聊聊數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽

數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽對(duì)專業(yè)的限制較小,任何專業(yè)的學(xué)生都可以參與這項(xiàng)活動(dòng),而不需要有什么專業(yè)背景。如果非要說(shuō)背景,當(dāng)然理工科的會(huì)有一定優(yōu)勢(shì),但是文科學(xué)生也可以在這項(xiàng)比賽中發(fā)揮他們的長(zhǎng)處,比如在論文寫作方面。

在數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽中,參賽隊(duì)伍被要求在三到四天時(shí)間內(nèi)解決一個(gè)實(shí)際問(wèn)題,在這個(gè)過(guò)程中,可以使用任何工具、軟件,可以隨意跑動(dòng)而沒(méi)有固定的比賽場(chǎng)所,可以查閱任何資料、文獻(xiàn),但是不能與本隊(duì)伍之外的其他任何有生命的物體就賽題進(jìn)行交流(可以上網(wǎng)搜索,但是不能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向別人求助)。最終參賽隊(duì)必須提交一篇科技論文,以展示他們對(duì)問(wèn)題的理解和做出的解決方案。而隊(duì)伍成績(jī)?cè)u(píng)定的依據(jù),也全部來(lái)自他們提交的這篇論文。

數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽要解決的問(wèn)題,往往沒(méi)有固定的解決方式和答案。賽題的描述通常極具發(fā)散性,甚至不提供任何數(shù)據(jù)。對(duì)問(wèn)題不同的理解,會(huì)產(chǎn)生不同的思路和模型;即便兩支隊(duì)伍對(duì)問(wèn)題有相同的理解,他們的建模以及求解的方法,甚至最后的結(jié)果都可能完全不同。讓我們看看過(guò)去五年的中國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽(CUMCM)賽題:

(2014,A題) 嫦娥三號(hào)軟著陸軌道設(shè)計(jì)與控制策略
(2014,B題) 創(chuàng)意平板折疊桌
(2013,A題) 車道被占用對(duì)城市道路通行能力的影響
(2013,B題) 碎紙片的拼接復(fù)原
(2012,A題) 葡萄酒的評(píng)價(jià)
(2012,B題) 太陽(yáng)能小屋的設(shè)計(jì)
(2011,A題) 城市表層土壤重金屬污染分析
(2011,B題) 交巡警服務(wù)平臺(tái)的設(shè)置與調(diào)度
(2010,A題) 儲(chǔ)油罐的變位識(shí)別與罐容表標(biāo)定
(2010,B題) 2010年上海世博會(huì)影響力的定量評(píng)估
......

以及過(guò)去四年的美國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽(MCM)賽題:

(2015,A) 根除埃博拉病毒
(2015,B) 尋找MH370
(2015,C) 組織機(jī)構(gòu)中的人力資源管理
(2014,A) 除非超車,否則靠右行駛!
(2014,B) 大學(xué)傳奇教練
(2014,C) 用網(wǎng)絡(luò)衡量影響力
(2013,A) 終極布朗尼烤盤
(2013,B) 水,水,到處都是水
(2013,C) 地球健康的網(wǎng)絡(luò)建模
(2012,A) 一棵樹(shù)的葉子有多重
(2012,B) 沿著大長(zhǎng)河露營(yíng)
(2012,C) 犯罪預(yù)測(cè)
......

你從中看到了和數(shù)學(xué)的聯(lián)系了嗎?數(shù)學(xué)建模的賽題背景可能涉及任何一個(gè)領(lǐng)域,科技、醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)、交通、體育、環(huán)境、工程、社會(huì)......有興趣的話,不妨去網(wǎng)上搜索一下,看看題目?jī)?nèi)容,感受一下。如此的開(kāi)放性、趣味性和挑戰(zhàn)性大概是吸引成千上萬(wàn)的學(xué)生投入這個(gè)活動(dòng)的一大原因吧。

數(shù)模的團(tuán)隊(duì)

在一個(gè)數(shù)學(xué)建模團(tuán)隊(duì)中,有三名隊(duì)員。一般來(lái)說(shuō),他們每人負(fù)責(zé)一個(gè)方面——建模、編程、寫作,但是并不嚴(yán)格,很多情況下是有交叉的,比如,通常是三個(gè)人一塊進(jìn)行建模。團(tuán)隊(duì)里每個(gè)人都發(fā)揮著重要的作用,有人給出整個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作方向、解決分歧、統(tǒng)籌規(guī)劃;有人是Problem Solver,扮演著程序員的角色;有人則像藝術(shù)家,將復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式書寫得清晰美麗,將看似毫無(wú)規(guī)律的數(shù)學(xué)結(jié)果“翻譯”成平實(shí)的語(yǔ)言。

與有些競(jìng)賽團(tuán)隊(duì)(如ACM)不同,一個(gè)優(yōu)秀的數(shù)學(xué)建模團(tuán)隊(duì)中不一定是三個(gè)數(shù)學(xué)高手,甚至三個(gè)都不是高手,但隊(duì)員之間一定是相互理解、配合默契、愿意付出的。有的團(tuán)隊(duì)雖然三個(gè)人,但實(shí)際上只有一個(gè)人在做事,那即便這個(gè)人很強(qiáng),既懂?dāng)?shù)學(xué)又會(huì)編程,也“并沒(méi)有什么用”,因?yàn)闆](méi)有交流、沒(méi)有合作,一個(gè)人在如此短的時(shí)間內(nèi)去完成所有的工作,是非常不容易的,對(duì)精力、體力都是巨大的考驗(yàn)。而且,他也無(wú)法去體會(huì)團(tuán)隊(duì)合作的樂(lè)趣了,所以孤軍奮戰(zhàn)是極不可取的。在我的觀念中,有這么一個(gè)“搭配不等式”:

三個(gè)打了雞血的菜鳥(niǎo) > 孤軍奮戰(zhàn)的老鳥(niǎo) > 豬隊(duì)友

男女搭配,干活不累。在很多團(tuán)隊(duì)中,負(fù)責(zé)寫作的是女生,因?yàn)閷懽魇且粋€(gè)細(xì)活,需要細(xì)心、耐心,以及良好的溝通能力。但是這并不意味著僅僅會(huì)寫作就行了,如果沒(méi)有良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),那將會(huì)困難重重——寫作的隊(duì)員如果無(wú)法將其他隊(duì)員所提出的建模方法用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)語(yǔ)言、清晰的文字描述表達(dá)出來(lái),那么無(wú)論他們想出了多么神奇的解決方案,都將功虧一簣。所以,負(fù)責(zé)寫作的隊(duì)員往往是團(tuán)隊(duì)的核心,也是最辛苦的。也因此,如果寫作的隊(duì)員是女生,那她在隊(duì)里會(huì)受到優(yōu)厚的待遇——其他隊(duì)員的關(guān)切愛(ài)護(hù)。而且,有女生在場(chǎng),通常也會(huì)使得團(tuán)隊(duì)氛圍更融洽,女生善于體察其他隊(duì)員的思維、情緒,讓交流能夠更有效地進(jìn)行。另外,如果這位女隊(duì)員又比較漂亮的話......嗯,有個(gè)詞叫“內(nèi)部消化”,你懂的。君不見(jiàn)在小時(shí)候看的《奧特曼》系列中,那些扮演著保護(hù)地球的精英隊(duì)員中總少不了一個(gè)漂亮的女隊(duì)員......

參加數(shù)學(xué)建?;顒?dòng)的好處

第一次聽(tīng)到“數(shù)學(xué)建?!边@個(gè)詞時(shí),覺(jué)得很遙遠(yuǎn)、高大上、觸不可及,看本文的你或許也覺(jué)得這是個(gè)很深?yuàn)W的東西。但是今天在這里,我想告訴你:數(shù)學(xué)建模并不是一個(gè)多么深?yuàn)W玄妙的東西。所謂數(shù)學(xué)建模,也就是用數(shù)學(xué)的方法去解決生產(chǎn)、生活中的實(shí)際問(wèn)題,很多學(xué)科,比如物理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等等,都建立在數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上,我們大學(xué)所學(xué)的專業(yè)課中的許多數(shù)學(xué)推導(dǎo)和公式,都可以說(shuō)是一個(gè)個(gè)鮮活的建模案例。而數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽中的問(wèn)題,有些又是經(jīng)過(guò)了簡(jiǎn)化以使得對(duì)于大學(xué)生們而言不至于太難,有些則需要學(xué)生自己去簡(jiǎn)化,最后所用的方法可能是很簡(jiǎn)單的,只要言之有理、邏輯清晰。

數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽能讓你意識(shí)到應(yīng)用數(shù)學(xué)的魅力。我們?cè)谥袑W(xué)時(shí)代對(duì)數(shù)學(xué)的使用可能都是為了做數(shù)學(xué)題,為了考試取得好成績(jī),都是別人設(shè)計(jì)好的問(wèn)題。但是在實(shí)際的生活中,很多問(wèn)題可并不像那樣能算出漂亮的結(jié)果(比如,沒(méi)有小數(shù)點(diǎn)),而是一個(gè)系統(tǒng)工程,需要工程師們開(kāi)動(dòng)腦筋、利用各種工具(計(jì)算機(jī)、科學(xué)軟件等)去解決問(wèn)題,沒(méi)有完美的答案,只有有效、可行的方案,而且會(huì)不斷優(yōu)化、改進(jìn)。數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽就是模擬了這個(gè)過(guò)程,雖然這個(gè)過(guò)程相比實(shí)際情況還有很大的差距,但是它能讓你真正用起數(shù)學(xué)知識(shí),意識(shí)到學(xué)數(shù)學(xué)可不僅僅是為了考試,去體會(huì)到用數(shù)學(xué)去解決實(shí)際問(wèn)題的樂(lè)趣、體會(huì)到團(tuán)隊(duì)合作的力量。

數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽給你創(chuàng)造快速學(xué)習(xí)、現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用的機(jī)會(huì)。面對(duì)題目,你常常會(huì)感受到“書到用時(shí)方恨少”,但是與考試不同的是,你可以查閱任何書籍資料,快速學(xué)習(xí)所需要的知識(shí)。不再是大量的記憶、而是發(fā)散、搜索和創(chuàng)新。同時(shí),你也能對(duì)其他專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)有所涉獵,并常常能感受到科學(xué)的相通性。比如,優(yōu)化、運(yùn)籌是數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽中的一大問(wèn)題類型,我自認(rèn)為在這些方面有些能力,我看過(guò)運(yùn)籌學(xué)、了解過(guò)風(fēng)險(xiǎn)建模,曾經(jīng)熟悉并會(huì)運(yùn)用數(shù)十種優(yōu)化問(wèn)題的求解方法。雖然這些方法現(xiàn)在我早已淡忘,但是相信依然可以短時(shí)間內(nèi)重拾起來(lái)。參加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的經(jīng)歷讓我看到許許多多的專業(yè)都基于相同的數(shù)學(xué)理論,也讓我對(duì)經(jīng)濟(jì)學(xué)、優(yōu)化等方面產(chǎn)生了興趣,所以,我有自信,如果去學(xué)習(xí)經(jīng)濟(jì)學(xué),是可以順利學(xué)下去而不會(huì)有很多障礙的。

參加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽還有很多其他好處,如獲獎(jiǎng)后的加分(有利于保研、出國(guó)),認(rèn)識(shí)一群學(xué)霸,收獲友誼甚至愛(ài)情,還有裝13的資本,等等。

數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的局限性

我在本科期間參加過(guò)許多次數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽(不下7次吧,有的取得了不錯(cuò)的成績(jī),有的取得了很差的成績(jī),有的則放棄了),也慢慢認(rèn)識(shí)到其局限性,這也是其后來(lái)再難吸引我的原因之一。

僵化的競(jìng)賽制度。國(guó)內(nèi)的數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽本身出發(fā)點(diǎn)是好的,這項(xiàng)競(jìng)賽在教育部推廣的幾大科技競(jìng)賽中也是規(guī)模最大(甚至是世界上規(guī)模最大的)。但是隨著它的規(guī)模原來(lái)越大、參賽人數(shù)越來(lái)越多,其制度卻越來(lái)越僵化。在評(píng)卷方面,國(guó)內(nèi)的賽題往往對(duì)求解方法和結(jié)果有比較大的限定,如果結(jié)果做得不理想,就基本不可能獲得好成績(jī)了。而且,對(duì)論文的格式要求比較死,無(wú)論什么情況,一定要有“模型”、有“算法”、有“結(jié)果”,閱卷老師一眼看不到這些,估計(jì)這論文就悲劇了。而實(shí)際上,數(shù)學(xué)建模的過(guò)程不一定要有公式,有的隊(duì)伍就喜歡在論文里堆砌復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式,顯得高大上些,以此來(lái)博人眼球,但其實(shí)呢?是一堆廢話。解決問(wèn)題甚至不一定要有數(shù)學(xué)模型,算法乃至程序也可以是“模型”,因?yàn)楹芏嗲闆r下,數(shù)學(xué)表達(dá)是有局限性的,它似乎總喜歡將簡(jiǎn)單的問(wèn)題搞復(fù)雜。不知道你有沒(méi)有這種感覺(jué),有時(shí)候明明一個(gè)很簡(jiǎn)單的問(wèn)題,若用數(shù)學(xué)符號(hào)去表達(dá)出來(lái),就變得讓人看不懂了。有人說(shuō)數(shù)學(xué)語(yǔ)言是一個(gè)被設(shè)計(jì)得非常糟糕的語(yǔ)言,是有道理的。相比之下,程序語(yǔ)言常常是更好的模型,起初計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言被設(shè)計(jì)出來(lái),就是為了對(duì)世界進(jìn)行建模,以解決問(wèn)題的。再比如程序設(shè)計(jì)的面向過(guò)程、面向?qū)ο?、函?shù)式編程思想,等等,都是對(duì)問(wèn)題的建模方式。但是,數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的閱卷非常不重視程序,很多閱卷老師又不懂編程,導(dǎo)致了閱卷只重形式和結(jié)果的現(xiàn)狀。更糟糕的是,程序、結(jié)果可以偽造,而閱卷時(shí)很難分辨它們到底是真實(shí)的還是偽造的,你以為閱卷老師會(huì)一行一行地去讀你的代碼嗎?實(shí)際的情況可能是這樣的:老師拿到一篇通過(guò)初審(摘要審)的論文,看到一個(gè)不錯(cuò)的結(jié)果,再看前面有沒(méi)有把模型和算法寫出來(lái),哦,都寫出來(lái)了,再看看全文的結(jié)構(gòu)美不美觀,嗯,不錯(cuò),給個(gè)一等獎(jiǎng)或者二等獎(jiǎng)的分?jǐn)?shù)......然后就看下一篇了。

面面俱到,則面面俱寡。數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的一大好處是可以讓你接觸到其他許多專業(yè)領(lǐng)域的問(wèn)題,快速學(xué)習(xí)、現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用,但我認(rèn)為這也是一個(gè)缺點(diǎn),參加數(shù)模競(jìng)賽甚至不需要賽前有多少準(zhǔn)備。不會(huì)像ACM-ICPC,夜以繼日的訓(xùn)練才有可能在比賽中斬獲金銀牌,ACM獎(jiǎng)牌的獲得者通常能夠成長(zhǎng)為頂尖的程序員,他們都有著深厚的算法功底、強(qiáng)大的編程能力和解決問(wèn)題的能力;也不會(huì)像電子設(shè)計(jì)、機(jī)器人比賽,隊(duì)員們須要對(duì)硬件電路知識(shí)有長(zhǎng)期的積累。換句話說(shuō),數(shù)學(xué)建模不具備專業(yè)性,不容易形成技能的積累。所以,數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的門檻很低。不少隊(duì)員也都是集中精力搞了一年就退了。我覺(jué)得它很適合本科生參加,廣泛涉獵,也能比較系統(tǒng)地學(xué)習(xí)一些建模知識(shí)。研究生的話,更多的在于興趣吧。

一次參賽,終生受益。這是數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的口號(hào)。參加數(shù)學(xué)建模活動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于缺點(diǎn)的。如果你還是本科低年級(jí),又一直在猶豫,亦或畏懼各類競(jìng)賽,我建議你不妨試試數(shù)學(xué)建模,說(shuō)不定就一路成長(zhǎng)起來(lái)了。如果你要讀研了,但是又遺憾本科階段沒(méi)有參加過(guò)競(jìng)賽,那我也建議你可以試試數(shù)學(xué)建模,你會(huì)收獲曾經(jīng)沒(méi)有過(guò)的體驗(yàn)、樂(lè)趣、友誼,說(shuō)不定,還有愛(ài)情呢。

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