2019年數學建模國賽(國一)經歷總結

       11月2號下午,百無聊賴的筆者忽然刷到一篇微信推送“2019年數模國賽獲獎名單公示”,心裏一緊,屏住呼吸點進去看,沒想到居然在一等獎名單裏發現了熟悉的名字,心中一陣狂喜。然後深深吸了一口氣,假裝寵辱不驚,淡泊寧靜。回想起整個比賽,收穫良多。筆者將按照以下目錄主要從隊員分工、選題、建模、論文寫作、答辯這幾方面分享這一次參賽經歷。

目錄

1、隊員分工

2、選題

3、建模

3.1 賽前準備

3.2 查找資料

3.3 建模方法

4、論文寫作

4.1 摘要寫法

4.2 論文整體結構和各部分寫法

4.3 論文排版細節

5、答辯

5.1 答辯PPT

5.2 答辯現場

6、數學建模入門資源


1、隊員分工

        數學建模競賽三人一組,這三人裏面至少要有一個人會建模、一個會編程求解、一個會論文寫作。我覺得比較好的搭配是有兩個人以上同時會建模和編程求解,自己建的模型可以自行求解,效率會高很多,這樣整個隊伍的壓力會小很多。只會建模的同學不妨去學一下matlab,花幾個小時就可以掌握matlab基本語法體系,可以應對比賽中的編程求解了。只會編程的同學不妨去學一下建模,花10個小時左右就可以學會並使用數模競賽中的常用模型了。負責論文寫作的同學要多研究往年一等獎論文,學習數模論文的基本結構和各部分寫法,特別是要注意論文排版的各個細節,規範、好看的論文排版能讓評委眼前一亮,評獎時能提高一個檔次。在這次比賽中,我們三人都參與了建模、編程求解和論文寫作,同時筆者全程協調、把關論文寫作中的各個細節,總的來說每個人的任務量分配基本均勻,不會造成某個人任務過重的情況。

2、選題

        從今年開始,本科生可選的題目由A、B兩題變成A、B、C三題。在這三道題目裏面,A、B題是典型的國賽風格,超級硬核,物理過程晦澀難懂,但是按照它的物理過程慢慢量清思路,一步一步地去分析也是可以做的,要有耐心。C題是典型的美賽風格,注重創新和發散思維,自由發揮的空間較大。近幾年的數模國賽,都是有一道硬核題、一道偏美賽風格的題。參賽前,可以針對某種題型展開專門的訓練,熟悉該類題型的建模套路,到正式比賽時就不用糾結選哪道題了。

       筆者推薦大家優先選擇美賽風格的題目,因爲美賽風格的題目簡單易懂,不至於看半天也沒有搞清題目的意思。最重要的是,它容易上手,自由發揮的空間較大(寫論文時能瞎BB,高談闊論)。

3、建模

3.1 賽前準備

       參賽前要熟悉常用的模型和算法,最好把每個模型和相應的代碼模板都整理成一篇博客,到要用的時候可以直接拿來用或者稍加修改就可以使用了,相當方便。這次比賽我們的核心模型是排隊論和元胞自動機,由於事先已經準備好了代碼模板,借用已有的代碼模板並結合題目去進行修改,所以在編程上花的時間減少了很多。

        每篇數模論文必不可少是畫圖,尤其是畫三維圖。可以用一篇博客專門去總結三維圖的代碼模板,數模論文的三維圖要注意一些細節,比如標題、字體大小粗細、線條顏色選擇和粗細選擇,字母的上下標、圖片大小等,三維圖的代碼模板中應該要涉及這些細節。一般來說,三維圖中字體要大一點,加粗,線條也要加粗,反正放上論文後看起來清楚、美觀就行。在畫三維圖時我也套用了代碼模板,基本上就是改一下函數就可以了,很方便快捷。

3.2 查找資料

       分析完賽題後我們應該對要建立的模型有了大概的認知,這時候不用着急立刻去建模,事實上我們當時花了半天時間去查找資料。查找資料的好處:

(1)有可能找到類似的模型。這時候我們可以把別人的模型遷移過來,站在前人的基礎上,結合自己的題目去進行修改升級,化爲己用。這種情況是完全存在的,筆者在參加2019年數模美賽時,要建立龍對環境的影響模型,當時筆者是一籌莫展,結果在網上找到一篇關於紅樹林對環境影響的數模論文,把紅樹林對環境影響遷移到龍對環境的影響上,結合題目去進行修改升級,最終順利解決了問題。

(2)加深對相關領域的瞭解,有助於擴寬建模思路。比如2018年國賽A題高溫作業專用服裝設計,網上肯定有很多關於高溫服裝設計的研究,通過閱讀相關資料,我們可以加深對高溫服裝設計的瞭解,甚至我們數模論文中公式也可以來自於找到的論文資料(當然,要把公式中的各個符號改一下,不能直接抄)

3.3 建模方法

          如果找不到可以借鑑的模型,我們就需要自己去新建模型。我常用的建模方法是:把題目中各個因素全部用字母表示(把它們量化),建模的過程其實就是量化的過程,然後找出量化後的因素它們之間的關係(通常是函數表達式)。或者這樣說,一個模型就是一個函數表達式y=f(a,b,c,d,……),a、b、c、d是量化後的因素,y是量化後的結果,輸入a、b、c、d就能得出結果y。

        建模要做的其實就是構建y與a,b,c,d之間的關係式。沒錯,我們就是要構造公式。請記住:要大膽地構造公式,只要該公式符合常理,曲線趨勢基本符合生活實際情況就可以了。請記住:不要妄想我們構造的公式能夠經得起科學家的檢驗,不要想着我們構造的公式能像萬有引力定律公式那麼嚴密,在短短的三天裏,我們是很難做到的,而且別人沒要求你做到。構造公式時,要充分發揮想象力,不要被各種條條框框束縛了你的思維。貼心小提示:構造的公式要複雜一點,多運用高數的知識,同時公式的數量要儘可能地多。公式複雜,數量又多,別人就會覺得你構造的模型很牛B。

        建模堅持一個原則就行:模型有理有據,求解得到的結果合理即可。如果求解得到的結果明顯與生活實際情況不符,那一般就是不合理了,這時候可能就需要去修正你的模型,使結果與生活實際情況相符。

4、論文寫作

        論文寫作在數模比賽中佔重要地位,因爲我們最終提交的是論文,評委是根據提交的論文去打分、評獎。如何提高論文寫作能力?最好、最簡單的方法就是研讀官網公佈的往年一等獎論文,學習他們的總題架構、謀篇佈局、各大模塊的寫法、論文排版的細節處理,然後在寫論文時模仿它們。

4.1 摘要寫法

       摘要是數模論文的第一部分,也是至關重要的一部分,從某個程度來說,它可以初步決定論文的獲獎等級。一篇二三十頁的數模論文,閱讀起來是枯燥無味的,因爲裏面有很多晦澀難懂的概念、符號和公式以及抽象的圖表等,評委不可能每一頁都認真去看,但是摘要是一定會認真去看的。評委通過閱讀摘要對你的論文就可以有了大致的瞭解,對你們三天比賽的成果有了基本判斷。所以,大家要認真寫摘要,摘要一般是最後才寫,至少要花三個小時去寫,而且要反覆修改

        摘要的寫法是:摘要應該體現你用了什麼方法,建立了什麼模型,解決了什麼問題,得出了什麼結論,也就是回答題目中的問題,在最後一段還可以寫一下可作哪些推廣,緊緊地圍繞這幾方面去寫就行,在語言表述上儘量模仿往年一等獎論文。下面以我們隊伍這次國賽論文爲例進行分析:

4.2 論文整體結構和各部分寫法

        數模論文結構一般可以分爲摘要、問題重述、問題分析、模型假設、符號說明、模型的建立與求解、模型的評價與推廣、參考文獻、附錄九大部分,在上一節筆者簡單談了一下摘要的寫法,剩下各部分的具體寫法筆者就不一一贅術了,可以參考知乎裏面的回答,總結得很到位。數模論文各部分寫法參考:數學建模論文套路總結

 

4.3 論文排版細節

       論文排版是評委能直接看到的第一印象,排版好看的話會給評委帶來眼前一亮的感覺。筆者總結了一些在論文排版上需要注意的細節:

(1)公式要居中,公式編號要右對齊;論文要設置一級標題、二級標題,三級標題,因爲這樣論文脈絡會很清晰;

(2)每幅圖下方要有名稱,用"圖x xxxxx"標明;每個表格的上方要有名稱,用"表x xxxxx"標明;

(3)插入的圖片要清晰,一般來說線條和字體都要加大加粗,不然看起來會看不清,覺得比較模糊,給評委帶來不好的印象。特別強調一點,用matlab畫圖時,要導出png或jpg的圖片,不要使用截圖工具去截圖,截出的圖放在論文上太難看了。以下面這幅圖爲例進行分析:顯然,這幅圖是不及格的,絕對不能出現在論文上,原因如下:第一、使用了截圖工具去截matlab生成的圖,圖片四周有一層淡淡的陰影,太難看了!! 第二、線條、字體沒有加粗,放到論文上會比較模糊,很難看清!第三、橫縱座標軸沒有名稱。

正確的姿勢應該是是下面這樣:

(4)公式要儘可能多, 一般一篇數模論文的公式不要少於25條,公式多模型看起來就會顯得複雜;

(5)表、圖一定要儘可能多,這是亮點,特別是三維圖、效果圖,多多益善。插入多一些三維圖、效果圖會讓論文看起來比較豐富多彩。下面是我們論文中出現的效果圖,多用這些圖能給評委帶來驚喜,畢竟很多人的論文都沒有這些圖。

5、答辯

        臨近國慶,突然接到通知,要去中大答辯。當時我們猜測應該是送評國獎了,因爲廣東賽區每年都會從送評國獎的隊伍中隨機抽部分去答辯。

5.1 答辯PPT

       數模答辯PPT篇幅一般是25-30頁,初次做數模答辯PPT的同學可能沒有經驗,可以參考我們的PPT,當時我們花了接近2天時間去做PPT,做得感覺還算比較滿意。

       我們的PPT的基本脈絡可以分爲6部分:問題重述、問題一的分析與求解、問題二的分析與求解、問題三的分析與求解、問題四的分析與求解、評價與推廣。

       數模答辯PPT做法跟項目答辯的PPT差不多:文字儘量少(最好只保留關鍵字)、圖片表格要儘可能多,整個版面看起來要密密麻麻(因爲這樣顯得充實飽滿,評委會覺得你們的確是做了很多工作),同時也要美觀,反正看起來好看舒服就行。下面是我們的部分PPT截圖:

        上面提到文字要儘可能少,忌大段文字堆砌。但是有些地方就是避免不了出現大段文字,比如問題分析、評價推廣,可以通過畫方框和流程圖等方式來避免大段文字堆砌的問題,如下圖所示:

5.2 答辯現場

        數模答辯和項目答辯差不多,都是5分鐘,基本是一頁PPT一句話,高度濃縮總結。講PPT時不要經常去看PPT,筆者就因爲看PPT的次數過多而被評委點名了(唉,我太難了)

        評委老師問的問題一般來自於論文,他覺得有些地方看得不太懂或者求解的結果不太合理就有可能問你。當然也有可能問一些很水的問題,比如答辯現場就有評委問了其中一個隊伍:你們的指導老師在整個數學建模競賽中起到什麼作用?

        評委老師問了我們隊伍兩個問題,都是來自論文:一個是關於排隊論,另一個是關於元胞自動機。評委老師覺得問題3用元胞自動機求解的結果與大多數人的答案不太一樣,叫我們解釋一下原因。不用怕的,根據自己的理解和老師侃侃而談就行,兩個隊友表現超級棒喔。

         放一張在中大答辯結束後的現場圖(下午兩點開始答辯,華工排在最後,所以我們接近6點半才答辯結束,嗚嗚嗚)

6、數學建模入門資源

       絮絮叨叨說了一大堆,不整點資源咋行?給各位小可愛們送一波福利。

Matlab編程:https://www.bilibili.com/video/av9823697?from=search&seid=14415326926987938097

建模入門視頻:https://blog.csdn.net/qq_41149269/article/details/95755089

往年一等獎論文:http://dxs.moe.gov.cn/zx/qkt/sxjm/lw/

 

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