān)重要的一步。如果對(duì)問(wèn)題的所有因素一概考慮,無(wú)疑是一種有勇氣但方法欠佳的行為,所以高超的建模者能充分發(fā)揮想象力、洞察力和判斷力,善于辨別主次,而且為了使處理方法簡(jiǎn)單,應(yīng)盡量使問(wèn)題線性化、均勻化。
模型構(gòu)成
根據(jù)所作的假設(shè)分析對(duì)象的因果關(guān)系,利用對(duì)象的內(nèi)在規(guī)律和適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具,構(gòu)造各個(gè)量間的等式關(guān)系或其它數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。這時(shí),我們便會(huì)進(jìn)入一個(gè)廣闊的應(yīng)用數(shù)學(xué)天地,這里在高數(shù)、概率老人的膝下,有許多可愛的孩子們,他們是圖論、排隊(duì)論、線性規(guī)劃、對(duì)策論等許多許多,真是泱泱大國(guó),別有洞天。不過(guò)我們應(yīng)當(dāng)牢記,建立數(shù)學(xué)模型是為了讓更多的人明了并能加以應(yīng)用,因此工具愈簡(jiǎn)單愈有價(jià)值。
模型求解
可以采用解方程、畫圖形、證明定理、邏輯運(yùn)算、數(shù)值運(yùn)算等各種傳統(tǒng)的和近代的數(shù)學(xué)方法,特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)。一道實(shí)際問(wèn)題的解決往往需要紛繁的計(jì)算,許多時(shí)候還得將系統(tǒng)運(yùn)行情況用計(jì)算機(jī)模擬出來(lái),因此編程和熟悉數(shù)學(xué)軟件包能力便舉足輕重。
模型分析
對(duì)模型解答進(jìn)行數(shù)學(xué)上的分析?!睓M看成嶺側(cè)成峰,遠(yuǎn)近高低各不同"。能否對(duì)模型結(jié)果作出細(xì)致精當(dāng)?shù)姆治?,決定了你的模型能否達(dá)到更高的檔次。還要記住,不論那種情況都需進(jìn)行誤差分析,數(shù)據(jù)穩(wěn)定性分析。
模型檢驗(yàn)
把數(shù)學(xué)上分析的結(jié)果翻譯回到現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,并用實(shí)際的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)與之比較,檢驗(yàn)?zāi)P偷暮侠硇院瓦m用性。