国赛一等奖总结之三年数模路

  • 数学建模
舒宏武·南京信息工程大学
2016-09-04
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国赛一等奖总结之三年数模路

 

笔者来自江苏省属重点大学南京信息工程大学大气物理学院雷电防护科学与技术专业,作为铁杆数模人曾带领团队先后荣获2010年南京信息工程大学数学建模竞赛二等奖,2010年全国大学生数学建模竞赛国家一等奖,2011年美国大学生数学建模竞赛The Meritorious Award,更值得一提的是在笔者临近毕业的最后一个学期,笔者毅然决然地在学校数模组委会负责人程国胜教授的支持下挂靠校团委社团联合会创建了南京信息工程大学第一学术科研创新平台南京信息工程大学数学建模协会,随后便是一系列的培训讲座和校赛,地区联盟赛的推广,招来了大批的数模爱好者,学霸精英学子,可谓“风靡一时”。这些学生精英会员现在发展都不错,有的去了美帝全奖攻博,有的去了西班牙全奖攻博,还有的获得了欧盟青年学者基金,有的保送研究生去了清华大学全球院,北师大全球院,北大物理学院,中科院大气物理研究所等等。我想这些都和早起数模竞赛培养的严谨学术,刻苦钻研和高效率团队协作积累的良好的科研素质不无关联。不多闲谈,应中国科学院自动化研究所赵松同学的邀请,现就个人的数学建模经历写下回忆录如下。

 

第一次竞赛

 

笔者第一次参加数学建模竞赛的时候正上大二。那个时候不太清楚在学校如何才能有一番作为,通过新闻了解到一些高年级的学长、学姐有的在数模竞赛中获奖,有的在实验室学术科研,取得了不错的成绩,也获得了学校的嘉奖,而个人也不甘示弱,如是选择了同样的道路,而毅然决然地退出了学校的活动型社团,投身到搞学术科研的前期准备中来。

 

学校数学与统计学院在竞赛前期都会组织培训,讲些关于数模的知识,但是具体细节不会讲太多。所以参加几次培训过后,我就没去了,而选择去图书馆找编程书籍苦心钻研。依稀记得当时找来了王正林编写的《精通Matlab7》一书,好像是四百多页,里面介绍了丰富的Matlab编程和计算的基础知识。我大概花了近两个星期的所有业余时间去实践,从而掌握了Matlab基础编程。就这样,学校数学建模竞赛开始了。赛前组队因为也没认识太多的共同兴趣的同学,很随意的在学校论坛西祠胡同找来了我可爱的队友,两MM都来自大气科学学院大气科学也就是气象学专业。

 

第一次竞赛的题目大致是这样的:一家向公众售卖南瓜的企业,在没有天平的情况下,希望仅通过某些南瓜的尺寸预测出南瓜的重量,并按照重量为南瓜进行定价。我和队友竞赛三天都是在校外租的房子,这样显得更安静,更适合搞论文。第一次比赛我熬夜了,三天没怎么休息,当然MM们是休息了的,不能让她们太劳累了嘛。解决论题,我们主要用到了回归分析的方法,依照题干中给出的长度信息去拟合。当然在前期针对数据的特征进行了变量的筛选,这一点很重要,因为变量的数量决定了建模的复杂程度。我们发现有两个变量大致相同,就直接剔除了一个。通过绘制三维图,肉眼发现在三维空间中,三个变量的所有散点都大致在一个平面内,也就是说三个变量存在直接的线性关系,发现这一规律是经过不断的三三组合找到的好结果,的确让人高兴。

 

可惜的是,在学校评奖的过程中,因为我们得摘要写得不是特别好,在一开始就被直接Pass掉了。我们什么奖也没有拿到。事后找老师辩论也没得出什么好结果来。但是因为有一点点小的创新,我开始第一次尝试着将数学建模论文改成期刊论文,在这一阶段,我系统搜集了好些关于期刊论文的东西阅读,比如期刊论文都有哪些部分,摘要多少字,关键词怎么选,有多少个,文献引用标准等等都是在这个时候学会的。功夫不负有心人,我第一篇论文出来了,《基于回归理论分析下南瓜估重模型的研究》。随后在网上锁定了期刊《安徽农业科学》,投稿至期刊编辑部,没过多长时间就收到了录用通知,并于当年10月份的时候正式刊出。详见:舒宏武,张佳婷,项琼斐,毕硕本,官琳琳. 基于回归理论分析下南瓜估重模型的研究[J]. 安徽农业科学,2009,30:14569-14572.

 

第二次竞赛

 

我们学校有规定,凡是参加学校校赛没有获奖的队伍都不能参加全国数模竞赛。2009年,我与国赛失之交臂。当然这并不能击退我对数学建模竞赛的热爱。2010年校内选拨赛如期而至。而在此之前,我又系统地啃掉了好几本书,也掌握了SAS编程和Lingo编程等。这次找队友不是很讲究,主要是因为没有平台让我去熟悉其他人而自己也很忙碌学业。我直接找了本专业学习成绩考得高的同学组成了一队,这两个队友同时也是我的国赛队友。第二次竞赛比第一次要好多了,毕竟有了第一次失败的经历。失败了不要紧,积累参赛经验尤其重要。这次参赛我们挑选的论题是:建立合理的就餐满意度指标,并按此指标,对学校现有食堂做出综合评价,分析各食堂就餐学生的比例,并预测该比例的长期变化趋势,总结学校餐饮体系的优缺点,并提出一些可行性的建议。

 

比赛让人的确很头痛,因为我们没有任何数据,如是乎自己设计调查问卷搜集数据。第一天真的很累,三个人打印了一千多份问卷,分散着跑到各个校区学生宿舍当中去委托他们填问卷。整理数据集那是绝对的细活。调查问卷的设计真的很重要,因为这个时候你就要确定各个指标数据的采集,指标体系是如何规划的,是否层次得当等等。通过对食堂餐饮服务体系的细化认知,我们归纳了18个可能影响食堂满意度的因素,作为食堂餐饮服务评价体系的单项指标:食堂容量、桌椅洁净状况、餐具洁净状况和基础设施(用来反映食堂的环境因子),饭菜种类(包括早、中、晚)、饭菜新鲜程度、饭菜份量、饭菜可口程度和价位合理状况(用来反映食堂的饭菜质量),服务态度和出餐速度(用来反映食堂的服务质量),免费例汤、节日赠品和日特价菜(用来反映食堂的优惠政策),经常去某食堂的频率和推荐其他人去某食堂的力度(用来反映学生的忠实程度)等。对于测量因素在问卷中均采用5级李克特量表进行测量:分值1表示“非常不满意”,分值2表示“不太满意”,分值3表示“一般”,分值4表示“比较满意”,分值5表示“非常满意”。即得分越高表明被调查者对该因素的满意度越高。第二天依旧是整理数据集。值得一提的是调查问卷一定要进行项目分析、因子分析和可靠性检验,用以评价和检验调查问卷的效度和信度。建模则采取的是结构方程模型,主要原因是我们通过在图书馆查询书籍的时候发现前人在研究满意度的时候用的就是这个模型。模型的具体实践需要用到一个嵌在SPSS中叫做AMOS的软件(验证性统计分析软件)。我们进展的还很快,因为在百度中找到了关键技术流程文档,结合图书馆的书中理论,很快就写出了最终的论文。这次数据调查花了功夫,论文撰写也比以前多了很多经验,方法也很合理,结果还不错,我们荣获了2010年南京信息工程大学数学建模竞赛二等奖,并且在二等奖中排名第一。

 

第三次竞赛

 

第三次竞赛就是传说中中国高校学生参赛人数最多的全国大学生数学建模竞赛了。当然在赛前的暑假有学校的培训,很普通,这里就不多说了。2010年全国赛,我们选择的是B题,因为我和队友们最擅长的就是统计题目了。论题要求选择感兴趣的某个侧面,建立数学模型,利用互联网数据,定量评估2010年上海世博会的影响力。

 

这个题目很宏大也很活跃,相当有挑战性。难就难在题目当中一个数据都没有,所有的数据得自己去弄。说实话,我感觉自己各种检索技能非常娴熟了。很幸运的,我们就发现了极具参考价值的同类研究成果,著作戴光全《重大事件对城市发展及城市旅游的影响研究:以’99昆明世界园艺博览会为例》。我们采取的分析视觉和技术体系全部参考该书,有同学会讲,这不就是简单地模仿么?回答正常,就是模仿别人的著作,但是模仿之后,我们很细心地发现前人结果也是有瑕疵的,有的地方不到位,从而有了我们的站在前人成果基础上的推进成果。这不正是研究人员应有的素质么?由于有书籍的技术路线指引,我们就是按部就班地去做了。选取的视角是从权威媒体报道这一视角,利用“中国资讯行-中国经济新闻库”提供的数据,建立影响力指数模型,并从行业、时间和空间三个维度定量评估上海世博会的影响力。

 

有同学会问,我怎么知道要从“中国资讯行-中国经济新闻库”这里来采集原始数据呢?这里就要同大家分享我的经验了,我们在看书或者看文献的时候一定要注意看书籍后面或者文献最后的参考文献,里面兴许就藏着数据下载源地址呢。事实就是如此,我们顺藤摸瓜,知道数据来自于中国资讯行 http://www.infobank.cn/。数据整理确实是个细活,我们三个人又是将近花了一天半的时间整理数据,分行业类的数据检索,分时间和空间的数据检索,每一步,我们都踏踏实实的。在检索的时候就犯愁了,检索词到底怎么确定?因为不同的检索词获得的数据是有差异的,这种差异会造成最终分析结果的差异么?另外,选取权威 媒体报道这一视角来分析是否可行也是需要论证的。这是我们的原始创新性的思考了,因为原著作中并未提到这两点,而我们在做论文的时候着重 分析了这个问题,也就是我们所谓的推进研究成果了。又是三天鏖战,不过值得庆幸的是第三天晚上的时候,我们的论文就差不多定稿了。在国赛的 时候,终于可以休息了。


 

 

没过多久,拟获奖名单出来了,我们被置顶,B题江苏省得分第一。答辩的时候,在评委老师的面前,我们一股脑地把我们得思想抖落出来,非常之严谨,视角也很新颖。很自然的,我们打分也很高,没从国一奖拟获奖中落下来,我们学校其他三支队伍都是拟推荐国一奖,最后结果是国二奖。2011年12月,竞赛组委会将论文推荐至《南通职业大学学报》公开发表,并有专家评论,评论文章在开篇就对我们的论文多方面的赞扬了一番,详见:

    [1]舒宏武,陈凤娇,傅洋. 基于媒体报道数据的上海世博会影响力的定量分析[J]. 南通职业大学学报,2011,04:61-64.

    [2]朱文辉. 欲问世博影响力,建模分析胜雄辩[J]. 南通职业大学学报,2011,04:74.

 

 

第四次竞赛

 

第四次竞赛我换队友了,另外两个队友都是考过GRE和托福的学霸级人物。我们参加的ICM竞赛,从经济学与环境保护的视角评估混合电动车在美国推广普及的实践意义,获得的是The Meritorious Award。我个人完成了论文1~14页的分析和撰写任务以及附录图表的精细化制作。混合电动车对提升经济和环境的潜势分析由杨泽完成,可视为文章一大亮点。两个队友比完赛毕业就都出国了,一个去了德克萨斯奥斯汀分校,一个是佛罗里达州立大学,都拿的是全奖。

本文由 舒宏武 授权 赛氪网 发表,并经赛氪网编辑。转载此文章须经作者同意,并请附上出处(赛氪网)及本页链接。原文链接https://www.saikr.com/a/2827
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