目录
1 刚体系统 (1)
2 弹性系统动力学 (6)
3 高速旋转体动力学 (10)
1 刚体系统
一般力学研究的对象，是由两个或两个以上刚体通过铰链等约束联系在一起的力学系统，为一般力学研究对象。自行车、万向支架陀螺仪通常可看成多刚体系统。人体在某种意义上也可简化为一个多刚体系统。现代航天器、机器人、人体和仿生学中关于动物运动规律的研究都提出了多刚体系统的一系列理论模型作为研究对象。多刚体系统按其内部联系的拓扑结构，分为树型和非树型（包含有闭链）；按其同外界的联系情况，则有有根和无根之别。利用图论的工具可以一般地分析多刚体系统的构造，建立系统的数学模型和动力学方程组。也可从分析力学中的高斯原理出发，用求极值的优化算法直接求解系统的运动和铰链反力。依照多刚体系统动力学的理论和方法，广泛采用电子计算机对这些模型进行研究，对于精确地掌握这些对象的运动规律是很有价值的。
1.1 自由物体的变分运动方程
任意一个刚体构件i ，质量为i m ，对质心的极转动惯量为i J '，设作用于刚体的所有外力向质心简化后得到外力矢量i F 和力矩i n ，若定义刚体连体坐标系y o x '''的原点o '位于刚体质心，则可根据牛顿定理导出该刚体带质心坐标的变分运动方程：
0][][=-'+-i
i i i i i i T i n J F r m r φδφδ&&&& (1-1) 其中，i r 为固定于刚体质心的连体坐标系原点o '的代数矢量，i φ为连体坐标系相对于全局坐标系的转角，i r δ与i δφ分别为i r 与i φ的变分。
定义广义坐标：
T i T i i r q ],[φ= (1-2)
广义：
T i T i i n F Q ],[= (1-3)
及质量矩阵：
),,(i i i i J m m diag M '= (1-4)
体坐标系原点固定于刚体质心时用广义力表示的刚体变分运动方程：
0)(=-i i i T i Q q M q &&δ (1-5)
1.2 束多体系统的运动方程
考虑由nb 个构件组成的机械系统，对每个构件运用式(1-5)，组合后可得到系统的变分运动方程为：
0][1
=-∑=i i i nb
i T i Q q M q
&&δ (1-6)
若组合所有构件的广义坐标矢量、质量矩阵及广义力矢量，构造系统的广义坐标矢量、质量矩阵及广义力矢量为：
T
T nb T T q q q q ],...,,[21= (1-7)
),...,,(21nb M M M diag M = (1-8)
T T nb T T Q Q Q Q ],...,,[21= (1-9)
系统的变分运动方程则可紧凑地写为：
0][=-Q q M q T &&δ (1-10)
对于单个构件，运动方程中的广义力同时包含作用力和约束力，但在一个系统中，若只考虑理想运动副约束，根据牛顿第三定律，可知作用在系统所有构件上的约束力总虚功为零，若将作用于系统的广义外力表示为：
T T
A nb T
A T
A A Q Q Q Q ],...,,[21= (1-11)
其中：
T A T
A i A i n F Q ],[=，nb i ,...,2,1= (1-12)
则理想约束情况下的系统变分运动方程为：
0][=-A T Q q M q &&δ (1-13)
式中虚位移q δ与作用在系统上的约束是一致的。
系统运动学约束和驱动约束的组合如式(1-10)，为：
0),(=Φt q (1-14)
对其微分得到其变分形式为：
0=Φq q δ (1-15)
式(1-13)和(1-15)组成受约束的机械系统的变分运动方程。
为导出约束机械系统变分运动方程易于应用的形式，运用拉格朗日乘子定理对式(1-13)和(1-15)进行处理。
拉格朗日乘子定理：设矢量n R b ∈，矢量n R x ∈，矩阵n m R A ?∈为常数矩阵，如果有：
0=x b T (1-16)
对于所有满足式（1-84）的x 条件都成立。
0=Ax (1-17)
则存在满足式（1-85）的拉格朗日乘子矢量m R ∈λ。
0=+Ax x b T T λ (1-18)
其中x 为任意的。
在式(1-13)和(1-15)中，n R q ∈，n n R M ?∈，n A R Q ∈，n
m q R
?∈Φ，运用
拉格朗日乘子定理于式(1-13)和(1-15)，则存在拉格朗日乘子矢量m R ∈λ，对于任意的q δ应满足：
0][][=-Φ+=Φ+-q Q q M q q Q q M T
A T q q T T A δλδλδ&&&& (1-19)
由此得到运动方程的拉格朗日乘子形式：
A
T q
Q q M =Φ+λ&& (1-20) 式(1-20)还必须满足式(1-10)、(1-12)和(1-14)表示的位置约束方程、速度约束方程及加速度约束方程，如下：
0),(=Φt q (1-21)
0),(),,(=-Φ=Φυq t q t q q q &&&，),(t q t Φ-=υ (1-22)
0),,(),(),,,(=-Φ=Φt q q q t q t q q q q &&&&&&&&η，tt qt q q q q q
Φ-Φ-Φ-=&&&2)(η (1-23) 以上三式其维数同式(1-14)。
式(1-20)、
(1-21)、(1-22)和(1-23)组成约束机械系统的完整的运动方程。 将式(1-20)与(1-23)联立表示为矩阵形式：
??
????=??????????????ΦΦηλA q T q Q q
M &&0 (1-24) 式(1-24)即为多体系统动力学中最重要的动力学运动方程，式(1-24)还必须满足式(1-22)和(1-23)。它是一个微分——代数方程组，不同于单纯的常微分方程组问题，其求解关键在于避免积分过程中的违约现象，此外，还要注意DAE 问题的刚性问题。
如果系统质量矩阵是正定的，并且约束独立，那么运动方程就有唯一解。实际中的系统质量矩阵通常是正定的，只要保证约束是独立的，运动方程就会有解。
在实际数值迭代求解过程中，需要给定初始条件，包括位置初始条件
)(0t q 和速度初始条件)(0t q &。此时，如果要使运动方程有解，还需要满足初
值相容条件，也就是要使位置初始条件满足位置约束方程，速度初始条件满足速度约束方程。对于由式(1-24)及(1-21)、(1-22)确定的系统动力学方程，初值相容条件为：
0)),((00=Φt t q (1-25)
0)),(()()),(()),(),((00000000=-Φ=Φt t q t q t t q t t q t q q υ&&& (1-26)
1.3 正向动力学分析、逆向动力学分析与静平衡分析
对于一个确定的约束多体系统，其动力学分析不同于运动学分析，并不需要系统约束方程的维数m 等于系统广义坐标的维数n ，n m <。在给定外力的作用下，从初始的位置和速度，求解满足位置约束式(1-22)及速度约束式(1-23)的运动方程式(1-24)，就可得到系统的加速度和相应的速度、位置响应，以及代表约束反力的拉格朗日乘子，这种已知外力求运动及约束反力的动力学分析，称为正向动力学分析。
如果约束多体系统约束方程的维数m 与系统广义坐标的维数n 相等，
n m =，也就是对系统施加与系统自由度相等的驱动约束，那么该系统在运
动学上就被完全确定，由2.2.3节的约束方程、速度方程和加速度方程可求解系统运动。在此情况下，雅可比矩阵是非奇异方阵，即：
0),(≠Φt q q (1-27)
展开式(1-24)的运动方程，为：
A
T q
Q q M =Φ+λ&& (1-28) η=Φq q && (1-29)
由式(1-29)可解得q &&，再由式(1-28)可求得λ，拉格朗日乘子λ就唯一地确定
了作用在系统上的约束力和力矩（主要存在于运动副中）。这种由确定的运动求系统约束反力的动力学分析就是逆向动力学分析。
如果一个系统在外力作用下保持静止状态，也就是说，如果：
0==q
q &&& (1-30) 那么，就说该系统处于平衡状态。将式(1-30)代入运动方程式(1-20)，得到平衡方程：
A T q Q =Φλ (1-31)
由平衡方程式(1-21)及约束方程式(1-13)可求出状态q 和拉格朗日乘子
λ。这种求系统的平衡状态及在平衡状态下的约束反力的动力学分析称为
（静）平衡分析。
1.4 约束反力
对于约束机械系统中的构件i ，设其与系统中某构件j 存在运动学约束或驱动约束，约束编号为k 。除连体坐标系y o x '''外，再在构件i 上以某点P 为原点建立一个新的固定于构件上的坐标系y P x ''''，称为运动副坐标系，设从坐标系y P x ''''到坐标系y o x '''的变换矩阵为i C ，从坐标系y o x '''到坐标系
xoy 的变换矩阵为i A ，则可导出由约束k 产生的反作用力和力矩分别为：
k
T
k r T i T i k i i A C F λΦ-='' (1-32) k
T
k T
k r T i T
P i k i i
i B s T λφ)(Φ-Φ'='' (1-33) 以上两式中，k λ为约束k 对应的拉格朗日乘子，反作用力k i F ''和力矩k
i T ''均为运动副坐标系y P x ''''中的量。
2 弹性系统动力学
由于工业机器人、机械手、弹性联动装置、带柔性附件人造卫星、直升飞机的旋翼等工程结构发展的需求， 使运动中的弹性结构的动力学分析得到了很大的进展。运动弹性体的动力学分析属于多体系统动力学的范畴。而导出其有限元格式的动力学方程并研究其数值解法则是计算多体系统动力学的任务。由于弹性变形与刚体运动的耦合导致了运动弹性体的动力学方程为时变的或非线性的，因此运动中的弹性体会出现诸多非线性效应。
运动中弹性体的动力分析问题可分为两类, 其一是具有给定刚体运动的弹性体的动力分析，这类问题仅讨论弹性体的刚体运动对其弹性变形的影响，比如机械手的弹性终端杆的振动分析一般可归于此类。第二类问题是多体系统中之刚体运动与其中的弹性体的弹性变形的相互耦合的动力分析, 在这类问题中, 弹性体的变形会受到系统刚体运动的影响， 反之弹性体的变形也会影响系统的刚体运动。
下面采用运动参考系方法并用Jourdain 动力学普遍方程导出了具有空间一般运动的弹性体之通用的有限元动力学方程，其最大的优点在于推导简单并适用于各类结构及各种单元形式。对系统的动力学方程的数值求解, 一般可以采用直接积分法。下面给出了对时变的运动弹性的动力学方程的Neumann 级数2直接积分解法, 该方法可以在保证计算精度的前提下很大程度地节省机时。
图2-1
图2-1 所示为一运动的弹性体B ，选用两个坐标系来定义弹性体B 的刚体运
动与弹性变形:静系—3
21o o o
x x ox ， 简记o 系; 原点在B 上的1o 点, 固连于B 上的动
系—3
2111
11o o o x x x o ，简记为1o 系。B 的刚体移动由1o 点对于o 点的矢量1o r ，定义B 的空间转动则用1o 系对o 系的转动来定义, 而B 内任意点P 的弹性变形则用在1o 系内的弹性变形位移矢量u 来表示。
由图可见B 发生弹性变形后, 其上任意一点P 对o 系的位置矢量可以表示为:
u
o p r r r +=1 （2-1）
而
u r r u += （2-2）
其中是B 未产生弹性变形时P 点在1o 系中的位置矢量，则表示P 点的弹性变形位移矢量。把(2-2) 式代入(2-1) 式并向o 系投影, 且采用矩阵形式表示为:
{}{}[]{}{}()1
1
1
1
o o oo o o o
p
u r A r r ++= （2-3）
其中{}o p r 和{}o o r 1
分别表示p r 和1o r 向o 系的投影列阵；[]
1
oo A 表示1o 系向o 系转移的方向余弦矩阵。把(3-3) 式中{}
1o u 的用有限元的格式，表达为:
{}[]{}ρN u o =1
（2-4）
其中[]N 为单元形函数矩阵，{}ρ为P 点所在单元的有限元结点位移列阵。把(2-4) 式代入(2-3)式, 并利用公式:
[][]
111oo oo oo A A Ω=??
????? （2-5）
其中[]
1oo Ω 是1
o 系相对于o 系转动角速度在o 系上投影的斜对称阵。
由(2-3) 式对时间分别求一次导数和二次导数可得P 点的速度{}
o p v 和加速度
{}o p
a ，进而可得到P 点的虚速度{}o p
v δ，于是P 点邻域之微元体的Jourdain 动力
学普遍方程可以写作:
{}[]{}{}()0d 1
T
=-o p p oo
o p a v m f A
v δ （2-6）
其中: p m 为弹性体在P 点的质量密度；
{}f 是作用于P 点微元体上的全部力在1O
系上的投影。 对于{}[]{}f A v oo o p
1
T
δ可利用常规有限元的格式将它写作:
{}[]
{}[]{}[]{}[]??? ????????--??????=??ρρρδδC K F N f A v
oo o p
T T
T
1
（2-7） 其中: []K 和[]C 分别为单元刚度阵和单元阻力阵在P 点的值; {}F 为作用在P 点微元体上的外力在1O 系的列阵, 把求得的P 点的虚速度和加速度以及(2-7) 式代
入(2-6) 式, 并考虑到?
??
????ρδ中诸元素之独立性, 可得P 点微元体的动力学方程为：
[]{}[]{}[]{}{}0
d T
T
=-?
??
???--?o p
o
p p a V v m C K F N δρρ
（2-8）
将(2-8) 式对单元积分便可得运动的弹性体的单元动力学方程:
[]
[][]{}{}
e
e e e
F K C M =+??????+???????
??ρρρ
（2-9） 式中:
[][][]?=v N N m M p
e
d T
[]
[]{}[][][][][][][][]
??+=Ω+=d
s
oo oo oo p e
C C v N A A
N m v N N C d 2d 1
1
1T
T
T
μ
[]
[][][][][]
[][][][][][]
d s oo oo oo oo oo p e
K K v N A A
N m v B D B K +=?
??
?
??ΩΩ+???
??
?Ω+=???d d 1
1111T
T
T
{}
[]{}[][][][]
[][
][]{}{}{}
d s o oo oo oo oo oo p o o oo p e
F F v r A A N m v r A N m v F N F +=?
??
?
??????
??ΩΩ+???
??
?Ω+??????-=??????d d d 1
1
111111
T
T T T T
其中[]s C ，[]s K ，{}s F 分别是常规有限元法中的单元阻力阵、刚度阵和外力向量, 而[]d C ，[]d K ，{}d F 则分别是由于刚体运动与弹性变形的耦合而产生的附加单元动力阻尼阵、动力刚度阵和动力力向量。而且由于它们的表达式中含有表示弹性
体空间运动量???
?????o o r 1
和{}ω， 因此,通常这些动力附加项是时变的。当弹性体的刚体运动速度特别是转动速度较大时, 弹性体受到较大的惯性力作用, 会产生变形的耦合效应。例如转动的梁, 由于离心惯性力产生的轴向拉力会增大梁的抗弯刚度, 即所谓的“刚化效应”。这时在(2-10) 式中的常规刚度阵[]s K 中需计入结构的几何刚度阵, 关于各类单元的几何刚度阵可参阅有关非线性有限元的书籍。而结构的几何刚度阵往往是未知内力的函数, 这时方程(2-9)式就是一个非线性的动力方程。但对于简单的弹性体, 如梁, 由于刚体运动的惯性力产生的轴力容易求得, 这时的几何刚度阵就变为时变阵。本文只讨论几何刚度阵为时变阵的情况, 即方程(2-9)式为时变动力学方程时的数值解法。
显然, 若弹性体没有刚体运动, 则方程(2-9)式退化为常规的有限单元动力学方程。把(2-9)式按常规有限元的组集方法进行组集, 便可得到对于运动弹性体的具有时变特性的、通用的有限元动力学方程:
[][][]{}{}F K C M =+???
???+?????????ρρρ
（2-10）
3 高速旋转体动力学
高速旋转体通常是由是由三个刚体──外环、内环、转子互相约束在一起而成，可使陀螺仪转子具有空间转动的三个自由度。过去曾长期认为，高速自转的平衡对称卡登陀螺仪和单刚体陀螺仪的理论模型没有本质区别，具有所谓“定轴性。但实际上,理论研究和精密的实验研究都已证明这个想法是错误的。平衡对称卡登陀螺仪的空间定向大都具有里雅普诺夫意义下的不稳定性（见运动稳定性）。卡登陀螺仪和单刚体陀螺仪模型有本质区别，只有通过多刚体系统模型的研究才能正确解释卡登陀螺仪的动力学特征。
图3-1
如图3-1所示，对于外径D 与长度l 的比值5/ 正质量b m '、b m ''的重径积b b r m ''ρ和b b r m ''''ρ 。但是这种方法所带来问题是力多边形不易求解以及图解法不够精确。假如采用平面解法，不仅简单正确，而且对于没有动平衡机的工厂无疑有一定的实用价值。 上述转子质量分布简图如图3-2所示，不平衡质量1m 、2m 、3m 分别分布在与回转轴线垂直的三个平面1、2、3内, 各质点距回转轴线的矢径分别为1r 、2r 、 3r 。当转子以等角速度。回转时, 各质点所产生的离心惯性力分别为 2111ωr m P = （3-1） 2122ωr m P = （3-2） 2133ωr m P = （3-3） 图3-2 方向如图所示。若选择转子左、右二端面T '（过点A 与轴线垂直的平面）、T ''（过 点B 与轴线垂直的平面）作为校正平面， 在T '、T ''平面内分别加上校正质量b m '、b m ''，矢径为b r '、b r ''，则校正质量所产生的离心惯性力为2ωb b b r m P ''='和2ωb b b r m P ''''=''，1P 、2P 、3P 、b P '和b P ''组成了空间力系。 选取三坐标轴x 、y 、z 轴如图所示，并将作用在转子上的所有力向YAZ 平面和XAY 平面投影，如图3-3所示。 图3-3 在图3-3中, 所有的力组成了平面平行力系, 列平衡方程： 0=?? ? ??∑→F m A ，02211=''+'-'l P l P l P bz z z （3-4） 0=∑z F ，021=''+-+'bz z z bz P P P P （3-5） 解得： l l P l P P z z bz 112 2'-''='' （3-6） z z z bz P P P P 212+-''-=' （3-7） 式中： 11P P z -在Z 轴上的投影，111cos αP P z =，N ； 22P P z -在Z 轴上的投影，22cos αP P z =，N ； b bz P P '-'在Z 轴上的投影，β''='cos b bz P P ，N ； b bz P P ''-''在Z 轴上的投影，β''''=''cos b bz P P ，N ； 同理，在XAY 平面内 0=?? ? ??∑→F m A ，0332211=''+'-'-'l P l P l P l P bx x x x （3-8） 0=∑z F ，0321=''++--bx x x x bx P P P P P （3-9） 解得： l l P l P l P P x x x bx 332 211'-'+'='' （3-10） bx x x x bx P P P P P ''-++='321 （3-11） 式中： 11P P x -在X 轴上的投影，111sin αP P x =，N ； 22P P x -在X 轴上的投影，222sin αP P x =，N ； 33P P x -在X 轴上的投影，33P P x =，N ； b bx P P '-'在X 轴上的投影，β''=sin b bx P P ，N ； b bx P P ''-''在X 轴上的投影，β''''=''sin b bx P P ，N ； 在校正平面T '上，校正质量b m '所产生的离心惯性力b P '： 22bz bx b P P P '+'=' （3-12） bz bx P P ''='-1 tan β （3-13） 在校正平面T ''上，校正质量b m ''所产生的离心惯性力b P ''： 22bz bx b P P P ''+''='' （3-14） bz bx P P ''''=''-1 tan β （3-15） 当给定校正质量 b m '和 b m ''的失径b r 'ρ和b r ''ρ，很容易求得校正质量b m '和b m ' '的数值： 2ωb b b r P m '' =' （3-16） 2 ωb b b r P m ''''='' （3-17） b m '和 b m ''的方位由角度β'和β''确定，如图3-3所示。因为方程每一项均有2ω， 故2 ω可以约去而不必计算。 【关键字】设计、方法、条件、动力、增长、计划、问题、系统、网络、理想、要素、工程、项目、重点、检验、分析、规划、管理、优化、中心 数学建模常用模型方法总结 无约束优化 线性规划连续优化 非线性规划 整数规划离散优化 组合优化 数学规划模型多目标规划 目标规划 动态规划从其他角度分类 网络规划 多层规划等… 运筹学模型 （优化模型） 图论模型存 储论模型排 队论模型博 弈论模型 可靠性理论模型等… 运筹学应用重点:①市场销售②生产计划③库存管理④运输问题⑤财政和会计⑥人事管理⑦设备维修、更新和可靠度、项目选择和评价⑧工程的最佳化设计⑨计算器和讯息系统⑩城市管理 优化模型四要素：①目标函数②决策变量③约束条件 ④求解方法(MATLAB--通用软件LINGO--专业软件) 聚类分析、 主成分分析 因子分析 多元分析模型判别分析 典型相关性分析 对应分析 多维标度法 概率论与数理统计模型 假设检验模型 相关分析 回归分析 方差分析 贝叶斯统计模型 时间序列分析模型 决策树 逻辑回归 传染病模型马尔萨斯人口预测模型微分方程模型人口预 测控制模型 经济增长模型Logistic 人口预测模型 战争模型等等。。 灰色预测模型 回归分析预测模型 预测分析模型差分方程模型 马尔可夫预测模型 时间序列模型 插值拟合模型 神经网络模型 系统动力学模型(SD) 模糊综合评判法模型 数据包络分析 综合评价与决策方法灰色关联度 主成分分析 秩和比综合评价法 理想解读法等 旅行商(TSP)问题模型 背包问题模型车辆路 径问题模型 物流中心选址问题模型 经典NP问题模型路径规划问题模型 着色图问题模型多目 标优化问题模型 车间生产调度问题模型 最优树问题模型二次分 配问题模型 模拟退火算法(SA) 遗传算法(GA) 智能算法 蚁群算法(ACA) (启发式) 常用算法模型神经网络算法 蒙特卡罗算法元 胞自动机算法穷 举搜索算法小波 分析算法 确定性数学模型 三类数学模型随机性数学模型 模糊性数学模型 计算机辅助工程与分析课程读书报告 课程名称：计算机辅助工程与分析 报告题目：多体系统动力学及ADAMS软件 学院：机电工程学院 专业：2014机械工程 姓名： 学号： 任课老师：王立华 提交日期：2015年6月29 日 目录 1.多体动力学理论 ............................................... - 3 - 1.1多体动力学研究对象....................................... - 3 - 1.2多体动力学研究现状....................................... - 3 - 1.3多刚体系统动力学建模..................................... - 3 - 1.3.1多体系统动力学基本概念............................. - 4 - 1.3.2计算多体系统动力学建模与求解一般过程............... - 4 - 1.3.3多刚体系统运动学[3].................................. - 4 - 1.3.4多刚体系统动力学................................... - 5 - 1.4 多柔体系统动力学建模[4]................................... - 5 - 1.4.1多柔体系统坐标系................................... - 5 - 1.4.2多柔体系统动力学方程的建立......................... - 5 - 1.4.3多柔体动力学方程................................... - 6 - 1.5多体系统动力学方程的求解................................. - 6 - 1.6多体系统动力学中的刚性（Stiff）问题...................... - 7 - 1.6.1微分方程刚性（Stiff）问题.......................... - 7 - 1.6.2多体系统动力学中Stiff问题......................... - 7 - 1.7多体系统仿真模型......................................... - 7 - 2.ADAMS软件简述................................................ - 8 - 2.1 ADAMS软件............................................... - 8 - 2.2 主要内容................................................ - 8 - 3. 总结 ........................................................ - 8 - 4.四自由度机械手的总体方案 ..................................... - 8 - 4.1机械手自由度的选择....................................... - 8 - 4.2 三维造型............................................. - 9 - 4.2.1三维设计软件proe简介.............................. - 9 - 4.2.2机械手关键零部件设计............................... - 9 - 4.2.3机械手其它零部件设计.............................. - 10 - 4.3 Adams 仿真模型......................................... - 11 - 5.学习心得 .................................................... - 13 - 6.学习笔记 .................................................... - 13 - 6.1 pro/e与adams之间的转化................................ - 13 - 6.2 力与驱动的关系......................................... - 14 - 3.Marker点与Pointer点区别................................. - 14 - 7.课程反馈意见 ................................................ - 14 - 参考文献 ...................................................... - 14 - 离散模型 § 1 离散回归模型 一、离散变量 如果我们用0，1，2，3，4，?说明企业每年的专利申请数，申请数是一个离散的变量,但是它是间隔尺度变量，该变量类型不在本章的讨论的被解释变量中。但离散变量0和1可以用来说明企业每年是否申请专利的事项，类似表示状态的变量才在本章的讨论中。在专利申请数的问题中，离散变量0，1，2，3 和4 等数字具 有具体的经济含义，不能随意更改；而在是否申请专利的两个选择对象的选择问题中，数字0和1只是用于区别两种不同的选择，是表示一种状态。本专题讨论有序尺度变量和名义尺度变量的被解释变量。 、离散因变量 在讨论家庭是否购房的问题中，可将家庭购买住房的决策用数字1 表示，而将家庭不购买住房的决策用数字0 表示。 1 yes x 0 no 如果x 作为说明某种具体经济问题的自变量，则应用以前介绍虚拟变量知识就足够了。如果现在考虑某个家庭在一定的条件下是否购买住房问题时，则表示状态的虚拟变量就不再是自变量，而是作为一个被说明对象的因变量出现在经济模型中。因此，需要对以前讨论虚拟变量的分析方法进行扩展，以便使其能够适应分析类似家庭是否购房的问题。因为在家庭是否购房问题中,虚拟因变量的具体取值仅是为了区别不同的状态，所以将通过虚拟因变量讨论备择对象选择的回归模型称为离散选择模型。 三、线性概率模型 现在约定备择对象的0 和1 两项选择模型中，下标i 表示各不同的经济主体，取值 0或l的因变量 y i表示经济主体的具体选择结果，而影响经济主体进行选择的自变量 x i 。如果选择响应YES 的概率为 p(y i 1/ x i ) ，则经济主体选择响应NO 的概率为 1 p(y i 1/ x i)， 则E(y i /x i) 1 p(y i 1/x i) 0 p(y i 0/x i)＝ p(y i 1/x i)。根据经典线性回归，我们知道其总体回归方程是条件期望建立的，这使我们想象可以构造线性概率模型 p(y i 1/ x i) E(y i / x i) x iβ 0 1 x i1 L k x ik u i 描述两个响应水平的线性概率回归模型可推知，根据统计数据得到的回归结果并不一定能够保证回归模型的因变量拟合值界于[0，1]。如果通过回归模型式得到的因变量拟合值完全偏离0或l两个数值，则描述两项选择的回归模型的实际用途就受到很大的限制。为避免出现回归模型的因变量预测值偏离0或1的情形，需要限制因变量的取值范围并对回归模型式进行必要的修正。由于要对其进行修正，那么其模型就会改变，模型改变会导致似然函 第九章 化学动力学 核心内容：反应速率和反应机理 主要内容：各级反应速率方程，阿氏方程，有关计算 一、内容提要 1．反应速率定义和反应速率方程 （1）反应速率定义 化学反应：B B B ∑=ν0， 反应进度：B B dn d νξ= 转化速率：单位时间化学反应的反应进度的变化： dt dn dt d B B ?==νξξ 1 反应速率：单位时间单位体积内化学反应的反应进度的变化： dt dc dt d V B B ? =?= νξυ11 （恒容反应） 反应物的消耗速率或产物的生成速率：dt dc B B ± =υ 或：dt dc RT dt dp B B B p ±=± =,υ（RT c p B B = ）， n B B p RT k k -=1,)( （2）基元反应的速率方程 对于基元反应：aA+bB+… → 产物，有质量作用定律：???=-b B a A A A c c k dt dc 反应分子数：)3,2,1(???++=b a n （3）非基元反应的速率方程 对于化学反应：aA + bB + …→ lL + mM+ … 由实验数据归纳得出经验速率方程：???=- =B n A n B A A A A c c k dt dc υ 反应级数（总级数）：n=n A +n B +…（分级数） 反应级数可以是整数或分数，也可以是正数、零、或负数。 （4）速率方程的积分形式 ①零级反应：A →P 微分式 k dt A =- 积分式 0,A A c kt c +-= 半衰期 t 1/2 = k c A 20, 特征：a. c ～t 呈线性关系 b. t 1/2与初始浓度成正比 c. k 的单位 mol·dm -3·s -1 ②一级反应 微分式 A A kc dt dc =- 积分式 0,ln ln A A c kt c +-=，或kt c c A A =/ln 0,，或kt A A e c c -=0, 半衰期 t 1/2 = ln2/k 特征：a. c ln ～t 呈线性关系 b. t 1/2与初始浓度无关 c. k 的单位s -1 ③二级反应 微分式 2 A A kc dt dc =- 积分式 ,1 1A A c kt c + = 半衰期 t 1/2= ,1 A kc 特征：a. A c /1～t 呈线性关系 b. t 1/2与初始浓度成反比 c. k 的单位mol -1·dm 3·s -1 ④n 级反应 结构动力学学习总结 通过对本课程的学习，感受颇深。我谈一下自己对这门课的理解： 一．结构动力学的基本概念和研究内容 随着经济的飞速发展，工程界对结构系统进行动力分析的要求日益提高。我国是个多地震的国家，保证多荷载作用下结构的安全、经济适用，是我们结构工程专业人员的基本任务。结构动力学研究结构系统在动力荷载作用下的位移和应力的分析原理和计算方法。它是振动力学的理论和方法在一些复杂工程问题中的综合应用和发展，是以改善结构系统在动力环境中的安全和可靠性为目的的。高老师讲课认真负责，结合实例，提高了教学效率，也便于我们学生寻找事物的内在联系。这门课的主要内容包括运动方程的建立、单自 由度体系、多自由度体系、无限自由度体系的动力学问题、随机振动、结构抗震计算及结构动力学的前沿研究课题。既有线性系统的计算，又有非线性系统的计算；既有确定性荷载作用下结构动力影响的计算，又有随机荷载作用下结构动力影响的随机振动问题；阻尼理论既有粘性阻尼计算，又有滞变阻尼、摩擦阻尼的计算，对结构工程最为突出的地震影响。 二．动力分析及荷载计算 1.动力计算的特点 动力荷载或动荷载是指荷载的大小、方向和作用位置随时间而变化的荷载。如果从荷载本身性质来看，绝大多数实际荷载都应属于动荷载。但是，如果荷载随时间变化得很慢，荷载对结构产生的影响与 静荷载相比相差甚微，这种荷载计算下的结构计算问题仍可以简化为静荷载作用下的结构计算问题。如果荷载不仅随时间变化，而且变化很快，荷载对结构产生的影响与静荷载相比相差较大，这种荷载作用下的结构计算问题就属于动力计算问题。 荷载变化的快与慢是相对与结构的固有周期而言的，确定一种随时间变化的荷载是否为动荷载，须将其本身的特征和结构的动力特性结合起来考虑才能决定。 在结构动力计算中，由于荷载时时间的函数，结构的影响也应是时间的函数。另外，结构中的内力不仅要平衡动力荷载，而且要平衡由于结构的变形加速度所引起的惯性力。结构的动力方程中除了动力荷载和弹簧力之外，还要引入因其质量产生的惯性力和耗散能量的阻尼力。而 四类基本模型 1 优化模型 1.1 数学规划模型 线性规划、整数线性规划、非线性规划、多目标规划、动态规划。 1.2 微分方程组模型 阻滞增长模型、SARS 传播模型。 1.3 图论与网络优化问题 最短路径问题、网络最大流问题、最小费用最大流问题、最小生成树问题(MST)、旅行商问题(TSP)、图的着色问题。 1.4 概率模型 决策模型、随机存储模型、随机人口模型、报童问题、Markov 链模型。 1.5 组合优化经典问题 ● 多维背包问题(MKP) 背包问题：n 个物品，对物品i ，体积为i w ，背包容量为W 。如何将尽可能多的物品装入背包。 多维背包问题：n 个物品，对物品i ，价值为i p ，体积为i w ，背包容量为W 。如何选取物品装入背包，是背包中物品的总价值最大。 多维背包问题在实际中的应用有：资源分配、货物装载和存储分配等问题。该问题属于NP 难问题。 ● 二维指派问题(QAP) 工作指派问题：n 个工作可以由n 个工人分别完成。工人i 完成工作j 的时间为ij d 。如何安排使总工作时间最小。 二维指派问题（常以机器布局问题为例）：n 台机器要布置在n 个地方，机器i 与k 之间的物流量为ik f ，位置j 与l 之间的距离为jl d ，如何布置使费用最小。 二维指派问题在实际中的应用有：校园建筑物的布局、医院科室的安排、成组技术中加工中心的组成问题等。 ● 旅行商问题(TSP) 旅行商问题：有n 个城市，城市i 与j 之间的距离为ij d ，找一条经过n 个城 市的巡回（每个城市经过且只经过一次，最后回到出发点），使得总路程最小。 ● 车辆路径问题(VRP) 车辆路径问题（也称车辆计划）：已知n 个客户的位置坐标和货物需求，在可供使用车辆数量及运载能力条件的约束下，每辆车都从起点出发，完成若干客户点的运送任务后再回到起点，要求以最少的车辆数、最小的车辆总行程完成货物的派送任务。 TSP 问题是VRP 问题的特例。 ● 车间作业调度问题(JSP) 车间调度问题：存在j 个工作和m 台机器，每个工作由一系列操作组成，操作的执行次序遵循严格的串行顺序，在特定的时间每个操作需要一台特定的机器完成，每台机器在同一时刻不能同时完成不同的工作，同一时刻同一工作的各个操作不能并发执行。如何求得从第一个操作开始到最后一个操作结束的最小时间间隔。 2 分类模型 判别分析是在已知研究对象分成若干类型并已经取得各种类型的一批已知样本的观测数据，在此基础上根据某些准则建立判别式，然后对未知类型的样品进行判别分析。 聚类分析则是给定的一批样品，要划分的类型实现并不知道，正需要通过局内分析来给以确定类型的。 2.1 判别分析 ● 距离判别法 基本思想：首先根据已知分类的数据，分别计算各类的重心即分组(类)的均值，判别准则是对任给的一次观测，若它与第i 类的重心距离最近，就认为它来自第i 类。 至于距离的测定，可以根据实际需要采用欧氏距离、马氏距离、明科夫距离等。 ● Fisher 判别法 基本思想：从两个总体中抽取具有p 个指标的样品观测数据，借助方差分析的思想构造一个判别函数或称判别式1p i i i y c x ==∑。其中系数i c 确定的原则是使两 组间的区别最大，而使每个组内部的离差最小。 对于一个新的样品，将它的p 个指标值代人判别式中求出 y 值，然后与判别临界值(或称分界点(后面给出)进行比较，就可以判别它应属于哪一个总体。在两个总体先验概率相等的假设下，判别临界值一般取： (1)(2)1 2012n y n y y n n +=+ 系统动力学 1.系统动力学的发展 系统动力学（简称SD—system dynamics）的出现于1956年，创始人为美国麻省理工学院的福瑞斯特教授。系统动力学是福瑞斯特教授于1958年为分析生产管理及库存管理等企业问题而提出的系统仿真方法，最初叫工业动态学。是一门分析研究信息反馈系统的学科，也是一门认识系统问题和解决系统问题的交叉综合学科。从系统方法论来说：系统动力学是结构的方法、功能的方法和历史的方法的统一。它基于系统论，吸收了控制论、信息论的精髓，是一门综合自然科学和社会科学的横向学科。 系统动力学的发展过程大致可分为三个阶段： 1）系统动力学的诞生—20世纪50-60年代 由于SD这种方法早期研究对象是以企业为中心的工业系统，初名也就叫工业动力学。这阶段主要是以福雷斯特教授在哈佛商业评论发表的《工业动力学》作为奠基之作，之后他又讲述了系统动力学的方法论和原理，系统产生动态行为的基本原理。后来，以福雷斯特教授对城市的兴衰问题进行深入的研究，提出了城市模型。 2）系统动力学发展成熟—20世纪70-80 这阶段主要的标准性成果是系统动力学世界模型与美国国家模型的研究成功。这两个模型的研究成功地解决了困扰经济学界长波问题，因此吸引了世界围学者的关注，促进它在世界围的传播与发展,确立了在社会经济问题研究中的学 3）系统动力学广泛运用与传播—20世纪90年代-至今 在这一阶段，SD在世界围得到广泛的传播,其应用围更广泛,并且获得新的发展.系统动力学正加强与控制理论、系统科学、突变理论、耗散结构与分叉、结构稳定性分析、灵敏度分析、统计分析、参数估计、最优化技术应用、类属结构研究、专家系统等方面的联系。许多学者纷纷采用系统动力学方法来研究各自的社会经济问题，涉及到经济、能源、交通、环境、生态、生物、医学、工业、城市等广泛的领域。 2．系统动力学的原理 系统动力学是一门分析研究信息反馈系统的学科。它是系统科学中的一个分支，是跨越自然科学和社会科学的横向学科。系统动力学基于系统论，吸收控制论、信息论的精髓，是一门认识系统问题和解决系统问题交叉、综合性的新学科。从系统方法论来说，系统动力学的方法是结构方法、功能方法和历史方法的统一。 系统动力学是在系统论的基础上发展起来的，因此它包含着系统论的思想。系统动力学是以系统的结构决定着系统行为前提条件而展开研究的。它认为存在系统的众多变量在它们相互作用的反馈环里有因果联系。反馈之间有系统的相互联系，构成了该系统的结构，而正是这个结构成为系统行为的根本性决定因素。 人们在求解问题时都是想获得较优的解决方案，能够得到较优的结果。所以系统动力学解决问题的过程实质上也是寻优过程，来获得较优的系统功能。系统动力学强调系统的结构并从系统结构角度来分析系统的功能和行为，系统的结构决定了系统的行为。因此系统动力学是通过寻找系统的较优结构，来获得较优的 最短路问题、公路连接问题、指派问题、中国邮递员问题、推销员问题、旅行商问题、运输问题 上述问题有两个共同的特点： 一是它们的目的都是从若干可能的安排或方案中寻求某种意义下的最优安排或方案，数学上把这种问题称为最优化或优化问题； 二是它们都易于用图形的形式直观地描述和表达，数学上把这种与图相关的结构称为网络。 与图和网络相关的最优化问题就是网络最优化或称网络优化问题。所以上面例子中介绍的问题都是网络优化问题。 离散数据的处理可用插值、拟合。 插值：已知某些离散点的函数值，构造一个简单的函数通过所有离散点，可求离散点区域内其他中间点的值。若要求所求曲线（面）通过所给所有数据点，就是插值问题。 拟合：不要求通过所有数据点，可预测以前的值。若不要求曲线（面）通过所有数据点，而是要求它反映对象整体的变化趋势，这就是数据拟合，又称曲线拟合或曲面拟合。 函数插值与曲线拟合都是要根据一组数据构造一个函数作为近似，由于近似的要求不同，二者在数学方法上是完全不同的。 元法建模3用模拟近似法建模。 微分方程数值解求近似解。 有限差分法--------偏微分方程的一种数值解法 非线性------曲线线性-------直线 预测方法总结：1回归拟合预测------最小二乘法（数据较多、不能太多也不能太少、适合中 等数据量的问题） 2灰色预测（小样本的预测，数据量少）需做数据预处理 3模糊数学预测 模糊数学是研究和揭示模糊现象的定量处理方法。 分类、识别、评判、预测、控制、排序、选择 模糊聚类分析--------对所研究的事物按一定标准进行分类。对客观事物按一定的标准进行分类的数学方法称为聚类分析，它是多元统计的一种分类方法。 模糊模式识别------已知某类事物的若干标准模型，给出一个具体的对象，确定把它归于哪一类模型。 模糊综合评判------从某一事物的多个方面进行综合评价 模糊线性规划-----将线性规划的约束条件或目标函数模糊化,引入隶属函数，从而导出一个新的线性规划问题, 其最优解称为原问题的模糊最优解。 系统动力学模型介绍 1.系统动力学的思想、方法 系统动力学对实际系统的构模和模拟是从系统的结构和功能两方面同时进行的。系统的结构是指系统所包含的各单元以及各单元之间的相互作用与相互关系。而系统的功能是指系统中各单元本身及各单元之间相互作用的秩序、结构和功能，分别表征了系统的组织和系统的行为，它们是相对独立的，又可以在—定条件下互相转化。所以在系统模拟时既要考虑到系统结构方面的要素又要考虑到系统功能方面的因素，才能比较准确地反映出实际系统的基本规律。系统动力学方法从构造系统最基本的微观结构入手构造系统模型。其中不仅要从功能方面考察模型的行为特性与实际系统中测量到的系统变量的各数据、图表的吻合程度，而且还要从结构方面考察模型中各单元相互联系和相互作用关系与实际系统结构的一致程度。模拟过程中所需的系统功能方面的信息，可以通过收集，分析系统的历史数据资料来获得，是属定量方面的信息，而所需的系统结构方面的信息则依赖于模型构造者对实际系统运动机制的认识和理解程度，其中也包含着大量的实际工作经验，是属定性方面的信息。因此，系统动力学对系统的结构和功能同时模拟的方法，实质上就是充分利用了实际系统定性和定量两方面的信息，并将它们有机地融合在一起，合理有效地构造出能较好地反映实际系统的模型。 2.建模原理与步骤 (1)建模原理 用系统动力学方法进行建模最根本的指导思想就是系统动力学的系统观和方法论。系统动力学认为系统具有整体性、相关性、等级性和相似性。系统内部的反馈结构和机制决定了系统的行为特性，任何复杂的大系统都可以由多个系统最基本的信息反馈回路按某种方式联结而成。系统动力学模型的系统目标就是针对实际应用情况，从变化和发展的角度去解决系统问题。系统动力学构模和模拟的一个最主要的特点，就是实现结构和功能的双模拟，因此系统分解与系统综合原则的正确贯彻必须贯穿于系统构模、模拟与测试的整个过程中。与其它模型一样，系统动力学模型也只是实际系统某些本质特征的简化和代表，而不是原原本本地翻译或复制。因此，在构造系统动力学模型的过程中，必须注意把握大局，抓主要矛盾，合理地定义系统变量和确定系统边界。系统动力学模型的一致性和有效性的检验，有一整套定性、定量的方法，如结构和参数的灵敏度分析，极端条件下的模拟试验和统计方法检验等等，但评价一个模型优劣程度的最终标准是客观实践，而实践的检验是长期的，不是一二次就可以完成的。因此，一个即使是精心构造出来的模型也必须在以后的应用中不断修改、不断完善，以适应实际系统新的变化和新的目标。 (2)建模步骤 系统动力学构模过程是一个认识问题和解决问题的过程，根据人们对客观事物认识的规律，这是一个波浪式前进、螺旋式上升的过程，因此它必须是一个由粗到细，由表及里，多次循环，不断深化的过程。系统动力学将整个构模过程归纳为系统分析、结构分析、模型建立、模型试验和模型使用五大步骤这五大步骤有一定的先后次序，但按照构模过程中的具体情况，它们又都是交叉、反复进行的。 第一步系统分析的主要任务是明确系统问题，广泛收集解决系统问题的有关数据、资料和信息，然后大致划定系统的边界。 第二步结构分析的注意力集中在系统的结构分解、确定系统变量和信息反馈机制。 第三步模型建立是系统结构的量化过程(建立模型方程进行量化)。 第四步模型试验是借助于计算机对模型进行模拟试验和调试，经过对模型各种性能指标的评估不断修改、完善模型。 第五步模型使用是在已经建立起来的模型上对系统问题进行定量的分析研究和做各种政策实验。 3.建模工具 系统动力学软件VENSIM PLE软件 4.建模方法 因果关系图法 在因果关系图中，各变量彼此之间的因果关系是用因果链来连接的。因果链是一个带箭头的实线(直线或弧线)，箭头方向表示因果关系的作用方向，箭头旁标有“+”或“-”号，分别表示两种极性的因果链。 数学建模学习心得体会 【1】数学建模学习心得体会 数学建模是一个经历观察、思考、归类、抽象与总结的过程，也是一个信息捕捉、筛选、整理的过程，更是一个思想与方法的产生 与选择的过程。它给学生再现了一种“微型科研”的过程。数学建 模教学有利于激发学生学习数学的兴趣，丰富学生数学探索的情感 体验;有利于学生自觉检验、巩固所学的数学知识，促进知识的深化、发展;有利于学生体会和感悟数学思想方法。同时教师自身具备数学 模型的构建意识与能力，才能指导和要求学生通过主动思维，自主 构建有效的数学模型，从而使数学课堂彰显科学的魅力。 为了使描述更具科学性，逻辑性，客观性和可重复性，人们采用一种普遍认为比较严格的语言来描述各种现象，这种语言就是数学。使用数学语言描述的事物就称为数学模型。有时候我们需要做一些 实验，但这些实验往往用抽象出来了的数学模型作为实际物体的代 替而进行相应的实验，实验本身也是实际操作的一种理论替代。1. 只有经历这样的探索过程，数学的思想、方法才能沉积、凝聚，从 而使知识具有更大的智慧价值。动手实践、自主探索与合作交流是 学生学习数学的重要方式。学生的数学学习活动应当是一个主动、 活泼的、生动和富有个性的过程。因此，在教学时我们要善于引导 学生自主探索、合作交流，对学习过程、学习材料、学习发现主动 归纳、提升，力求建构出人人都能理解的数学模型。 教师不应只是“讲演者”，而应不时扮演下列角色：参谋——提一些求解的建议，提供可参考的信息，但并不代替学生做出决断。 询问者——故作不知，问原因、找漏洞，督促学生弄清楚、说明白，完成进度。仲裁者和鉴赏者——评判学生工作成果的价值、意义、 优劣，鼓励学生有创造性的想法和作法。 2.数学建模对教师、对学生都有一个逐步的学习和适应的过程。教师在设计数学建模活动时，特别应考虑学生的实际能力和水平， 第10 章系统动力学模型 系统动力学模型(System Dynamic)是社会、经济、规划、军事等许多领域进行战略研究的重要工具，如同物理实验室、化学实验室一样，也被称之为战略研究实验室，自从问世以来，可以说是硕果累累。 1 系统动力学概述 2 系统动力学的基础知识 3 系统动力学模型 第1 节系统动力学概述 1.1 概念系统动力学是一门分析研究复杂反馈系统动态行为的系统科学方法，它是系统科学的一个分支，也是一门沟通自然科学和社会科学领域的横向学科，实质上就是分析研究复杂反馈大系统的计算仿真方法。 系统动力学模型是指以系统动力学的理论与方法为指导，建立用以研究复杂地理系统动态行为的计算机仿真模型体系，其主要含义如下： 1 系统动力学模型的理论基础是系统动力学的理论和方法； 2 系统动力学模型的研究对象是复杂反馈大系统； 3 系统动力学模型的研究内容是社会经济系统发展的战略与决策问题，故称之为计算机仿真法的“战略与策略实验室” ； 4 系统动力学模型的研究方法是计算机仿真实验法，但要有计算 机仿真语言DYNAMIC勺支持，如：PD PLUS VENSIM等的支持； 5 系统动力学模型的关键任务是建立系统动力学模型体系； 6 系统动力学模型的最终目的是社会经济系统中的战略与策略决策问题计 算机仿真实验结果，即坐标图象和二维报表； 系统动力学模型建立的一般步骤是：明确问题，绘制因果关系图，绘制系统动力学模型流图，建立系统动力学模型，仿真实验，检验或修改模型或参数，战略分析与决策。 地理系统也是一个复杂的动态系统，因此，许多地理学者认为应用系统动力学进行地理研究将有极大潜力，并积极开展了区域发展，城市发展，环境规划等方面的推广应用工作，因此，各类地理系统动力学模型即应运而生。 1.2 发展概况 系统动力学是在20世纪50年代末由美国麻省理工学院史隆管理学院教授福雷斯特（JAY.W.FORRESTERI出来的。目前，风靡全世界，成为社会科学重要实验手段，它已广泛应用于社会经济管理科技和生态灯各个领域。福雷斯特教授及其助手运用系统动力学方法对全球问题，城市发展，企业管理等领域进行了卓有成效的研究，接连发表了《工业动力学》，《城市动力学》，《世界动力学》，《增长的极限》等著作，引起了世界各国政府和科学家的普遍关注。 在我国关于系统动力学方面的研究始于1980 年，后来，陆续做了大量的工作，主要表现如下： 1 ）人才培养 自从1980年以来，我国非常重视系统动力学人才的培养，主要采用“走出去，请进来”的办法。请进来就是请国外系统动力学专家来华讲学，走出去就是派留学生，如：首批派出去的复旦大学管理学院的王其藩教授等，另外，还多次举办了全国性的讲习班。 2 ）编译编写专著 数学建模的学习心得体会 通过对专题七的学习，我知道了数学探究与数学建模在中学中学习的重要性，知道了什么是数学建模，数学建模就是把一个具体的实际问题转化为一个数学问题，然后用数学方法去解决它，之后我们再把它放回到实际当中去，用我们的模型解释现实生活中的种种现象和规律。 知道了数学建模的几点要求：一个是问题一定源于学生的日常生活和现实当中，了解和经历解决实际问题的过程，并且根据学生已有的经验发现要提出的问题。同时，希望同学们在这一过程中感受数学的实用价值和获得良好的情感体验。当然也希望同学们在这样的过程当中，学会通过实际上数学探究本身应该说在平时教学当中，老师有些在课堂上也是这样教学的，他更重要的意义就是引导老师增加一种教学方式，首先就是这个问题就是有点儿全新性，解决的方案不是很明了，这样学生要有一个尝试，一个探索的过程查询资料等手段来获取信息，之后采取各种合作的方式解决问题，养成与人交流的能力。 实际上数学探究本身应该说在平时教学当中，老师有些在课堂上也是这样教学的，他更重要的意义就是引导老师增加一种教学方式，首先就是这个问题就是有点儿全新性，解决的方案不是很明了，这样的话学生要有一个尝试，一个探索的过程。数学探究活动的关健词就是探究，探究是一个活动或者是一个过程，也是一种学习方式，我们比较强调是用这样的方式影响学生，让他主动的参与，在这个活动当中得到更多的知识。 探究的结果我们认为不一定是最重要的，当然我们希望探究出来一个结果，通过这种活动影响学生，改变他的学习方式，增加他的学习兴趣和能力。我们也关心，大家也可以看到在标准里面，有非常突出的数学建模的这些内容，但是它的要求、定位和为什么把这些领域加到我的标准当中，你应该怎么看待这部分内容。 数学建模常用模型方法总结 无约束优化 线性规划连续优化 非线性规划 整数规划离散优化 组合优化 数学规划模型多目标规划 目标规划 动态规划从其他角度分类 网络规划 多层规划等… 运筹学模型 （优化模型） 图论模型存 储论模型排 队论模型博 弈论模型 可靠性理论模型等… 运筹学应用重点:①市场销售②生产计划③库存管理④运输问题⑤财政和会计⑥人事管理⑦设备维修、更新和可靠度、项目选择和评价⑧工程的最佳化设计⑨计算器和讯息系统⑩城市管理 优化模型四要素：①目标函数②决策变量③约束条件 ④求解方法(MATLAB--通用软件LINGO--专业软件) 聚类分析、 主成分分析 因子分析 多元分析模型判别分析 典型相关性分 析 对应分析 多维标度法 概率论与数理统计模型 假设检验模型 相关分析 回归分析 方差分析 贝叶斯统计模型 时间序列分析模型 决策树 逻辑回归 传染病模型马尔萨斯人口预测模型微分方程模型人口预 测控制模型 经济增长模型Logistic 人口预测模型 战争模型等等。。 灰色预测模型 回归分析预测模型 预测分析模型差分方程模型 马尔可夫预测 模型 时间序列模型 插值拟合模型 神经网络模型 系统动力学模型(SD) 模糊综合评判法模型 数据包络分析 综合评价与决策方法灰色关联度 主成分分析 秩和比综合评价法 理想解读法等 旅行商(TSP)问题模型 背包问题模型车辆路 径问题模型 物流中心选址问题模型 经典NP问题模型路径规划问题模型 着色图问题模型多目 标优化问题模型 车间生产调度问题模型 最优树问题模型二次分 配问题模型 模拟退火算法(SA) 遗传算法(GA) 智能算法 蚁群算法(ACA) (启发式) 常用算法模型神经网络算法 蒙特卡罗算法元 胞自动机算法穷 举搜索算法小波 分析算法 确定性数学模型 三类数学模型随机性数学模型 数学建模训练课的心得体会 07数本（2）班（120070901220） 这学期学习了数学建模训练，使我感触良多：它所教给我们的不单是一些数学方面的知识，更多的其实是综合能力的培养、锻炼与提高。它培养了我们全面、多角度考虑问题的能力，使我们的逻辑推理能力和量化分析能力得到很好的锻炼和提高。它还让我了解了多种数学软件，以及运用数学软件对模型进行求解。 数学模型主要是将现实对象的信息加以翻译，归纳的产物。通过对数学模型的假设、求解、验证，得到数学上的解答，再经过翻译回到现实对象，给出分析、决策的结果。其实，数学建模对我们来说并不陌生，在我们的日常生活和工作中，经常会用到有关建模的概念。例如，我们平时出远门，会考虑一下出行的路线，以达到既快速又经济的目的；一些厂长经理为了获得更大的利润，往往会策划出一个合理安排生产和销售的最优方案……这些问题和建模都有着很大的联系。而在学习数学建模训练以前，我们面对这些问题时，解决它的方法往往是一种习惯性的思维方式，只知道该这样做，却不很清楚为什么会这样做，现在，我们这种陈旧的思考方式己经在被数学建模训练中培养出的多角度、层次分明、从本质上区分问题的新颖多维的思考方式所替代。这种凝聚了许多优秀方法为一体的思考方式一旦被你把握，它就转化成了你自身的素质，不仅在你以后的学习工作中继续发挥作用，也为你的成长道路印下了闪亮的一页。 数学建模所要解决的问题决不是单一学科问题，它除了要求我们有扎实的数学知识外，还需要我们不停地去学习和查阅资料，除了我们要学习许多数学分支问题外，还要了解工厂生产、经济投资、保险事业等方面的知识，这些知识决不是任何专业中都能涉猎得到的。它能极大地拓宽和丰富我们的内涵，让我们感到了知识的重要性，也领悟到了“学习是不断发现真理的过程”这句话的真谛所在，这些知识必将为我们将来的学习工作打下坚实的基础。从现在我们的学习来看，我们都是直接受益者。就拿我们此次参加我院的数学建模比赛写的论文。原本以为这是一件很简单的事，但做起来才发觉事情并没有想象中的简单。因为要解决问题，凭我们现有的知识根本不够。于是，自己必须要充分利用图书馆和网络的作用，查阅各种有关资料，以尽量获得比较全面的知识和信息。在这过程中，对自己眼界的开阔，知识的扩展无疑大有好处，各学科的交叉渗透更有利于自己提高解决复杂问题的能力。毫不夸张的说，建模过程挖掘了我们的潜能，使我们对自己的能力有了新的认识，特别是自学能力得到了极大的提高，而且思想的交锋也迸发出了智慧的火花，从而增加了继续深入学习数学的主动性和积极性。再次，数学建模也培养了我们的概括力和想象力，也就是要一眼就能抓住问题的本质所在。我们只有先对实际问题进行概括归纳，同时在允许的情况下尽量忽略各种次要因素，紧紧抓住问题的本质方面，使问题尽可能简单化，这样才能解决问题。其实，在我们做论文之前，考虑到的因素有很多，如果把这一系列因数都考虑的话，将会花费更多的时间和精神。因此，在我们考虑一些因素并不是本质问题的时候，我就将这些因数做了假设以及在模型的推广时才考虑。这就使模型更加合理和理想。数学建模还能增强我们的抽象能力以及想象力。对实际问题再进行“翻译”，即进行抽象，要用我们熟悉的数学语言、数 四类基本模型 1 优化模型 1.1 数学规划模型 线性规划、整数线性规划、非线性规划、多目标规划、动态规划。 1.2 微分方程组模型 阻滞增长模型、SARS 传播模型。 1.3 图论与网络优化问题 最短路径问题、网络最大流问题、最小费用最大流问题、最小生成树问题(MST)、旅行商问题(TSP)、图的着色问题。 1.4 概率模型 决策模型、随机存储模型、随机人口模型、报童问题、Markov 链模型。 1.5 组合优化经典问题 ● 多维背包问题(MKP) 背包问题：n 个物品，对物品i ，体积为i w ，背包容量为W 。如何将尽可能多的物品装入背包。 多维背包问题：n 个物品，对物品i ，价值为i p ，体积为i w ，背包容量为W 。如何选取物品装入背包，是背包中物品的总价值最大。 多维背包问题在实际中的应用有：资源分配、货物装载和存储分配等问题。该问题属于NP 难问题。 ● 二维指派问题(QAP) 工作指派问题：n 个工作可以由n 个工人分别完成。工人i 完成工作j 的时间为ij d 。如何安排使总工作时间最小。 二维指派问题（常以机器布局问题为例）：n 台机器要布置在n 个地方，机器i 与k 之间的物流量为ik f ，位置j 与l 之间的距离为jl d ，如何布置使费用最小。 二维指派问题在实际中的应用有：校园建筑物的布局、医院科室的安排、成组技术中加工中心的组成问题等。 ● 旅行商问题(TSP) 旅行商问题：有n 个城市，城市i 与j 之间的距离为ij d ，找一条经过n 个城市的巡回（每个城市经过且只经过一次，最后回到出发点），使得总路程最小。 ● 车辆路径问题(VRP) 车辆路径问题（也称车辆计划）：已知n 个客户的位置坐标和货物需求，在可供使用车辆数量及运载能力条件的约束下，每辆车都从起点出发，完成若干客户点的运送任务后再回到起点，要求以最少的车辆数、最小的车辆总行程完成货物的派送任务。 TSP 问题是VRP 问题的特例。 ● 车间作业调度问题(JSP) 车间调度问题：存在j 个工作和m 台机器，每个工作由一系列操作组成，操作的执行次序遵循严格的串行顺序，在特定的时间每个操作需要一台特定的机器完成，每台机器在同一时刻不能同时完成不同的工作，同一时刻同一工作的各个操作不能并发执行。如何求得从第一个操作开始到最后一个操作结束的最小时间间隔。 2 分类模型 判别分析是在已知研究对象分成若干类型并已经取得各种类型的一批已知样本的观测数据，在此基础上根据某些准则建立判别式，然后对未知类型的样品进行判别分析。 聚类分析则是给定的一批样品，要划分的类型实现并不知道，正需要通过局内分析来给以确定类型的。 2.1 判别分析 ● 距离判别法 基本思想：首先根据已知分类的数据，分别计算各类的重心即分组(类)的均值，判别准则是对任给的一次观测，若它与第i 类的重心距离最近，就认为它来自第i 类。 至于距离的测定，可以根据实际需要采用欧氏距离、马氏距离、明科夫距离等。 ● Fisher 判别法 基本思想：从两个总体中抽取具有p 个指标的样品观测数据，借助方差分析的思想构造一个判别函数或称判别式1p i i i y c x ==∑。其中系数i c 确定的原则是使两 组间的区别最大，而使每个组内部的离差最小。 对于一个新的样品，将它的p 个指标值代人判别式中求出y 值，然后与判别临界值(或称分界点(后面给出)进行比较，就可以判别它应属于哪一个总体。在两个总体先验概率相等的假设下，判别临界值一般取： 最后，用F 统计量来检验判别效果，若F F α>则认为判别有效，否则判别无 第10章系统动力学模型 系统动力学模型(System Dynamic)是社会、经济、规划、军事等许多领域进行战略研究的重要工具，如同物理实验室、化学实验室一样，也被称之为战略研究实验室，自从问世以来，可以说是硕果累累。 1 系统动力学概述 2 系统动力学的基础知识 3 系统动力学模型 第1节系统动力学概述 1.1 概念 系统动力学是一门分析研究复杂反馈系统动态行为的系统科学方法，它是系统科学的一个分支，也是一门沟通自然科学和社会科学领域的横向学科，实质上就是分析研究复杂反馈大系统的计算仿真方法。 系统动力学模型是指以系统动力学的理论与方法为指导，建立用以研究复杂地理系统动态行为的计算机仿真模型体系，其主要含义如下： 1 系统动力学模型的理论基础是系统动力学的理论和方法； 2 系统动力学模型的研究对象是复杂反馈大系统； 3 系统动力学模型的研究内容是社会经济系统发展的战略与决策问题，故称之为计算机仿真法的“战略与策略实验室”； 4 系统动力学模型的研究方法是计算机仿真实验法，但要有计算 机仿真语言DYNAMIC的支持，如：PD PLUS，VENSIM等的支持； 5 系统动力学模型的关键任务是建立系统动力学模型体系； 6 系统动力学模型的最终目的是社会经济系统中的战略与策略决策问题计算机仿真实验结果，即坐标图象和二维报表； 系统动力学模型建立的一般步骤是：明确问题，绘制因果关系图，绘制系统动力学模型流图，建立系统动力学模型，仿真实验，检验或修改模型或参数，战略分析与决策。 地理系统也是一个复杂的动态系统，因此，许多地理学者认为应用系统动力学进行地理研究将有极大潜力，并积极开展了区域发展，城市发展，环境规划等方面的推广应用工作，因此，各类地理系统动力学模型即应运而生。 1.2 发展概况 系统动力学是在20世纪50年代末由美国麻省理工学院史隆管理学院教授福雷斯特（JAY.W.FORRESTER）提出来的。目前，风靡全世界，成为社会科学重要实验手段，它已广泛应用于社会经济管理科技和生态灯各个领域。福雷斯特教授及其助手运用系统动力学方法对全球问题，城市发展，企业管理等领域进行了卓有成效的研究，接连发表了《工业动力学》，《城市动力学》，《世界动力学》，《增长的极限》等著作，引起了世界各国政府和科学家的普遍关注。 在我国关于系统动力学方面的研究始于1980年，后来，陆续做了大量的工作，主要表现如下： 1）人才培养数学建模常用模型方法总结精品
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