数学建模过程中应注意哪些问题？

谈参加全国大学生数学建模竞赛应注意的问题

［摘要］根据多年来全国大学生数学建模竞赛（CUMCM）指导工作的经验，文章从参赛准备、答卷要求、评判依据及竞赛的发展趋势等方面进行了深入的分析，并给今后的参赛者提出了一些相关的建议。
　　［关键词］CUMCM　参赛准备　答卷要求　评判依据　发展趋势
　　［作者简介］崔志明（1965- ），男，陕西延长人，延安大学数学与计算机科学学院副教授，主要研究方向为数学模型。（陕西　延安　716000）
　　［中图分类号］G642.46　　［文献标识码］A　　［文章编号］1004-3985（2006）36-0191-02
　
由教育部高教司和中国工业与应用数学学会共同主办的全国大学生数学建模竞赛，一直受到广大学生和高校的欢迎。十几年来，竞赛的规模不断扩大是有其深刻背景的，因为数学与计算机技术相结合，已形成一种普遍的、可实现的关键技术———数学技术，而“高技术本质上是一种数学技术”的观点已愈来愈为人们所认同，正是在这样的大背景下，面向高等院校的大学生数学建模竞赛也就应运而生了。笔者多年从事数学建模教学和竞赛的指导工作，积累了大量的经验，现将其整理成文，以供参考。
　　一、心里要有“底”
　　首先，赛题来自于哪个实际领地的确难以预料，但绝不会过于“专”，它毕竟是经过简化、加工的。大部分赛题仅凭意识便能理解题意，少数赛题的实际背景可能生疏，只需要查阅一些资料，便可以理解题意。其次，所有的赛题当然要用到数学知识，但一定不会过于高深。用得较多的有运筹学、概率与统计、计算方法、离散数学、微分方程等方面的一部分理论和方法，这些内容在赛前培训已学过一些，真的用到了，总知道在哪些资料中查找。
　　二、当断即断
　　在两个赛题中选择做哪一个不能久议不决，因为你们只有三天时间，一旦选定了，就不要再犹豫，更不要反复。选定了赛题之后，在讨论建模思路和求解方法时会有争论，但不能无休止地 争论，而应学会妥协。方案定下来后，全队要齐心协力地去做。
　　三、对困难要有足够的心理准备
　　“拿到题目就有思路，做起来一帆风顺”，哪有如此轻松的事？参加竞赛可以说是“自讨苦吃，以苦为乐”，竞赛三天中所经受的磨炼一定会终生难忘，并成为自己的一份精神财富。好多同学赛后说：“参赛会后悔三天，而不参赛则遗憾一生。”做“撞到枪口上”的赛题，不一定比“外行”强。如学机械的队员做机械方面的赛题，学投资的队员做投资方面的赛题，学统计的队员做统计方面的赛题，都有可能“聪明反被聪明误”，这些情况在陕西赛区和全国赛区都曾发生过。
　　四、没有最好，只有更好
　　首先，完成建模赛题，当然要有创造性，而在创造性方面是没有顶峰的，每个队都应竭尽全力。以1994B《锁具装箱与销售》为例，各赛区送交全国的答卷，绝大多数都达到甚至超过了全国组委会提供的参考解答要求，于是评卷组决定，凡未达到解答要求的或文字表述很差的答卷立即淘汰，这样就刷下来近1/3，对余下的答卷又决定，必须超过参考解答要求，才能考虑是否给一等奖，只有给出不能互开锁具最大数的论证，或者对锁具装箱销售问题有更深入、更符合实际讨论的答卷才能评为全国一等奖。因此，各队一定要在“更好”二字上狠下工夫。其次，每年全国评出的优秀答卷几乎都有不足之处，甚至有错误。有明显错误的答卷竟然也是优秀，其实并不奇怪，因为答卷的优秀与否是相对而言的。就看你这个队的答卷在所有做同一个赛题的总体中处在什么档次了。第三，一些赛题可以说是“无止境的”。如1999B《钻井布局》的问题三，就连获得“创维杯”的那个队（大连理工大学）也未能得出最终的结论。这道赛题的命题评阅人也指出：“它涉及较多关于整点分布的性质，值得深入研究。”
　　五、首要任务是把问题吃透
　　拿到赛题后先别着急想“这道题怎么做”，而应当先弄明白“这道题要我们做什么”。一道赛题通常包括背景、问题和数据三部分，对前两部分要仔细推敲，弄清楚要解决什么样的实际问题，对数据也要弄明白它的实际含义是什么，否则就有可能偏离原题，如果还要做下去，那就没有意义了。
　　做题时，先别急于寻找求解的数学方法，而应把注意力首先放在建立数学模型上，一定要抓住实际问题的主要因素。如2000B《钢管的订购和运输》是一道离散优化问题，其重点显然是模型的分析和建立，题目中三个问题所涉及的购运计划、总费用以及灵敏度分析等都是通过对模型的求解和讨论才能知道的。然而陕西赛区有些队并未给出明确的模型，只是用“凑”的办法，一段一段给出数字结果，尽管在大体上还是合理的，但这种方法没有一般性，它根本不是数学建模的正确思路。
　　六、动脑筋和用电脑的关系
　　数学建模离不开计算机和软件，但是在竞赛中已经出现了一种不良现象，应当引起注意，即不是把工夫主要下在动脑筋上，而是过分地依赖电脑，确切地说就是削弱了数学分析能力，过分地依赖高级软件。一个优秀的参赛队应当是在充分动脑筋的基础上，恰当地使用计算机和软件，要知道，计算机和软件是让聪明人更加能干的工具，而一份优秀的答卷总该有点数学水平。
　　七、正确对待数字结果
　　大多数的情形是数字结果不可能绝对准确，只要合理就行，但也不能太离谱。如1996A《最优捕鱼策略》的两个问题都有总的捕捞量，较为准确的答案是问题一：年38.87万吨；问题二：年160.5万吨。而陕西赛区一些队答的是问题一：年×万吨；问题二：年××万吨。
　　有时数字结果的准确程度会影响到答卷的排序，有时数字结果是唯一的，一丝一毫都不能差。在对待数字结果方面的教训是：设计的算法要有一定的普适性，力求严谨，而不要过分拘泥于赛题所给的具体数据。对数字结果一定要仔细检查。在合理的前提下应力求准确性高一些。即使数字结果绝对准确，也不可高枕无忧，还应检查算法有无疏漏。
　　八、“面向实际”的要求应当贯彻始终
　　在提出假设、建立模型时，似乎不应忽略“面向实际”的要求，但在模型的检验、评价、改进等部分就不一定了。
　　首先，不要过分拘泥于赛题的文字叙述，而要牢记答卷的基本要求。如2001A《血管的三维重建》在提出问题时这样叙述：“试计算管道的中轴线与半径，给出具体算法，并绘制中轴线在各坐标平面的投影图。”陕西赛区做此题的75个队中，有相当多的队答非所问，这有什么不妥呢？首先，赛题的题目是“血管的三维重建”，既然你已经求出了管道的中轴线和半径，为什么不重建管道壁？其次，也是更为重要的是，即使已经重建了管道壁，为什么不进行检验呢？因为对这道赛题而言，只有进行了检验，才能对所建的模型给出恰当的评价，并找出改进的方向。
　　其次，答卷切忌“虎头蛇尾”。如1995B《天车与冶炼炉的作业调度》题目要求“提出该车间把钢产量提高到年产300万吨的建议”，本来是让参赛者在本队模型算法的基础上提出改进管理调度，挖掘生产潜力的具体建议。让人感到意外的是，有的队竟然提出“再添一座甚至几座冶炼炉！”他们是否知道一座大型转炉连同配套设备需要数千万乃至上亿元的投资呢！提出这种建议的队纯粹是脱离实际。
　　九、数学的发展趋势必然会反映到赛题中，并增加赛题的挑战性
　　近些年，国际上数学发展的趋势包括了离散数学的作用不断扩大、对非线性问题的关注不断增长、概率统计的作用不断扩大、大规模科学计算进一步发展等。反映到CUMCM的赛题中，就是连续性问题很少，优化问题大多数都是非线性的，近几年每年至少有一个随机型问题，计算量越来越大，一个队用两台电脑还忙不过来的现象已屡见不鲜。
　　数学这门古老的学科在与一些年轻的学科如图像处理、图形学、计算机科学的交叉结合中，有力地推动了许多新生长点的涌现（2001A所涉及的“序列图像的计算机三维重建”便是这种生长点之一）。这种交叉过程也推动了数学自身的发展，例如等径管道三维重建的许多方法就与数学中的等距线、等距面、包络面、扫擦曲面等概念紧密相连。反映数学发展这一趋势的2001A题不仅颇具新意，而且这道赛题所表明的动向值得各参赛院校注意。

［参考文献］
　　［1］李大潜.中国大学生数学建模竞赛［M］.北京：高等教育出版社，2001.
　　［2］叶其孝.大学生数学建模竞赛辅导教材［M］.长沙：湖南教育出版社，1997