Algorithm:数学建模大赛(CUMCM/NPMCM)之建模历年题目类型、数据分析及官方评阅要点之详细攻略

简介: Algorithm:数学建模大赛(CUMCM/NPMCM)之建模历年题目类型、数据分析及官方评阅要点之详细攻略


目录

历届题目类型及其思想

1、CUMCM

1.1、CUMCM 1992~2000

1.2、CUMCM 2001~2010

1.3、CUMCM 2011~2021

1.4、历史赛题数据分析

1.5、经典题目官方评阅要点

2、NPMCM

2.1、NPMCM 2004~2017


历届题目类型及其思想

1、CUMCM

1.1、CUMCM 1992~2000

年份

试题

解题模型

1992

(A)作物生长的施肥效果问题(北理工:叶其孝)

92A  蛋白氨基酸组合

非线性规划

离散优化,组合最优化

(B)化学试验室的实验数据分解问题(复旦:谭永基)

施肥方案对作物、蔬菜的影响

概率统计模型

多元回归与试验设计

1993

(A)通讯中非线性交调的频率设计问题(北大:谢衷洁)

93A  非线性交调的频率设计

非线性规划

多项式回归与稳定性分析

拟合、规划

(B)足球甲级联赛排名问题(清华:蔡大用)

93B 足球队排名问题

图论

层次分析、图论、模糊综合评判

矩阵论、图论、层次分析法、整数规划

1994

(A)山区修建公路的设计造价问题(西电大:何大可)

94A  逢山开路

非线性规划

插值、图论、动态规划

(B)锁具的制造、销售和装箱问题(复旦:谭永基等)

94B  锁具装箱问题

整数规划模型

离散优化或组合最优化

图论、组合数学

1995

(A)飞机的安全飞行管理调度问题(复旦:谭永基等)

95A  飞行管理问题

非线性规划

非线性最优化方法

非线性规划、线性规划

(B)天车与冶炼炉的作业调度问题(浙大:刘祥官等)

95B  天车与冶炼炉的作业调度

非线性规划

逻辑分析、统筹法、网络计划技术

非线性规划、动态规划、层次分析法、PETRI方法、图论方法、排队论方法

1996

(A)最优捕鱼策略问题(北师大:刘来福)

96A  最优捕鱼的策略                                                               

微分方程、优化

微分方程

微分方程、积分、非线性规划

(B)节水洗衣机的程序设计问题(重大:付鹂)

96B  节水洗衣机

非线性规划

约束最优化

非线性规划

1997

(A)零件参数优化设计问题(清华:姜启源)

97A  零件参数的优化设计

非线性规划

容差设计,随机模拟、显著性检验

微积分、非线性规划、随机模拟

(B)金刚石截断切割问题(复旦:谭永基等)

97B  截断切割中的最优排列

动态规划

离散优化或组合最优化

组合优化、几何变换、枚举、蒙特卡罗、递归、最短路

随机模拟、图论

1998

(A)投资的收益和风险问题(浙大:陈淑平)

98A  风险投资与收益

动态规划

最优化、随机过程、时间序列分析

线性规划、多目标优化、非线性规划

(B)灾情的巡视路线问题(上海海运学院:丁颂康)

98B  灾情巡视路线

图论

图论、组合优化

最小生成树、Hamilton圈、旅行商问题

1999

(A)自动化机床控制管理问题(北大:孙山泽)

99A  自动化车床的管理

非线性规划

可靠性理论、质量管理

积分、概率分布、随机模拟、分布拟合度检验

计算机优化、随机模拟

(B)地质堪探钻井布局问题(郑州大学:林诒勋)

99B  钻井的合理布局

非线性规划

代数、几何、图论、混合整数规划

几何变换、枚举、最大完全子图、混合整数规划

0-1规划、图论

2000

(A)DNA序列的分类问题(北工大:孟大志)

00A  DNA序列分类

概率统计模型

聚类分析 、判别分析

神经网络、最小二乘拟合、统计分类

模式识别、Fisher判别、人工神经网络

(B)钢管的订购和运输问题(武大:费甫生)

00B  钢管订购和运输

非线性规划

二次规划、灵敏度分析、图论

最短路、二次规划

组合优化、运输问题

1.2、CUMCM 2001~2010

年份

试题

解题模型

2001

(A)三维血管的重建问题(浙大:汪国昭)

01A  三维血管重建

统计回归模型

计算几何

数据挖掘、曲面重建与拟合

曲线拟合、曲面重建

(B)公交车的优化调度问题(清华:谭泽光)

01B  城市公交车调度

概率优化模型

数学规划,排队论、计算机模拟

非线性规划

多目标规划

01C  基金的计划使用

多元方程组

2002

(A)汽车车灯的优化设计问题(复旦:谭永基等)

02A  车灯线光源的优化设计

非线性规划

最优化设计,空间解析几何

最优化设计

(B)彩票中的数学问题(信息工程大学:韩中庚)

02B  彩票中的数学

概率与优化

风险决策、层次分析、分类加权

概率与优化

单目标决策

02C  飞越北极

微分方程、微分几何、变分法

02D  赛程安排的优化设计

组合优化

2003

(A)SARS的传播问题(集体)

03A  SARS的传染和防疫

微分方程模型

回归分析、差分微分方程、时间序列、随机扩散模型和计算机仿真

微分方程、差分方程

(B)露天矿生产的车辆安排问题(吉大:方沛辰)

03B  露天矿铲车调度安排

非线性规划

两层规划,线性规划、整数规划

整数规划、运输问题

03D  抢渡长江

多元函数极值 、变分法

2004

(A)奥运会临时超市网点设计问题(北工大:孟大志)

04A  奥运会临时超市网点设计

整数规划模型

数据处理、整数规划

统计分析、数据处理、优化

(B)电力市场的输电阻塞管理问题(浙大:刘康生)

04B  电力市场的输电阻塞管理

非线性规划

多元回归、数学规划

数据拟合、优化

04C  饮酒驾车

微分方程、参数估计

04D  公务员招聘

数据量化、模糊数学、0-1规划

2005

(A)长江水质的评价与预测问题(信息工大:韩中庚)

05A  长江水质的评价和预测

微分方程模型

综合评判、统计预测

预测评价、数据处理

(B)DVD在线租赁问题(清华大学:谢金星等)

05B  DVD在线租赁

线性规划模型

随机模拟、0-1规划、随机抽样

随机规划、整数规划

05C  雨量预报方法的评价

多元统计 、方差分析、插值

2006

(A)出版社的资源配置(北工大:孟大志等)

06A  出版社的资源配置

出版社书号问题

规划问题/优化决策

多元统计分析、整数规划

整数规划、数据处理、优化

(B)艾滋病疗法的评价及疗效的预测(边馥萍,姜启源)

06B  艾滋病疗法的评价及疗效的预测

回归与统计

多元统计分析与预测

线性规划、回归分析

06C 易拉罐形状和尺寸的最优设计

多元函数极值、优选法

2007

(A)中国人口增长预测(唐云)

07A  中国人口增长预测

微分/差分方程

微分方程、数据处理、优化

(B)乘公交、看奥运(方沛辰,吴孟达)

 07B   乘公交,看奥运;

图论/多目标优化

多目标规划、动态规划、图论、0-1规划

07C  手机“套餐”优惠几何;  

07D   体能测试时间安排

2008

08A  数码相机定位;

     照相机问题

非线性方程组、优化

08B   高等教育学费标准探讨;

大学学费问题

数据收集和处理、统计分析、回归分析

08C  地面搜索;    

08D  NBA赛程的分析与评价

2009

09A  制动器试验台的控制方法分析;

09B  眼科病床的合理安排;

09C  卫星和飞船的跟踪测控;   

09D   会议筹备

2010

10A 储油罐的变位识别与罐容表标定

10B 2010年上海世博会影响力的定量评估

2010

A储油罐的变位识别与罐容表标定

B2010年上海世博会影响力的定量评估

C输油管的布置

D对学生宿舍设计方案的评价

1.3、CUMCM 2011~2021

年份

试题

解题模型

2011

A城市表层土壤重金属污染分析

B交巡警服务平台的设置与调度

C企业退休职工养老金制度的改革

D天然肠衣搭配问题

2012

A葡萄酒的评价

B太阳能小屋的设计

C脑卒中发病环境因素分析及干预

D机器人避障问题

2013

A车道被占用对城市道路通行能力的影响

B碎纸片的拼接复原

C古塔的变形

D公共自行车服务系统

2014

A嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略

B创意平板折叠桌

C生猪养殖场的经营管理

D储药柜的设计

2015

A太阳影子定位

B“互联网+”时代的出租车资源配置

C月上柳梢头

D众筹筑屋规划方案设计

2016

A系泊系统的设计

B小区开放对道路通行的影响

C电池剩余放电时间预测

D风电场运行状况分析及优化

2017

A城市表层土壤重金属污染分析

B交巡警服务平台的设置与调度

C企业退休职工养老金制度的改革

D天然肠衣搭配问题

1.4、历史赛题数据分析

赛题的特点

1. 依赖计算机性:对选手的计算机能力提出了更高的要求:赛题的解决依赖计算机,题目的数据较多,手工计算不能完成,如03B,某些问题需要使用计算机软件,01A。问题的数据读取需要计算机技术,如00A(大数据),01A(图象数据,图象处理的方法获得),04A(数据库数据,数据库方法,统计软件包)。计算机模拟和以算法形式给出最终结果。

2. 解法的多样性:赛题的开放性增大,解法的多样性,一道赛题可用多种解法。开放性还表现在对模型假设和对数据处理上。 

3. 数据大规模性:试题向大规模数据处理方向发展 

4. 算法综合性:求解算法和各类现代算法的融合 

赛题的规律

待分析

赛题的预测

待分析

1.5、经典题目官方评阅要点

题目 解析

2006数模竞赛B题

问题(1) 利用附件1的数据预测继续治疗的效果,或者确定最佳治疗终止时间。

1.分析数据  随机取若干个病人,画出他们CD4和HIV浓度随时间变化的图形(折线),可以看出CD4大致有先增后减的趋势,HIV有先减后增的趋势,启示应建立时间的二次函数模型(若先用一次函数模型,应与二次函数模型做统计分析比较)。附件1中个别病人缺CD4或HIV数据(数据表中为空),计算时应注意。

2.建立模型  可能有以下形式的回归模型:

1) 总体回归模型  用全部数据拟合一个模型,如yij=b0+b1tij+b2tij2,tij为第i病人第j次测量时间,yij为第i病人第j次测量值(CD4,HIV)或测量值与初始值之比。一次与二次函数模型比较,二次较优。用数据估计b0,b1,b2, 对CD4,b2<0, b1>0, t=-b1/2b2 达到最大;对HIV,b2>0,b1<0, t=-b1/2b2 达到最小。一般在25~30(周)CD4达到最大、HIV达到最小。可以合理地确定最佳治疗终止时间。

2) 个人回归模型  用每个病人的数据拟合一个模型,如上式(bk改为bik, k=0,1,2), 计算bik的均值和均方差,用均值同1)可得CD4的最大点和HIV的最小点,一般为20~30(周)。可对CD4统计b2i<0, b1i>0(存在正最大点)及b2i>0(不存在最大点)的频率,对HIV统计b2i>0, b1i<0(存在正最小点)及b2i<0(不存在最小点)的频率,在一定条件下可以作为终止治疗与继续治疗的概率(一般为0.6~0.8与0.3~0.2);也可用bik的均值和均方差在一定分布的假定下直接计算这些概率。

注1 建立几种模型相互比较、验证者较优。

注2 不能只有模型,不做统计分析;对模型结果进行统计分析,考虑与数据拟合程度、注意去除异常数据者较优

注3  注意到有一些数据是当出现CD4下降、HIV上升就及时结束的,并做出适当考虑者较优。

注4  注意到题目中“艾滋病治疗的目的,是尽量减少人体内HIV的数量,同时产生更多的CD4,至少要有效地降低CD4减少的速度”,并对结果做出适当考虑者较优

2、NPMCM

2.1、NPMCM 2004~2017

年份

试题

解题模型及其个人看法

2013

A变循环发动机部件法建模及优化

B功率放大器非线性特性及预失真建模

C微蜂窝环境中无线接收信号的特性分析

D空气中PM2.5问题的研究

E中等收入定位与人口度量模型研究

F可持续的中国城乡居民养老保险体系的数学模型研究

2014

A小鼠视觉感受区电位信号(LFP)与视觉刺激之间的关系研究

B机动目标的跟踪与反跟踪

C无线通信中的快时变信道建模

D人体营养健康角度的中国果蔬发展战略研究

E乘用车物流运输计划问题

2015

A是否舰艇编队防空和信息化战争评估模型

B数据的多流形结构分析

C移动通信中的无线信道“指纹”特征建模

D面向节能的单/多列车优化决策问题

E数控加工刀具运动的优化控制

F旅游路线规划问题

2016

A多无人机协同任务规划

上海交通大学《多无人机协同任务规划》

逻辑性较强:多无人机协同 任务规划 两元素优化 贪心算法 无人机调度

上海理工大学《多无人机协同任务规划》

没看太明白:Matlab编程2页。模糊聚类分析 遗传算法 多目标路径选择 竞标算法 目标分配

南京航空航天大学《多无人机协同任务规划》

Matlab编程。改进的GA算法/背包问题。分层规划、全局规划、多岛遗传算法、 威胁程度、时间复杂度

南京航空航天大学《多无人机协同任务规划》

Matlab/Lingo程序。蒙特卡罗法模拟无人机, 协同 作战, 任务规划, 2-opt 算法,粒子群算法

B具有遗传性疾病和性状的遗传位点分析

北京邮电大学《具有遗传性疾病和性状的遗传位点分析》

一般:遗传统计学,全基因组关联性 ,全基因组关联性分析 (GWAS) ,位点 (SNPs) ,卡方检 验, 多元线性回归, 典型相关分析。

上海交通大学《具有遗传性疾病和性状的遗传位点分析》

Matlab编程9页。位点( SNP), 卡方 检验 ,逻辑回归 , 典型关联分析(CCA)

C基于无线通信基站的室内三维定位问题

D军事行动避空侦察的时机和路线选择

E粮食最低收购价政策问题研究

2017

A无人机在抢险救灾中的优化运用

多无人机协同 区域离散 模拟退火算法 遗传算法 无人机调度

上海理工大学《无人机在抢险救灾中的优化运用》

复杂彩图比较多。Matlab编程少。多无人机协同 区域离散化 模拟退火算法 遗传算法 遗传算法 无人机调度

中国石油大学《无人机在抢险救灾中的优化运用》

不错:Matlab编程15页。无人机任务规划;旅行商问题;遗传算法;最小生成树;最大值最小化问题

中国科学院上海技术物理研究所《无人机在抢险救灾中的优化运用》

还行:Matlab编程5页。无人机 航迹规划 遗传算法 K-means 算法 分层

B面向下一代光通信的VCSEL激光器仿真模型

吉林大学《面向下一代光通信的VCSEL 激光器仿真建模》

不错:Matlab编程25页。垂直腔面发射激光器,非线性参数估计,自适应遗传算法,粒子群算法

复旦大学《面向下一代光通信的VCSEL 激光器仿真模型》

不错:Matlab编程12页。VCSEL 激光器,小信号响应模型,PSO 算法,拉格朗日乘子法。

上海大学《面向下一代光通信的VCSEL 激光器仿真模型》

一般:Matlab编程3页。速率方程 变分法与最优控制理论 等效电路模型 非线性最优化算法

C航班恢复问题

北京交通大学《基于贪婪算法的航班恢复问题启发式求解》

不错:Python编程39页。贪婪算法;航班恢复;NP-hard问题;航班安排

上海交通大学《应用时空网络模型解决不正常航班恢复问题》

还行:没有代码、数学公式推导多:时空网络模型、整数规划模型、Gurobi优化软件

上海财经大学《基于时空网络技术的航班恢复问题》

一般:无代码。目标函数和优化条件,航班恢复 、时空网络 、启发式方法、 匈牙利算法

厦门大学《航班恢复问题》

一般:表格多、无代码、类似于数学计算解题

D多波次导弹发射中的规划问题

0-1规划、动态规划

华中科技大学:《多波次导弹发射中的规划问题》

无目录代码少但图较多:多阶段网络流模型 模糊综合评价 多目标优化 自适应差分进化

上海理工大学《多波次导弹发射中的规划问题》

还行吧:Matlab编程14页。多波次任务 多阶段优化 最优节点组合 0-1整

河海大学:《多波次导弹发射中的规划问题》

还行吧:Matlab、Lingo编程7页。多波次打击;Floyd 算法;0-1 优化算法;层次分析法;聚类分析

E基于监控视频的前景目标提取

同济大学:《基于监控视频的前景目标提取》

不错:Matlab编程9页。改进VIBE模型; 混合高斯模型;背景差分法; SIFT模型;人群特征识

F构建地下物流系统网络

清华大学

不错:Matlb/R编程22页。地下物流系统,集合覆盖 ,混合整数规划 ,最小生成树 ,分布规划

武汉大学《构建地下物流系统网络》

还行:Lingo、Matlab编程8页,分步设计、转为最优路径(整数规划解决问题)、最小生成树网络拓扑


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