數(shù)學模型是運用數(shù)理邏輯方法和數(shù)學語言建構(gòu)的科學或工程模型。
數(shù)學模型的歷史可以追溯到人類開始使用數(shù)字的時代。隨著人類使用數(shù)字,就不斷地建立各種數(shù)學模型,以解決各種各樣的實際問題。對于廣大的科學技術(shù)工作者對大學生的綜合素質(zhì)測評,對教師的工作業(yè)績的評定以及諸如訪友,采購等日常活動,都可以建立一個數(shù)學模型,確立一個方案。建立數(shù)學模型是溝通擺在面前的實際問題與數(shù)學工具之間聯(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描述系統(tǒng)的動態(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,可簡化為復(fù)雜程度較低的集中參數(shù)模型。
連續(xù)時間和離散時間模型
模型中的時間變量是在一定區(qū)間內(nèi)變化的模型稱為連續(xù)時間模型,上述各類用微分方程描述的模型都是連續(xù)時間模型。在處理集中參數(shù)模型時,也可以將時間變量離散化,所獲得的模型稱為離散時間模型。離散時間模型是用差分方程描述的。
模型假設(shè)
根據(jù)對象的特征和建模目的,對問題進行必要的、合理的簡化,用的語言作出假設(shè),是建模至關(guān)重要的一步。如果對問題的所有因素一概考慮,無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單,應(yīng)盡量使問題線性化、均勻化。
模型構(gòu)成
根據(jù)所作的假設(shè)分析對象的因果關(guān)系,利用對象的內(nèi)在規(guī)律和適當?shù)臄?shù)學工具,構(gòu)造各個量間的等式關(guān)系或其它數(shù)學結(jié)構(gòu)。這時,我們便會進入一個廣闊的應(yīng)用數(shù)學天地,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、排隊論、線性規(guī)劃、對策論等許多許多,真是泱泱大國,別有洞天。不過我們應(yīng)當牢記,建立數(shù)學模型是為了讓更多的人明了并能加以應(yīng)用,因此工具愈簡單愈有價值。
模型求解
可以采用解方程、畫圖形、證明定理、邏輯運算、數(shù)值運算等各種傳統(tǒng)的和近代的數(shù)學方法,特別是計算機技術(shù)。一道實際問題的解決往往需要紛繁的計算,許多時候還得將系統(tǒng)運行情況用計算機模擬出來,因此編程和熟悉數(shù)學軟件包能力便舉足輕重。
模型分析
對模型解答進行數(shù)學上的分析?!睓M看成嶺側(cè)成峰,遠近高低各不同"。能否對模型結(jié)果作出細致精當?shù)姆治?,決定了你的模型能否達到更高的檔次。還要記住,不論那種情況都需進行誤差分析,數(shù)據(jù)穩(wěn)定性分析。
模型檢驗
把數(shù)學上分析的結(jié)果翻譯回到現(xiàn)實問題,并用實際的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)與之比較,檢驗?zāi)P偷暮侠硇院瓦m用性。