十大模型之离散模型

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数学建模专题汇总-离散模型

数学建模专题汇总-离散模型

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 yesx0 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 iβ0 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]。

离散传染病模型公式

离散传染病模型公式

离散传染病模型公式一、离散传染病模型简介离散传染病模型是一种描述传染病在人群中传播过程的数学模型。

它主要通过公式来描述感染率、恢复率、死亡率等关键参数,从而为防控传染病提供理论依据。

离散传染病模型主要包括SIR模型、SIRS模型和SEIR模型等。

二、离散传染病模型公式及参数解释1.感染率公式:感染率是指单位时间内感染者数量与易感者数量之比。

公式为:R0 = β·N·I/γ其中,R0为基本感染率,β为感染者与易感者接触后的感染概率,N 为总人口数,I为感染者数量,γ为恢复率。

2.恢复率公式:恢复率是指单位时间内恢复者数量与感染者数量之比。

公式为:gamma = γ·I其中,gamma为恢复率,γ为恢复概率,I为感染者数量。

3.死亡率公式:死亡率是指单位时间内死亡者数量与感染者数量之比。

公式为:gamma_d = δ·I其中,gamma_d为死亡率,δ为死亡概率,I为感染者数量。

4.传播速度公式:传播速度是指传染病在人群中的传播速度。

公式为:dI/dt = β·I·(1-I/N)其中,dI/dt为感染者数量的变化率,β为感染者与易感者接触后的感染概率,I为感染者数量,N为总人口数。

5.模型参数解释:- β:感染者与易感者接触后的感染概率,与传染病的传播能力有关。

- γ:恢复概率,表示感染者恢复为免疫者的概率。

- δ:死亡概率,表示感染者死亡的概率。

- N:总人口数,包括易感者、感染者和康复者。

三、离散传染病模型的应用案例1.SIR模型:该模型仅考虑感染、恢复和免疫三个状态,适用于研究免疫期较短的传染病。

2.SIRS模型:在SIR模型的基础上,增加了感染后再次感染的可能性,适用于研究免疫期较长的传染病。

3.SEIR模型:该模型在SIR模型的基础上,考虑了潜伏期对传染病传播的影响,适用于研究具有潜伏期的传染病。

四、离散传染病模型在疫情防控中的应用离散传染病模型在疫情防控中具有重要作用。

数学建模简明教程课件:离散模型

数学建模简明教程课件:离散模型
①最高层:这一层次中只有一个元素,一般它是分析问题 的预定目标或理想结果,因此也称为目标层.
5
②中间层:这一层次中包含了为实现目标所涉及的中间环 节,它可以由若干个层次组成,包括所需考虑的准则、子准则 ,因此也称为准则层.
③最低层:这一层次包括了为实现目标可供选择的各种措 施、决策方案等,因此也称为措施层或方案层.
16
⑤若A的最大特征值λmax对应的特征向量为W=(w1,…,
wn)T,则
aij
wi wj
, i, j 1,2,, n ,即
w1 w1
w1
w1 w2
wn
w2 w2
w2
A w1 w2
wn
wn wn
wn
w1 w2
wn
17
定理6.3 n阶正互反矩阵A为一致矩阵当且仅当其最大特
征根λmax=n,且当正互反矩阵A非一致时,必有λmax>n. 根据定理6.3,我们可以由λmax是否等于n来检验判断矩阵A
当CR<0.10时,认为层次总排序结果具有较满意的一致性
并接受该分析结果.
26
6.1.2 层次分析法的应用
在应用层次分析法研究问题时,遇到的主要困难有两个: (1)如何根据实际情况抽象出较为贴切的层次结构; (2)如何将某些定性的量作比较,接近实际以定量化处理. 层次分析法对人们的思维过程进行了加工整理,提出了一 套系统分析问题的方法,为科学管理和决策提供了较有说服力 的依据.但层次分析法也有其局限性,主要表现在: (1)它在很大程度上依赖于人们的经验,主观因素的影响很 大,它至多只能排除思维过程中的严重非一致性,却无法排除 决策者个人可能存在的严重片面性.
3
6.1.1 层次分析法的基本原理与步骤

离散模型

离散模型

Aw w
3. 层次单排序及其一致性检验
对应于判断矩阵最大特征根λmax的特征向量,经 归一化(使向量中各元素之和等于1)后记为W。 W的元素为同一层次因素对于上一层次因素某因素 相对重要性的排序权值,这一过程称为层次单排序。 能否确认层次单排序,需要进行一致性检验,所谓 一致性检验是指对A确定不一致的允许范围。
第七部分
离散模型
离散模型
一、层次分析模型 二、循环比赛的名次
三、社会经济系统的冲量过程
四、效益的合理分配
y
离散模型
• 离散模型:差分方程、整数规划、
图论、对策论、网络流、… …
• 分析社会经济系统的有力工具
• 只用到代数、集合及图论(少许)
的知识
一、层次分析模型
层次分析法(AHP)是美国运筹学家匹茨堡大学教 授萨蒂(T.L.Saaty)于上世纪70年代初,为美国国防 部研究“根据各个工业部门对国家福利的贡献大小而 进行电力分配”课题时,应用网络系统理论和多目标 综合评价方法,提出的一种层次权重决策分析方法。 这种方法的特点是在对复杂的决策问题的本质、影 响因素及其内在关系等进行深入分析的基础上,利用 较少的定量信息使决策的思维过程数学化,从而为多 目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便 的决策方法。是对难于完全定量的复杂系统作出决策 的模型和方法。
目标层
工作选择
贡 准则层 献






工 作 环 境
生 活 环 境
方案层
可供选择的单位P1’ P2

Pn
例2. 选择旅游地 如何在3个目的地中按照景色、 费用、居住条件等因素选择.
目标层 O(选择旅游地)

离散选择模型

离散选择模型

Yi 0 1GPAi 2 INCOMEi ui
其中:
1 Yi 0
第i个学生拿到学士学位后三年内去读研 该生三年内未去读研
GPA=第i个学生本科平均成绩 INCOME=第i个学生家庭年收入(单位:千美元)
设回归结果如下(所有系数值均在10%水平统计上显著):
ˆ Yi 0.7 0.4GPAi 0.002 INCOMEi
yi 0 yi 1
函数可以简化为:
L (1 F ( X ))1 yi F ( X ) yi
yi 1
对方程左右取对数我们便得到:
ln L [ yi ln F ( X ) (1 yi ) ln(1 F ( X ))]
i 1
n
似然函数为
fi ln L n yi fi [ (1 yi ) ]xi 0 Fi 1 Fi i 1
Pr ob(Y 1 X ) X F ( X ) f ( X ) X
因此我们在遇到二元响应模型时,估计出参数我们不能盲目的 将其解释为:解释变量变动一个单位,相对应的因变量变化参 数个单位。
为了解决偏效应的问题我们引入调整因子的概念。 在上式中的 f ( X ) 我们 便称为比例因子或调整因子,它与全部 的解释变量有关,为了方便起见,我们要找一个适用于模型所有 斜率的调整因子。有两种方法可以解决: (1)用解释变量的观测值计算偏效应的表达式,调整因子为:
四、二元选择模型的估计
1.除了LPM模型以外,二元选择模型的估计都是以极大似然法为基础 的 。由前面的讨论我们知道:
P(Y 1 X ) F ( X )
由此我们可以得到模型的似然函数为:
P(Y1 y1 ,Yn yn X ) (1 F ( X )) F ( X )

数学模型之离散模型

数学模型之离散模型

离散模型的应用领域
计算机科学
离散模型在计算机科学中广泛 应用于算法设计、数据结构、
网络流量分析等领域。
统计学
离散模型在统计学中用于描述 和分析离散数据,如人口普查 、市场调查等。
经济学
离散模型在经济学中用于描述 和分析离散的经济现象,如市 场交易、人口流动等。
生物学
离散模型在生物学中用于描述 和分析生物种群的增长、疾病
强化学习与离散模型
强化学习通过与环境的交互来学习最优策略。离散模型可以用于描述环境状态和行为,为 强化学习提供有效的建模工具。
离散模型在人工智能中的应用
1 2
决策支持系统
离散模型在决策支持系统中发挥着重要作用,通 过建立预测和优化模型,为决策者提供科学依据 和解决方案。
推荐系统
离散模型常用于构建推荐系统,通过分析用户行 为和偏好,为用户提供个性化的推荐服务。
03
分布式计算与并行化
为了处理大规模数据集,离散模型需要结合分布式计算和并行化技术,
以提高计算效率和可扩展性。
机器学习与离散模型的结合
集成学习与离散模型
集成学习通过结合多个基础模型来提高预测精度。离散模型可以作为集成学习的一部分, 与其他模型进行组合,以实现更准确的预测。
深度学习与离散模型
深度学习具有强大的特征学习和抽象能力。将深度学习技术与离散模型相结合,可以进一 步优化模型的性能,并提高对复杂数据的处且依赖于过去误差项的平方。
GARCH模型
定义
广义自回归条件异方差模型(Generalized AutoRegressive Conditional Heteroskedasticity Model)的简称,是ARCH模型的扩展。
特点

离散模型

离散模型

1
2
λ = 1.4,
4
(4)
3
s = (0.323,0.280,0.167,0.230)T
排名为{1, , , 排名为 ,2,4,3}
• 素阵 的最大特征根λ对应的归一化特征向量 , 素阵A的最大特征根 对应的归一化特征向量s, 即为得分排名的向量。 即为得分排名的向量。
6支球队比赛结果 支球队比赛结果
层次分析模型
一 问题的提出 决策是指在面临多种方案时需要依据一定的 标准选择某一种方案。 标准选择某一种方案。 例1 购物 买钢笔,一般要依据质量、颜色、实用性、 买钢笔,一般要依据质量、颜色、实用性、 价格、外形等方面的因素选择某一支钢笔。 价格、外形等方面的因素选择某一支钢笔。 买饭,则要依据色、 买饭,则要依据色、香、味、价格等方面的 因素选择某种饭菜。 因素选择某种饭菜。
循环比赛的结果——竞赛图 竞赛图 循环比赛的结果 每对顶点间都有边相连的有向图
2 2
3个顶点 个顶点 的竞赛图 名次 4个顶点 个顶点 的竞赛图
4 1
1
(1)
3
1
(2)
3
{1,2,3} , , 1 1
{(1,2,3)}并列 {(1,2,3)}并列 1
2 3
(1)
2 4
(2)
2 3 4
(3)
2 3 4 3
特征值与特征向量
•定义 设 A 为 n 阶矩阵, 定义: 定义 如果数 λ和 n 维非零列向量 x 使关系式
Ax = λx
成立,
A 特征值( 则称数 λ 为方阵 的特征值(根),非零列向量 特征值
称为属于特征值 λ的特征向量 特征向量。 特征向量 •特征值满足的条件 特征值满足的条件: 特征值满足的条件

数学建模简明教程第六章离散模型

数学建模简明教程第六章离散模型
根据问题背景,确定模型的研究 目标,如预测、优化、分类等, 为后续模型建立提供方向。
收集数据与信息
数据来源
确定数据来源,包括实验数据、调查数据、公开数据等,确保数据的准确性和 可靠性。
数据预处理
对收集到的数据进行清洗、整理和转换,以适应离散模型的建立和应用。
选择合适的离散模型
模型类型
根据问题特点和目标,选择合适的离 散模型类型,如概率模型、统计模型 、逻辑模型等。
离散模型的优化
参数调整
根据验证结果,调整离散 模型的参数,以提高模型 的预测精度和稳定性。
算法改进
探索更高效的算法,以降 低计算复杂度和提高模型 训练速度。
特征选择
根据模型需求,选择与问 题相关的特征,去除冗余 和无关特征,提高模型性 能。
离散模型的改进建议
深入研究数据
持续学习
深入了解数据分布和特性,为模型改 进提供更有针对性的指导。
等方面。
在交通运输领域,离散模型用于 描述交通流量的变化和预测交通
状况。Βιβλιοθήκη 在经济学和社会学领域,离散模 型用于研究人口增长、市场行为、
社会网络等方面的问题。
02
离散模型的建立
确定问题与目标
明确问题背景
在建立离散模型前,需要明确问 题的背景、研究目的和相关领域 ,以便确定模型的应用范围和针 对性。
确定研究目标
数学建模简明教程第六章 离散模型
• 离散模型概述 • 离散模型的建立 • 离散模型的求解 • 离散模型的验证与优化 • 离散模型案例分析
01
离散模型概述
离散模型的定义
离散模型是指对研究对象进行离散化 处理,将其划分为若干个离散的单元 或状态,然后对每个单元或状态进行 数学描述和分析的模型。
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交 通 拥 挤 C5
居 民 搬 迁 C6
汽 车 排 放 物 C7
对 水 的 污 染 C8
对 生 态 的 破 坏 C9
桥梁 D1
隧道 D2
渡船 D2
(2)过河代价层次结构
例4 科技成果 的综合评价
效益C1
科技成果评价
水平C2
规模C3
直接 经济
间接 经济 效益 C12
社会 效益
学识
学术 创新
技术 水平
要由A确定C1,… , Cn对O的权向量
成对比较阵和权向量 成对比较的不一致情况
1 A 2
1/ 2 1
4 7
a12 1/ 2 (C1 : C2 )
a13 4 (C1 : C3 )
一致比较
不一致
a23 8 (C2 : C3 )
w1 w2 w2 w2 wn w2 w1 wn w2 wn wn wn
n RI 1 2 10 11 0 0 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.49 1.51 3 4 5 6 7 8 9
定义一致性比率 CR = CI/RI
当CR<0.1时,通过一致性检验
“选择旅游地”中 准则层对目标的权 向量及一致性检验 最大特征根=5.073
1. 正互反阵的最大特征根和特征向量的性质 正矩阵A 的最大特征根是正单根,对应 Ak e 正特征向量w,且 lim T k w, e (1,1,,1)T k e A e 定理1 正互反阵的最大特征根是正数, 特征向量是正向量。 定理2 n阶正互反阵A的最大特征根 >= n ,
0
收 岸 入 间 C2 商 业 C3
自 豪 感 C8
美 化 C11
桥梁 D1
隧道 D2
渡船 D3
(1)过河效益层次结构
例3 横渡 江河、海峡 方案的抉择
投 入 资 金 C1
过河的代价 A 经济代价 B1 社会代价 B2 环境代价 B3
操 作 维 护 C2
冲 击 渡 船 业 C3
冲 击 生 活 方 式 C4
• A的秩为1,A的唯一非零特征根为n • A的任一列向量是对应于n 的特征向量 • A的归一化特征向量可作为权向量
对于不一致(但在允许范围内)的成对 比较阵A,建议用对应于最大特征根 的特征向量作为权向量w ,即
Aw w
成对比较阵和权向量 比较尺度aij
Saaty等人提出1~9尺度——aij 取值 1,2,… , 9及其互反数1,1/2, … , 1/9
n
n 1
= n是A为一致阵的充要条件。
一致性指标 CI 定义合理
2. 正互反阵最大特征根和特征向量的简化计算
• 精确计算的复杂和不必要 • 简化计算的思路——一致阵的任一列向量都是特征向量, 一致性尚好的正互反阵的列向量都应近似特征向量,可取 其某种意义下的平均。 和法——取列向量的算术平均
一. 层次分析法的基本步骤
例. 选择旅游地
目标层
如何在3个目的地中按照景色、 费用、居住条件等因素选择.
O(选择旅游地)
准则层
C1 景色
C2 费用
C3 居住
C4 饮食
C5 旅途
方案层
P1 桂林
P2 黄山
P3 北戴河
―选择旅游地”思维过程的归 纳 • 将决策问题分为3个层次:目标层O,准则层C, 方案层P;每层有若干元素, 各层元素间的关系 用相连的直线表示。
方案层对目标的组合权向量为 (0.300, 0.246, 0.456)T
组合 权向量
第2层对第1层的权向量
第1层O
第2层C1,…Cn 第3层P1, …Pm
w (w ,, w )
( 2) ( 2) 1
( 2) T n
第3层对第2层各元素的权向量
(3 wk( 3) (wk( 3) ,, wkm) )T , k 1,2,, n 1
• 便于定性到定量的转化:
尺度
a ij
1 相同
2
3 稍强
4
5 强
6
7
8
9 绝对强
aij = 1,1/2, ,…1/9 ~ Ci : C j 的重要性与上面相反
• 心理学家认为成对比较的因素不宜超过9个 • 用1~3,1~5,…1~17,…,1p~9p (p=2,3,4,5), d+0.1~d+0.9 (d=1,2,3,4)等27种比较尺度对若干实例构造成对比较 阵,算出权向量,与实际对比发现, 1~9尺度较优。
…Cn
…Bn … n
最大特征根 1
2
w2(3)
权向量
w1(3)
… wn(3)
组合权向量
k 1
第3层对第2层的计算结果 2 3 4 5
w
( 3) k
0.595 0.277 0.129
3.005 0.003
0.082 0.236 0.682
3.002 0.001
0.429 0.429 0.142
• 通过相互比较确定各准则对目标的权重,及各方 案对每一准则的权重。 • 将上述两组权重进行综合,确定各方案对目标的 权重。 层次分析法将定性分析与定量分析结合起来 完成以上步骤,给出决策问题的定量结果。
层次分析法的基本步骤 成对比较阵 和权向量
元素之间两两对比,对比采用相对尺度
设要比较各准则C1,C2,… , Cn对目标O的重要性
构造矩阵
W
( 3)
[ w ,, w ]
( 3) 1 ( 3) n
则第3层对第1层的组合权向量 第s层对第1层的组合权向量
w W w
( 3) ( 3)
( 2)
w W W
(s) (s)
( s 1)
W w
( 3)
( 2)
其中W(p)是由第p层对第 p-1层权向量组成的矩阵
层次分析法的基本步骤
方案层对C2(费用) 的成对比较阵
1 1/ 3 1/ 8 B2 3 1 1 / 3 8 3 1
同样求第3层(方案)对第2层每一元素(准则)的权向量 方案层对C1(景色) 的成对比较阵
1 B1 1 / 2 1 / 5 2 1 1/ 2 5 2 1
技术 创新
效益
C11
水平
C21
C13
C22
C23
C24
待评价的科技成果
三. 层次分析法的若干问题
• 正互反阵的最大特征根是否为正数?特征向量 是否为正向量?一致性指标能否反映正互反阵接 近一致阵的程度?
• 怎样简化计算正互反阵的最大特征根和特征向量?
• 为什么用特征向量作为权向量? • 当层次结构不完全或成对比较阵有空缺时怎样用 层次分析法?
4)计算组合权向量(作组合一致性检验*)
组合权向量可作为决策的定量依据。
二. 层次分析法的广泛应用
• 应用领域:经济计划和管理,能源政策和分配, 人才选拔和评价,生产决策,交通运输,科研选题, 产业结构,教育,医疗,环境,军事等。
• 处理问题类型:决策、评价、分析、预测等。
• 建立层次分析结构模型是关键一步,要有主要决 策层参与。 • 构造成对比较阵是数量依据,应由经验丰富、判 断力强的专家给出。
第八章
离散模型
8.1 层次分析模型 8.2 循环比赛的名次
8.3 社会经济系统的冲量过程
8.4 效益的合理分配
y
离散模型
• 离散模型:差分方程(第7章)、
整数规划(第4章)、图论、对策 论、网络流、… … • 分析社会经济系统的有力工具
• 只用到代数、集合及图论(少许)
的知识
8.1 层次分析模型
2 1 例 A 1 / 2 1 1 / 6 1 / 4
6 列向量 4 归一化 1
0.6 0.615 0.545 算术 0.587 0.3 0.308 0.364 平均 0.324 w 0.089 0.1 0.077 0.091
背 景
• 日常工作、生活中的决策问题
• 涉及经济、社会等方面的因素 • 作比较判断时人的主观选择起相当 大的作用,各因素的重要性难以量化
• Saaty于1970年代提出层次分析法 AHP (Analytic Hierarchy Process) • AHP——一种定性与定量相结合的、 系统化、层次化的分析方法
满足 aij a jk aik , i, j, k 1,2,, n 的正互反阵A称一致阵,如 一致阵 性质
w1 w 1 w2 A w1 wn w1
w1 w2 w2 w2 wn w2


w1 wn w2 wn wn wn
准则层对目标的成对比较阵
1 2 A 1/ 4 1/ 3 1/ 3 1/ 2 1 1/ 7 1/ 5 1/ 5 4 7 1 2 3 3 5 5 1 / 2 1 / 3 1 1 1 1 3
权向量(特征向量)w =(0.263,0.475,0.055,0.090,0.110)T
Ci : C j aij
选 择 旅 游 地
1 2 A 1/ 4 1/ 3 1/ 3
1 A (aij ) nn , aij 0, a ji aij
1/ 2 1 1/ 7 1/ 5 1/ 5 4 7 1 2 3 3
3 5 5 A~成对比较阵 1 / 2 1 / 3 A是正互反阵 1 1 1 1
允许不一致,但要确定不一致的允许范围
w1 考察完全一致的情况 w 1 W ( 1) w1 , w2 ,wn w2 A w1 令aij wi / w j T w (w1 , w2 ,wn ) ~ 权向量 wn w1
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