2011全国大学生数学建模竞赛B题题目及参考答案

2011全国大学生数学建模竞赛B题题目及参考答案
2011全国大学生数学建模竞赛B题题目及参考答案

2011高教社杯全国大学生数学建模竞赛题目

(请先阅读“全国大学生数学建模竞赛论文格式规范”)

B题交巡警服务平台的设置与调度

“有困难找警察”,是家喻户晓的一句流行语。警察肩负着刑事执法、治安管理、交通管理、服务群众四大职能。为了更有效地贯彻实施这些职能,需要在市区的一些交通要道和重要部位设置交巡警服务平台。每个交巡警服务平台的职能和警力配备基本相同。由于警务资源是有限的,如何根据城市的实际情况与需求合理地设置交巡警服务平台、分配各平台的管辖范围、调度警务资源是警务部门面临的一个实际课题。

试就某市设置交巡警服务平台的相关情况,建立数学模型分析研究下面的问题:(1)附件1中的附图1给出了该市中心城区A的交通网络和现有的20个交巡警服务平台的设置情况示意图,相关的数据信息见附件2。请为各交巡警服务平台分配管辖范围,使其在所管辖的范围内出现突发事件时,尽量能在3分钟内有交巡警(警车的时速为60km/h)到达事发地。

对于重大突发事件,需要调度全区20个交巡警服务平台的警力资源,对进出该区的13条交通要道实现快速全封锁。实际中一个平台的警力最多封锁一个路口,请给出该区交巡警服务平台警力合理的调度方案。

根据现有交巡警服务平台的工作量不均衡和有些地方出警时间过长的实际情况,拟在该区内再增加2至5个平台,请确定需要增加平台的具体个数和位置。

(2)针对全市(主城六区A,B,C,D,E,F)的具体情况,按照设置交巡警服务平台的原则和任务,分析研究该市现有交巡警服务平台设置方案(参见附件)的合理性。如果有明显不合理,请给出解决方案。

如果该市地点P(第32个节点)处发生了重大刑事案件,在案发3分钟后接到报警,犯罪嫌疑人已驾车逃跑。为了快速搜捕嫌疑犯,请给出调度全市交巡警服务平台警力资源的最佳围堵方案。

题 目 B 题 交巡警服务平台的设置与调度

摘 要:

本文研究的是某城区警车配置及巡逻方案的制定问题,建立了求解警车巡逻方案的模型,并在满足D1的条件下给出了巡逻效果最好的方案。

在设计整个区域配置最少巡逻车辆时,本文设计了算法1:先将道路离散化成近似均匀分布的节点,相邻两个节点之间的距离约等于一分钟巡逻路程。由警车的数目m ,将全区划分成m 个均匀的分区,从每个分区的中心点出发,找到最近的道路节点,作为警车的初始位置,由Floyd 算法算出每辆警车3分钟或2分钟行驶路程范围内的节点。考虑区域调整的概率大小和方向不同会影响调整结果,本文利用模拟退火算法构造出迁移几率函数,用迁移方向函数决定分区的调整方向。计算能满足D1的最小车辆数,即为该区应该配置的最小警车数目,用MATLAB 计算,得到局部最优解为13辆。

在选取巡逻显著性指标时,本文考虑了两个方面的指标:一是全面性,即所有警车走过的街道节点数占总街道节点数的比例,用两者之比来评价;二是均匀性,即所有警车经过每个节点数的次数偏离平均经过次数的程度,用方差值来大小评价。

问题三:为简化问题,假设所有警车在同一时刻,大致向同一方向巡逻,运动状态分为四种:向左,向右,向上,向下,记录每个时刻,警车经过的节点和能够赶去处理事故的点,最后汇总计算得相应的评价指标。

在考虑巡逻规律隐蔽性要求时,文本将巡逻路线进行随机处理,方向是不确定的,采用算法2进行计算,得出相应巡逻显著指标,当车辆数减少到10辆或巡逻速度变大时,用算法2计算巡逻方案和对应的参数,结果见附录所示。

本文最后还考虑到4个额外因素,给出每个影响因素的解决方案。

关键词:模拟退火算法;Floyd 算法;离散化

参赛队号 11***02

队员姓名

一 问题的重述

110警车在街道上巡逻,既能够对违法犯罪分子起到震慑作用,降低犯罪率,又能

够增加市民的安全感,同时也加快了接处警时间,提高了反应时效,为社会和谐提供了有力的保障。

现给出某城市内一区域,其道路数据和地图数据已知,该区域内三个重点部位的坐标分别为:(5112,4806),(9126, 4266),(7434 ,1332)。该区域内共有307个道路交叉口,为简化问题,相邻两个交叉路口之间的道路近似认为是直线,且所有事发现场均在下图的道路上。

该市拟增加一批配备有GPS 卫星定位系统及先进通讯设备的110警车。设110警车的平均巡逻速度为20km/h ,接警后的平均行驶速度为40km/h 。警车配置及巡逻方案要尽量满足以下要求:

D1. 警车在接警后三分钟内赶到现场的比例不低于90%;而赶到重点部位的时间必须在

参赛密码

(由组委会填写)

两分钟之内。

D2. 使巡逻效果更显著;

D3. 警车巡逻规律应有一定的隐蔽性。

现在我们需要解决以下几个问题:

一. 若要求满足D1,该区最少需要配置多少辆警车巡逻?

二. 请给出评价巡逻效果显著程度的有关指标。

三.请给出满足D1且尽量满足D2条件的警车巡逻方案及其评价指标值。

四. 在第三问的基础上,再考虑D3条件,给出你们的警车巡逻方案及其评价指标值。五.如果该区域仅配置10辆警车,应如何制定巡逻方案,使D1、D2尽量得到满足?

六. 若警车接警后的平均行驶速度提高到50km/h,回答问题三。

七. 你们认为还有哪些因素、哪些情况需要考虑?给出你们相应的解决方案。

二问题分析

本题为城区道路网络中警车配置及巡逻问题。在进行警车配置时,首先要考虑警车在接警后在规定时间内赶到现场的比例,在此条件下,以车数最少为目标,建模、求解;在制定巡逻方案时,要考虑巡逻的效果及隐蔽性问题。

问题一只要求满足D1,求最少的警车配置数,可以认为警车是不动的,在三分钟或两分钟内它能到达的区域就是它的覆盖范围。据此,在满足所有街道的覆盖率不低于90%的条件下,寻找最优解。

问题二要评价巡逻效果,有两个方面需要考虑:一是巡逻的全面性,即经过一段时间后警车走过的街道数占总街道数的比例;二是巡逻的不均匀性,即经过一段时间后警车经过每一条街道的次数相差不大,用方差来衡量。

问题三是在满足D1的条件上尽量满足问题二所给的指标,并给出评价方案的指标。首先找到一组满足D1的各警车位置,然后在和各警车位置相连的点中随机寻找一个点,判断新的点是否满足D1,如果满足则警车行驶到该点,否则重新寻找,直到满足为止。一段时间后统计所有车走过的点数及每个点被走过的次数,用问题二给出的两个指标进行评价。综合两个指标,可判断此路径的好坏,重复这个过程,直到综合评价指标达到一个满意的值为止。

问题四增加了隐蔽性要求,首先给出评价隐蔽性的指标,隐蔽性可用路线的随机性来评价,将它加入到问题三的模型中去进行求解。

问题五限制警车数量为10,要综合考虑D1、D2,先分配这10辆车使道路的覆盖率最高,然后按照问题三的步骤进行求解,其中每一步对D1的判断只需使道路的覆盖率尽量高即可。

问题六同问题三,只需将车速改为50km/h即可。

三模型的假设

1.警车都在路上巡逻,巡警去处理案件的时间不考虑;

2.所有事发现场都在道路上,案件在道路上任一点是等概率发生的;

3.警车初始停靠点是随机的,但尽量让它们分散分布,一辆警车管辖一个分区;

4.假定各个划分区域内,较短时间内,最多会发生一个案件;

5.假设区域内的每条道路都是双行线,不考虑转弯对结果造成的影响;

6.如果重点部位不在道路上的,假设这些重点部位在离它们最近的道路上;

7. 图中水域对巡逻方案没有影响。

四符号说明

m表示警车数目

d表示警车初始停靠点到各道路的最短距离

L表示整个区域的总道路长度

l表示不能在3分钟内到达的区域的道路的长度

k表示非重点部位的警车在3分钟内不能到达现场的比例

r表示三分钟内能从接警位置赶到事发现场的最大距离是

n表示整个区域总的离散点个数

n表示第i区内的节点个数

i

f表示区内调整函数

1

t表示模拟退火的时间,表征温度值

f表示区间调整函数

2

r表示全面性指标

e表示不均匀性指标

h表示综合评价指标

s表示第i辆车经过每条道路的次数

i

s表示整个区域每条道路经过的平均次数

五模型的建立与算法的设计

5.1 满足D1时,该区所需要配置的最少警车数目和巡逻方案

5.1.1 满足D1条件时,区域最少警车的规律

题目要求警车的配置和巡逻方案满足D1要求时,整个区域所需要配置的警车数目最少。由假设可知警车都在道路上,且所有事发现场也都在道路上,但区域内总的道路长度是个定值的;警车在接警后赶到事发现场有时间限制和概率限制:三分钟内赶到普通区域案发现场的比例不低于90%,而赶到重点部位的时间必须控制在两分钟之内。由此可知每辆警车的管辖范围不会很大,于是考虑将整个区域分成若干个分区,每辆警车管辖一个分区域。

由上面的分析,求解整个区域的警车数目最少这个问题可转化为求解每一辆警车所能管辖的街道范围尽量的大。于是我们寻找出使每辆警车管辖的范围尽量大的规律。为

了简化问题,我们不考虑赶到现场的90%的几率的限制,仅对警车能在三分钟内赶到事发现场的情况作定性分析,其分析示意图如图1所示。警车的初始停靠位置是随机的分布在道路上的任一节点上,我们假设一辆警车停靠在A 点上。

图1 一辆警车管辖范围分析示意图

由于警车的平均巡逻速度为20km/h ,接警后的平均行驶速度为40km/h ,由于距离信息比较容易得到,于是我们将时间限制转化为距离限制,这样便于分析和求解。当警车接警后,在三分钟内能从接警位置赶到事发现场的最大距离是r ,其中

km r 24060

3=?=。

如图1所示,我们设警车初始停靠位置在A 点,A 点是道路1,2,3,4的道路交叉口。我们仅以警车在道路1巡逻为例来进行分析,警车以h km /20的速度在道路1上A 到'A 点之间巡逻,'A 与初始停靠点A 的距离为xkm 。由于案件有可能在道路上任一点发生,当警车巡逻到A 点时,若案发现场在道路2,3,4上发生时,警车以40km/h 的速度向事发现场行驶,警车能在三分钟内从'A 点赶到现场的最大距离为km x )2(-。如果警车在道路1上继续向前行驶,则该警车能在三分钟内赶到现场的距离继续缩小,当警车从初始点向A 点行驶但没有达到'A 点时,此时该警车的最大管辖范围比警车到达'A 点时的最大管辖范围大。为了使警车的管辖范围尽量大,警车的巡逻范围越小越好,当0=x 时,即警车在初始停靠点静止不动时,警车的管辖范围达到最大值km 2。

图1所分析的是特殊的情况,道路1,2,3,4对称分布,现在我们来对一般的情况进行分析,如图2所示。

图2.1 图2.2 图2 一辆警车最大管辖范围分析示意图

图2.1所示的情况是道路分布不对称,与图1相比,图2.1所示的道路方向和角度都发生了改变,图2.3中的情形更为复杂。参照对图1的分析方法,我们分析这两种情形下,警车巡逻时能在三分钟内赶到现场的最大距离的规律,我们只分析图2.2的情况,道路1,2,3,4,5相交于点C,同时道路1与道路6也有个道路交叉口D , 由于警车巡逻时是在道路上行驶的,行走的路线是分段直线,并不影响路径的长度,所以当警车巡逻到距离初始停靠点C 点x 远处的D ,此时若有案件发生时,该警车要在三分钟内能赶到现场处理案件,最大行驶距离在km x )2(-之内,如果警车在道路1上继续向前行驶,则该警车能在三分钟内赶到现场的距离继续缩小,当警车没有行驶到D 点时,此时该警车的最大管辖范围比km x )2(-大,为了使警车的管辖范围尽量大,警车的巡逻范围越小越好。当0=x 时,即警车静止不动时,一辆警车的管辖范围能达到最大值。

以上分析的仅作定性的分析,对于三个重点部位也可以同理分析,所得的结论是一致的,以上的分析没有考虑到90%的到达几率限制,但在设计算法需要充分考虑。

综上所述,当警车静止在初始停靠点时,在三分钟时间限制内,警车能从初始停靠点赶到事发现场的最大距离为km 2。

5.1.2 将道路离散化

由于事发现场是等概率地分布在道路上的,由区域地图可以发现,整个区域中的道路长度不均,为了使计算结果更加精确,可将这些道路离散化。只要选取合适的离散方案,就能使警车在经过道路上的离散的点时就相当于经过了这条道路。这样,不论是求解警车初始停靠点还求解警车赶到事发现场所经过的道路时,所计算得的的结果显然比仅考虑整条道路的叉路口要精确得多。 区域中共有307个道路交叉口,458条道路。我们采用线性插值方法对道路进行离散化,以h km /20的速度行走一分钟的距离作为步长,一分钟时间的选择是参照问题三的

结果要求来设定的,步长km b 3

1

20601=?=。用线性插值的方法,从道路的一个方向进行线性插值,实现将每条道路离散化的目标,考虑到有些道路不是km 31

的整数倍,我们

就一般情况进行讨论,其分析示意图如图3所示。道路AB 长度为n 个km 31与)

3

1

(km x x <长度的和,为了更精确处理CB 段道路,那么就要考虑在CB 之间是否要插入一个新的点,

根据x 的长度不同,其对应的处理方式也有所不同。

图3 道路离散化分析示意图

引进临界指数y ,选取y 大小的准则是使尽量离散化后警车等效的平均巡逻速度和题目给定的速度(h km /20)的差值尽量小,经过计算得km y 189.0=时,不再插入新的坐

标点时能使整个区域的道路离散效果较好。此时,将CB 段长度设定为km 3

1

处理,于是

离散后的AB 道路长度会比实际长度短些;当Km x 189.0≥时,需要在两个点之间再插入一点,因为这样处理能使整个区域的整体道路的离散化效果比较理想。如图3所示,在

C 与B 间再插入新的坐标点,插入的位置在距C 点km 3

1

的D 点处,这样处理后所得的道

路长度比实际长度长了km x )3

1

(-。采用这样的方法进行线性插值,我们使用MATLAB 编

程实现对整个区域道路的离散,所得的离散结果如图4所示,离散后共得到762个节点,比原始数据多了455个节点,离散后的节点数据见附件中的“newpoint.txt ”。

图4 整个区域离散结果图

采用这种插值方法道路离散后,将直线上的无穷多个点转化有限个点,便于分析问题和实现相应的算法,由图4可知,所取得的整体离散效果还是比较理想的。

5.1.3 分区域求解警车数目的算法设计

考虑到警车配置和巡逻方案需要满足:警车在接警后三分钟内赶到普通部位案发现场的比例不低于90%,赶到重点部位必须控制在两分钟之内的要求。设计算法的目标就是求解出在满足D1情况下,总的警车数目最小,即每个区域都尽可能多地覆盖道路节点。由于警车的初始位置是未知的,我们可设警车初始停靠点在道路上的任一点,即分布在图4所示的762个离散点中的某些点节点上,总体思路是让每两辆车之间尽量分散地分布,一辆警车管辖一个分区,用这些分区覆盖整个区域。 于是我们设计算法1,步骤如下所示:

Step1:将整个区域预分配为m 个分区,每个分区分配一辆警车,警车的初始停靠位置

设在预分配区中心的道路节点上,若区域的中心不在道路节点上,则将警车放在离中心最近的道路节点上;

Step2:统计分区不能覆盖的节点,调整警车的初始停靠点,使分区覆盖尽可能多的道

路节点,调整分为区内调整和区间调整方案:(1)区内调整按照模拟退火思想构造的函数,在区间调整调整车辆初始点的位置(后文中有详细说明),当分区内节点数较多时,调整的概率小些,分区内节点数较少时,调整的概率大些,(2)当区域中存在未被覆盖的节点或节点群(大于等于三个节点集中在一个范围内)时,将警车初始位置的调整方向为朝着这些未被覆盖的节点按一定的规则(在

对算法的几点说明:

(1)该算法所取的车辆数m 是由多到少进行计算的,m 初始值设为20,这个值的选取是根据区域图估算的。

(2)预分区的优点在于使警车的初始位置尽可能均匀地分散分布,警车的初始停靠点在一个分区的中心点附近寻找得到,比起在整个区域随机生成停靠点,计算效率明显得到提高。

预分配之后,需要对整个区域不断地进行调整,调整时需要考虑调整方向和 调整概率。

警车调整借鉴的是模拟退火算法的方法,为了使分区内包含道路节点数较多的分区的初始停车点调整的概率小些,而分区内包含道路节点数的少的分区内的初始停车点调整的概率大些,我们构造了一个调整概率函数1f ,

)exp(1t

bmn a f i

-

= (1) (1)式中,b a ,均为常数,m 为整个区域车辆数,i n 为第i 分区内覆盖的节点数,t 为时间,同时t 也能表征模拟退火的温度变化情况:初始温度较高,区域调整速度较快,随着时间的增加,温度不断下降,区域调整速度逐渐变慢,这个调整速度变化也是比较

符合实际情况的。

由式(1)可以得出调整概率函数1f ,假设在相同的温度t (时间)的条件下,由于总的车辆数目m 是定值,当j i n n ≥时,即第i 分区内的节点数大于第j 分区的节点数时,分区i 调整的概率大些,分区j 的调整概率小些。分析其原因:当分区内包含了较多的节点个数时,该分区的警车初始停靠位置选取地比较合适了,而当分区内包含的道路节点数较少时,说明警车的初始停靠位置没有选好,需要更大概率的调整,这样的结论也是比较客观的。

对于所有分区外未被覆盖的道路节点和很多节点(称之为节点群),用来调整警车位置迁移的方向,其分析示意图如图5所示。调整方案目标是使未被覆盖的节点数尽量的少。在设计调整方向函数时,需要考虑:(1)节点群内节点的数目;(2)警车距离节点群的位置。优先考虑距离,所以在公式(2)中,用距离的平方来描述调整方向函数。 由于某一个区域范围内的未被覆盖节点数,整个区域未被覆盖的节点总数,分区域与未被覆盖的节点或节点群的距离等几个因素会影响到调整的方案,所以要综合考虑这些因素。于是设计了区间调整函数2f ,

式中,i n 表示第i 个分区内未被覆盖的节点数,i l 表示第i 分区域与未被覆盖的节点或节点群的距离,p 表示未被覆盖的节点和节点群个数。

现在简要分析第i 分区按区间调整函数的调整方案,当某两节点群j i ,的节点数目相等,但是距离不等时,如j i l l >,由区间调整公式可知,该区间向节点群j 方向调整。当某个分区与两个节点群的距离相等,但节点群的内节点个数不相等,如j i n n <时,由(4)可知,该分区域会想节点群j 方向调整。

注意在整个调整过程中,调整几率控制是否调整,调整方向函数控制调整的方向,寻找在这种调整方案下的最优结果。

图5 调整分区域示意图

(3)在step3中,使用Floyd 算法计算出警车初始停靠点到周边各节点的最短距离d ,目的是当区域内有情况发生时,警车能在要求的时间限制内到达现场。

(4)为求出较优的警车停靠点,采用模拟退火算法,算出局部最优的方案。 5.1.4 警车的配置和巡逻方案

使用MATLAB 编程实现算法1得到,整个区域配备13辆警车,这些警车静止在初始停靠点时,能满足D1要求。警车的初始停靠位置分别为道路交叉节点6,25,30,37,82,84,110,111,126,214,253,258,278处。每个警车所管辖的交叉点(原始的交叉节点)如图6所示,求解的分区结果见附录所示。

图6 满足D1条件下的区分划分图

13个分区共覆盖了252个交叉点,另外的55个原始交叉点没有被这些分区域覆盖:137,138,151,159,167,168,170,174,175,186,188,189,211,215,226,242,255,260,261,262,263,267,270,271,272,275,282,283 ,284,287,288,289,292,296,297,299,304,305,307。在这种分区方案下,这些点中,每两个相连的点间的道路离散值长度占整个区域总的长度的比值为

%18.90%100=?=L

l

k 。因此,在整个区域配置13辆警车,每个警车在初始停靠点静

止不动,当有案件发生时,离案发现场最近的警车从初始停靠点赶到现场。

5.2

评价巡逻效果显著的指标

110警车在街道上巡逻是目的是为了对违法犯罪分子起到震慑作用,降低犯罪率,又能够增加市民的安全感,同时还加快了接处警(接受报警并赶往现场处理事件)时间,提高了反应时效,为社会和谐提供了有力的保障。巡警在城市繁华街道、公共场所执行巡逻任务, 维护治安, 服务群众, 可以得良好的社会效应[1]。

在整个区域中,由于案发现场都在道路上,道路上的每一点都是等概率发生的,因此警车巡逻的面越广,所巡逻的街道数目越多,警车的巡逻效果就越好,对违法犯罪分子就越有威慑力,警车也能更及时地处理案件。

我们采用全面性r 来衡量巡逻的效果显著性,即用警车巡逻所经过的街道节点数占区域总节点数的比值。当警车重复经过同一条街道同一个离散点时,c 仅记录一次。

n

c

r = (3)

式中,c 表示警车经过的离散点数,n 代表整个区域总的离散点数。r 值越大,表明警车所经过的街道数目越多,所取得的效果越显著。

同时考虑到在巡逻过程中可能会出现这样的情况:在相同的时段内,警车会多次巡逻部分街道,而一些街道却很少巡逻甚至没有警车到达,这样会造成一些巡逻盲区。分布很不均衡。这样就可能出现巡逻密度大的街道上的违法犯罪分子不敢在街道上作案,而流窜到巡逻密度稀疏的街道上作案,因此在相同的警车数目条件下,密度不均衡的巡逻方式的巡逻效果的效果较差,而密度较均衡的巡逻方式所取得的巡逻效果会更好些。我们引入一个巡逻的不均匀度e 来衡量巡逻效果的显著性,考虑到方差能表示不均衡度,于是我们用方差的大小来表征不均衡,方差越大,巡逻密度越不均衡,所取得的巡逻效果越差。

p

s s

e m

i i

∑=-=

1

2

)( (4)

问题1所给出的满足D1条件下的警车数目为13辆,这时每辆警车在初始停靠点静

止不动,只有该管辖区域内发生了案件时,警车才从初始停靠点赶到案发现场处理案件。当警车在巡逻状态时,所需要考虑的问题就更复杂一些,如当节点运动时,警车还能否达到D1的要求,警车的运动方向如何等问题,但基本算法思想与问题1类似,所得的算法2的框图如图7所示,

为了简化问题,我们假设各分区警车的巡逻时候,尽量保证所有的警车的行驶方向相一致,且警车都走双行道,即当警车走到某个节点后,它们又同时返回初始停靠点,警车的行驶方向有四种方式,如6所示。

在图6中,数字1代表走巡逻走的第一步,2表示朝1的巡逻方向相反的方向巡逻。在具体程序实现时,四种巡逻方向任意选择,但是尽量保证所有的警车向同一个方向巡逻。

图6 各警车巡逻方向图

我们用MATLAB编程对这种巡逻方式进行计算,所得的车辆数目为18辆,综合评价指标为0.612

h,其结果巡逻方案见附件中的“1193402-Result3.txt”所示。

=

5.4在满足问题三的基础上讨论D3条件,警车的巡逻方案和评价指标

巡逻的隐蔽性体现在警车的巡逻路线和时间没有明显的规律,主要目的是让违法犯罪分子无可乘之机,防止他们在非巡逻时间实施违法犯罪活动,危害人民的生命和财产安全。

为了使巡逻的规律具有隐蔽性,这就需要警车在巡逻时至少具有两条不同的路线,时间最好也是不相同的。因此,考虑到隐蔽性时,只需要在问题2的基础上加上一个随机过程即可。对于其评价指标,由于警车有几条可选的巡逻路线,当相同的路线在同一时间内重复出现时,重新将所设定的方案再执行一遍,我们用这个时间间隔来衡量隐蔽性的程度,当循环周期T越大,表明可选的巡逻方案越多,其规律就越具有隐蔽性,而循环周期T越小时,表明巡逻方案比较少,其隐蔽性较差。在巡逻状态时,最差的隐蔽性巡逻方案是巡逻方案只有一个,并且时间固定,这样的巡逻方案没有任何隐蔽性可言。

5.5 整个区域为10辆车时的巡逻方案

由第三问的结果可知,10辆车的数量是不能把整个区域完全覆盖的,其算法与算法2类似,不同的是此时车的数目已经固定了,要求使D1,D2尽量大的满足,我们求得的评价指标值为0.524

h,所得的巡逻方案见附件中的“1193402-Result5.txt”所示。

=

数学建模期末考试A试的题目与答案

华南农业大学期末考试试卷(A 卷) 2012-2013学年第 二 学期 考试科目:数学建模 考试类型:(闭卷)考试 考试时间: 120 分钟 学号 姓名 年级专业 一篮白菜从河岸一边带到河岸对面,由于船的限制,一次只能带 一样东西过河,绝不能在无人看守的情况下将狼和羊放在一起;羊和白菜放在一起,怎样才能将它们安全的带到河对岸去? 建立多步决策模型,将人、狼、羊、白菜分别记为i = 1,2,3,4,当i 在此岸时记x i = 1,否则为0;此岸的状态下用s =(x 1,x 2,x 3,x 4)表示。该问题中决策为乘船方案,记为d = (u 1, u 2, u 3, u 4),当i 在船上时记u i = 1,否则记u i = 0。 (1) 写出该问题的所有允许状态集合;(3分) (2) 写出该问题的所有允许决策集合;(3分) (3) 写出该问题的状态转移率。(3分) (4) 利用图解法给出渡河方案. (3分) 解:(1) S={(1,1,1,1), (1,1,1,0), (1,1,0,1), (1,0,1,1), (1,0,1,0)} 及他们的5个反状(3分) (2) D = {(1,1,0,0), (1,0,1,0), (1,0,0,1), (1,0,0,0)} (6分) (3) s k+1 = s k + (-1) k d k (9分) (4)方法:人先带羊,然后回来,带狼过河,然后把羊带回来,放下羊,带白菜过去,然后再回来把羊带过去。 ?或: 人先带羊过河,然后自己回来,带白菜过去,放下白菜,带着羊回来,然后放下羊,把狼带过去,最后再回转来,带羊过去。 (12分) 1、 二、(满分12分) 在举重比赛中,运动员在高度和体重方面差别很大,请就下面两种假设,建立一个举重能力和体重之间关系的模型: (1) 假设肌肉的强度和其横截面的面积成比例。6分 (2) 假定体重中有一部分是与成年人的尺寸无关,请给出一个改进模型。6分 解:设体重w (千克)与举重成绩y (千克) (1) 由于肌肉强度(I)与其横截面积(S)成比例,所以 y ?I ?S 设h 为个人身高,又横截面积正比于身高的平方,则S ? h 2 再体重正比于身高的三次方,则w ? h 3 (6分) ( 12分) 14分) 某学校规定,运筹学专业的学生毕业时必须至少学

2011高教社杯全国大学生数学建模竞赛C题评阅要点

2011高教社杯全国大学生数学建模竞赛C 题评阅要点 [说明]本要点仅供参考,各赛区评阅组应根据对题目的理解及学生的解答,自主地进行评阅。 命题思路:企业退休职工养老金制度改革及退休推迟问题是一个热点课题。由于国情的复杂和数据的缺乏,对全国甚至一个地区的社会统筹基金进行总体规模的预测都是困难的,所以本题仅限于在现有制度下,对职工个人的基金和个人账户收支情况进行精算。本题的数学模型并不复杂,关键是学生正确理解养老金收支计算办法和题目的要求。 1 必要的假设 如下一些假设是基本的:1)假设我国在今后一个较长时间段内社会政治经济形势稳定,工资不会出现异常动荡。2)假设男女同工同酬。3)假设现有缴费及发放制度在一个充分长的时间段内不发生变化。4)假设附件2 中反映的该企业不同年龄的职工工资与企业平均工资的比例可以用来计算一个普通职工的养老保险缴费指数。5)假设只有个人账户中的储存额产生利息,而社会统筹基金账户中的储存额不产生利息。6)假设附件1中的社会平均工资为缴费工资。7)为便于计算,可以假设第i 岁参加工作、退休、死亡均是指在刚满i 周岁时,缴费年数为整数。 2问题一 虽然我国当前正处于经济快速发展期,但考虑到我国发展的战略目标是在二十一世纪中期达到中等发达国家的经济发展水平,而发达国家的工资增长率多比较低,所以应当假设我国未来的工资增长率会逐步降低。只要符合这一假设的预测方法,都可以认为是恰当的。如Logistic 模型以及其它阻滞型增长模型均可用,用这些方法得到的工资上限大约在2010年工资水平的3-4倍左右。但若假设工资以固定比例增长或线性增长、以及用线性或多项式拟合都是不恰当的,用灰色预测或指数预测也不恰当。 3 问题二 根据附件2,用加权平均方法容易求得该企业不同年龄段的职工工资与企业平均工资的比值,结果如下: 表1:该企业不同年龄段职工平均工资与企业平均工资的比值: 本题的本意是将此数据作为一个一般意义上的企业职工在不同年龄段时的缴费指数。如果学生在计算养老金支出时没有利用该数据,只考虑了一些特殊情况,如缴费指数取固定值,是不合题意的。对于60-64岁的职工的缴费指数,可以基于一些简单合理的假设进行预测。 在计算社会统筹基金账户和个人账户金额时,按年或按月缴存的两种计算方式都是可以的。 到退休时职工个人账户中的金额的计算模型如下: ∑k 退休前第k 年缴费额本息=∑k 退休前第k 年缴费工资×缴费率×k r )1( , 其中r 为银行利息。学生中可能会出现忘记计算个人账户利息或利息计算错误的情况。 因为社会统筹基金账户中的储存额不计利息,所以其中金额的计算模型如下: ∑k 退休前第k 年缴费额=∑k 退休前第k 年缴费工资×缴费率. 退休后第一个月领取的养老金=基础养老金+个人账户养老金,其中 基础养老金=(退休前一年社会平均工资+本人指数化月平均缴费工资)/2×缴费年限×1%; 个人账户养老金=个人账户储存额÷计发月数。 其中,

历年数学建模赛题题目

历年数学建模赛题题目 1992年 (A) 施肥效果分析问题(北京理工大学:叶其孝) (B) 实验数据分解问题(华东理工大学:俞文此; 复旦大学:谭永基)1993年 (A) 非线性交调的频率设计问题(北京大学:谢衷洁) (B) 足球排名次问题(清华大学:蔡大用) 1994年 (A) 逢山开路问题(西安电子科技大学:何大可) (B) 锁具装箱问题(复旦大学:谭永基,华东理工大学:俞文此)1995年 (A) 飞行管理问题(复旦大学:谭永基,华东理工大学:俞文此) (B) 天车与冶炼炉的作业调度问题(浙江大学:刘祥官,李吉鸾)1996年 (A) 最优捕鱼策略问题(北京师范大学:刘来福) (B) 节水洗衣机问题(重庆大学:付鹂) 1997年 (A) 零件参数设计问题(清华大学:姜启源) (B) 截断切割问题(复旦大学:谭永基,华东理工大学:俞文此)1998年 (A) 投资的收益和风险问题(浙江大学:陈淑平) (B) 灾情巡视路线问题(上海海运学院:丁颂康) 1999年 (A) 自动化车床管理问题(北京大学:孙山泽) (B) 钻井布局问题(郑州大学:林诒勋) (C) 煤矸石堆积问题(太原理工大学:贾晓峰) (D) 钻井布局问题(郑州大学:林诒勋) 2000年 (A) DNA序列分类问题(北京工业大学:孟大志) (B) 钢管订购和运输问题(武汉大学:费甫生) (C) 飞越北极问题(复旦大学:谭永基) (D) 空洞探测问题(东北电力学院:关信) 2001年 (A) 血管的三维重建问题(浙江大学:汪国昭) (B) 公交车调度问题(清华大学:谭泽光) (C) 基金使用计划问题(东南大学:陈恩水) (D) 公交车调度问题(清华大学:谭泽光) 2002年

数学建模-B题-球队排名问题-答案详解

承诺书 我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则. 我们完全明白,在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式(包括电话、电子邮件、网上咨询等)与队外的任何人(包括指导教师)研究、讨论与赛题有关的问题。 我们知道,抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料(包括网上查到的资料),必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。 我们郑重承诺,严格遵守竞赛规则,以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为,我们将受到严肃处理。 我们参赛选择的题号是(从A/B/C/D中选择一项填写): 我们的参赛报名号为(如果赛区设置报名号的话): 所属学校(请填写完整的全名): 参赛队员(打印并签名) :1. 2. 3. 指导教师或指导教师组负责人(打印并签名): 日期:年月日赛区评阅编号(由赛区组委会评阅前进行编号):

编号专用页 赛区评阅编号(由赛区组委会评阅前进行编号): 全国统一编号(由赛区组委会送交全国前编号):全国评阅编号(由全国组委会评阅前进行编号):

一个给足球队排名次的方法 戚立峰毛威马斌 (北京大学数学系,100871) 指导教师樊启洪 摘要本文利用层次分析法建立了一个为足球排名次的数学模型.它首先用来排名次的数据是否充分做出判断,在能够排名次时对数据的可依赖程度做出估计,然后给出名次.文中证明了这个名次正是比赛成绩所体现的各队实力的顺序.文中将看到此模型充分考虑了排名结果对各场比赛的重要性的反馈影响,基本上消除了由于比赛对手的强弱不同造成的不公平现象.文中还证明了模型的稳定性,这保证了各队在发挥水平上的小的波动不会对排名顺序造成大的变动.本模型比较完满地解决了足球队排名次问题,而且经过简单修改,它可以适用于任何一种对抗型比赛的排名.

数学建模及全国历年竞赛题目

数学建模及全国历年竞赛题目 (2010-09-28 21:58:01) 标签: 分类:专业教学 数学建模 应用数学模型 教育 一、数学建模的涵 (一)数学建模的概念 数学建模是一种数学的思考方法,是运用数学的语言和方法,通过抽象、简化建立能近似刻画并"解决"实际问题的一种强有力的数学手段。使用数学语言描述的事物就称为数学模型,这个建立数学模型的全过程就称为数学建模。(二)应用数学模型 应用数学去解决各类实际问题,把错综复杂的实际问题简化、抽象为合理的数学结构。通过调查、收集数据资料,观察和研究实际对象的固有特征和在规律,抓住问题的主要矛盾,建立起反映实际问题的数量关系,然后利用数学的理论和方法去分析和解决问题。需要诸如数理统计、最优化、图论、微分方程、计算方法、神经网络、层次分析法、模糊数学,数学软件包如 Mathematica,Matlab,Lingo,Spss,Mapple的使用,甚至排版软件等知识的基础。

(三)数学建模的特点 数学建模具有难度大、涉及面广、形式灵活,对教师和学生要求高等特点;数学建模的教学本身是一个不断探索、不断创新、不断完善和提高的过程。(四)数学建模的指导思想 数学建模的指导思想就是:以实验室为基础、以学生为中心、以问题为主线、以培养能力为目标来组织教学工作。 (五)数学建模的意义 数学建模是联系数学与实际问题的桥梁,是数学在各个领械广泛应用的媒介,是数学科学技术转化的主要途径。通过教学使学生了解利用数学理论和方法去分析和解决问题的全过程,提高他们分析问题和解决问题的能力;提高他们学习数学的兴趣和应用数学的意识与能力,使他们在以后的工作中能经常性地想到用数学去解决问题,提高他们尽量利用计算机软件及当代高新科技成果的意识,能将数学、计算机有机地结合起来去解决实际问题。 1.培养创新意识和创造能力; 2.训练快速获取信息和资料的能力; 3.锻炼快速了解和掌握新知识的技能; 4.培养团队合作意识和团队合作精神; 5.增强写作技能和排版技术;

2014年数学建模美赛题目原文及翻译

2014年数学建模美赛题目原文及翻译 作者:Ternence Zhang 转载注明出处:https://www.360docs.net/doc/9c2884976.html,/zhangtengyuan23 MCM原题PDF: https://www.360docs.net/doc/9c2884976.html,/detail/zhangty0223/6901271 PROBLEM A: The Keep-Right-Except-To-Pass Rule In countries where driving automobiles on the right is the rule (that is, USA, China and most other countries except for Great Britain, Australia, and some former British colonies), multi-lane freeways often employ a rule that requires drivers to drive in the right-most lane unless they are passing another vehicle, in which case they move one lane to the left, pass, and return to their former travel lane. Build and analyze a mathematical model to analyze the performance of this rule in light and heavy traffic. You may wish to examine tradeoffs between traffic flow and safety, the role of under- or over-posted speed limits (that is, speed limits that are too low or too high), and/or other factors that may not be

2017年中国研究生数学建模竞赛题

2017年中国研究生数学建模竞赛D题 基于监控视频的前景目标提取 视频监控是中国安防产业中最为重要的信息获取手段。随着“平安城市”建设的顺利开展,各地普遍安装监控摄像头,利用大范围监控视频的信息,应对安防等领域存在的问题。近年来,中国各省市县乡的摄像头数目呈现井喷式增长,大量企业、部门甚至实现了监控视频的全方位覆盖。如北京、上海、杭州监控摄像头分布密度约分别为71、158、130个/平方公里,摄像头数量分别达到115万、100万、40万,为我们提供了丰富、海量的监控视频信息。 目前,监控视频信息的自动处理与预测在信息科学、计算机视觉、机器学习、模式识别等多个领域中受到极大的关注。而如何有效、快速抽取出监控视频中的前景目标信息,是其中非常重要而基础的问题[1-6]。这一问题的难度在于,需要有效分离出移动前景目标的视频往往具有复杂、多变、动态的背景[7,8]。这一技术往往能够对一般的视频处理任务提供有效的辅助。以筛选与跟踪夜晚时罪犯这一应用为例:若能够预先提取视频前景目标,判断出哪些视频并未包含移动前景目标,并事先从公安人员的辨识范围中排除;而对于剩下包含了移动目标的视频,只需辨识排除了背景干扰的纯粹前景,对比度显著,肉眼更易辨识。因此,这一技术已被广泛应用于视频目标追踪,城市交通检测,长时场景监测,视频动作捕捉,视频压缩等应用中。 下面简单介绍一下视频的存储格式与基本操作方法。一个视频由很多帧的图片构成,当逐帧播放这些图片时,类似放电影形成连续动态的视频效果。从数学表达上来看,存储于计算机中的视频,可理解为一个3维数据,其中代表视频帧的长,宽,代表视频帧的帧数。视频也可等价理解为逐帧图片的集合,即,其中为一张长宽分别为 的图片。3维矩阵的每个元素(代表各帧灰度图上每个像素的明暗程度)为0到255之间的某一个值,越接近0,像素越黑暗;越接近255,像素越明亮。通常对灰度值预先进行归一化处理(即将矩阵所有元素除以255),可将其近似认为[0,1]区间的某一实数取值,从而方便数据处理。一张彩色图片由R(红),G(绿),B(蓝)三个通道信息构成,每个通道均为同样长宽的一张灰度图。由彩色图片

国赛历届数学建模赛题题目与解题方法

历届数学建模题目浏览:1992--2009 1992年 (A) 施肥效果分析问题(北京理工大学:叶其孝) (B) 实验数据分解问题(华东理工大学:俞文此; 复旦大学:谭永基) 1993年 (A) 非线性交调的频率设计问题(北京大学:谢衷洁) (B) 足球排名次问题(清华大学:蔡大用) 1994年 (A) 逢山开路问题(西安电子科技大学:何大可) (B) 锁具装箱问题(复旦大学:谭永基,华东理工大学:俞文此) 1995年 (A) 飞行管理问题(复旦大学:谭永基,华东理工大学:俞文此) (B) 天车与冶炼炉的作业调度问题(浙江大学:刘祥官, 李吉鸾) 1996年 (A) 最优捕鱼策略问题(北京师范大学:刘来福) (B) 节水洗衣机问题(重庆大学:付鹂) 1997年 (A) 零件参数设计问题(清华大学:姜启源) (B) 截断切割问题(复旦大学:谭永基,华东理工大学:俞文此) 1998年 (A) 投资的收益和风险问题(浙江大学:陈淑平) (B) 灾情巡视路线问题(上海海运学院:丁颂康) 1999年 (A) 自动化车床管理问题(北京大学:孙山泽) (B) 钻井布局问题(郑州大学:林诒勋) 1999年(C) 煤矸石堆积问题(太原理工大学:贾晓峰)

(D) 钻井布局问题(郑州大学:林诒勋) 2000年 (A) DNA序列分类问题(北京工业大学:孟大志) (B) 钢管订购和运输问题(武汉大学:费甫生) (C) 飞越北极问题(复旦大学:谭永基) (D) 空洞探测问题(东北电力学院:关信) 2001年 (A) 血管的三维重建问题(浙江大学:汪国昭) (B) 公交车调度问题(清华大学:谭泽光) (C) 基金使用计划问题(东南大学:陈恩水) (D) 公交车调度问题(清华大学:谭泽光) 2002年 (A) 车灯线光源的优化设计问题(复旦大学:谭永基,华东理工大学:俞文此) (B) 彩票中的数学问题(解放军信息工程大学:韩中庚) (C) 车灯线光源的优化设计问题(复旦大学:谭永基,华东理工大学:俞文此) (D) 赛程安排问题(清华大学:姜启源) 2003年 (A) SARS的传播问题(组委会) (B) 露天矿生产的车辆安排问题(吉林大学:方沛辰) (C) SARS的传播问题(组委会) (D) 抢渡长江问题(华中农业大学:殷建肃) 2004年 (A) 奥运会临时超市网点设计问题(北京工业大学:孟大志) (B) 电力市场的输电阻塞管理问题(浙江大学:刘康生) (C) 酒后开车问题(清华大学:姜启源)

2011年全国大学生数学建模国赛B题程序

Matlab dijkstra算法 function [distance,path]=dijkstra(A,s,e) % [DISTANCE,PATH]=DIJKSTRA(A,S,E) % returns the distance and path between the start node and the end node. % A: adjcent matrix % s: start node % e: end node % initialize n=size(A,1); % node number D=A(s,:); % distance vector path=[]; % path vector visit=ones(1,n); % node visibility visit(s)=0; % source node is unvisible parent=zeros(1,n); % parent node distance=D(e); % the shortest distance path if parent(e)==0, return; end path=zeros(1,2*n); % path preallocation t=e; path(1)=t; count=1; while t~=s && t>0 p=parent(t); path=[p path(1:count)]; t=p; count=count+1; end if count>=2*n, error(['The path preallocation length is too short.',... 'Please redefine path preallocation parameter.']); end path(1)=s; path=path(1:count); function [y,fval,flag]=Hungary(C) %********************************************************************** % >> C=[2 15 13 4;10 4 14 15;9 14 16 13;7 8 11 9] % >> [y,fval]=Hungary(C) % M = % 0 0 0 1 % 0 1 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 1 0 % y = % 28 % >> %********************************************************************** ***** [m,n]=size(C); tempC=C; for i=1:m

2011-2012第一学期《数学建模》试题卷及答案

2012-2013第一学期《数学建模》选修课试题卷 班级: 姓名: 学号: 成绩:

一、解释下列词语,并举例说明(每小题满分5分,共15分) 1.模型 模型是所研究的系统,过程事物或概念的一种表达形式,也可只根据实验。图样放大或缩小而制成的样品,一般用于展览或实验或铸造机器零件等用的模子。 2.数学模型 当一个数学结构作为某种形式语言(既包括常用符号,函数符号,谓词符号等符号集合)解释时,这个数学结构就称为数学模型。 3.抽象模型 二、简答题(每小题满分8分,共24分) 1.模型的分类 按照模型替代原型的方式,模型可以简单分为形象模型和抽象模型两类. 形象模型:直观模型、物理模型、分子结构模型等; 抽象模型:思维模型、符号模型、数学模型等。 2.数学建模的基本步骤 1.模型准备:首先要了解问题的实际背景,明确建模的目的及要求,收集各种必要的信息。 2.模型假设:为了利用数学方法,通常要对问题作出必要的合理的假设,是,问题的主要特征凸显出来,忽略问题的次要方面。 3.模型构成:根据说做的假设以及事物之间的联系,构造各种量之间的关系,把问题化为数学问题。 4.模型求解:利用已知的数学方法来求上一步所得到的数学问题词时往往还要做进一步的简化。 5.模型分析:对所得到的解答进行分析,特别注意当数据变化时所得到的结果是否稳定。 6.模型检验:分析所得结果的实际意义,与实际情况进行比较看是否符合实际; 7.模型应用:所建立的模型必须在实际中才能产生效益。

3.数学模型的作用 数学模型的根本作用在于它将客观模型比繁为简。化难为易,便于人们采用定量的方法,分析和理解实际问题,正因为如此数学模型在科学发展,科学预见,科学管理,科学决策调控市场乃至个人能高效个工作和生活等众多方面发挥着重要作用。 三、解答题(满分20分) F 题(9n+5, 9n+1) 某金融机构为保证现金充分支付,设立一笔总额$540万的基金,分开放置在位于A城和B城的两个公司,基金在平时可以使用,但每周末结算时必须确保总额仍为$540万.经过相当一段时期业务情况,发现每过一周,各公司的支付基金在流通过程中多数还是留在自己公司内,而A城公司有10%支付基金流动到B城公司,B 城公司则有12%支付基金流动到A城公司.此时,A城公司基金额为$260万,B城公司基金额$280万.按此规律,两公司支付基金数额变化趋势如何?如果金融专家认为每个公司的支付基金不能少于$220万,那么是否在什么时间需要将基金作专门调动来避免这种情形? 解:设此后第K周末结算时,A城公司和B城公司的支付基金数分别是Ak和Bk(单位:万美元),那么此刻有: Ak+1=0.9Ak+0.12Bk Bk+1=0.1AK+0.88Bk k=0,1……其中,初始条件:A0=260,B0=280 给出了这个问题的数学模型。通过一次迭代,可以求出各周末时Ak和Bk的数值,以下的表列出了1至12周末两公司的基金属(单位:万美元)

2011年数学建模B题

2011年全国大学生数学建模B题 交巡警服务平台的设置与调度 题目警车配置及巡逻问题的研究 摘要: 本文研究的是某城区警车配置及巡逻方案的制定问题,建立了求解警车巡逻方案的模型,并在满足D1的条件下给出了巡逻效果最好的方案。 在设计整个区域配置最少巡逻车辆时,本文设计了算法1:先将道路离散化成近似均匀分布的节点,相邻两个节点之间的距离约等于一分钟巡逻路程。由警车的数目m,将全区划分成m个均匀的分区,从每个分区的中心点出发,找到最近的道路节点,作为警车的初始位置,由Floyd算法算出每辆警车3分钟或2分钟行驶路程范围内的节点。考虑区域调整的概率大小和方向不同会影响调整结果,本文利用模拟退火算法构造出迁移几率函数,用迁移方向函数决定分区的调整方向。计算能满足D1的最小车辆数,即为该区应该配置的最小警车数目,用MATLAB计算,得到局部最优解为13辆。 在选取巡逻显著性指标时,本文考虑了两个方面的指标:一是全面性,即所有警车走过的街道节点数占总街道节点数的比例,用两者之比来评价;二是均匀性,即所有警车经过每个节点数的次数偏离平均经过次数的程度,用方差值来大小评价。 问题三:为简化问题,假设所有警车在同一时刻,大致向同一方向巡逻,运动状态分为四种:向左,向右,向上,向下,记录每个时刻,警车经过的节点和能够赶去处理事故的点,最后汇总计算得相应的评价指标。 在考虑巡逻规律隐蔽性要求时,文本将巡逻路线进行随机处理,方向是不确定的,采用算法2进行计算,得出相应巡逻显著指标,当车辆数减少到10辆或巡逻速度变大时,用算法2计算巡逻方案和对应的参数,结果见附录所示。 本文最后还考虑到4个额外因素,给出每个影响因素的解决方案。 关键词:模拟退火算法;Floyd算法;离散化 一问题的重述 110警车在街道上巡逻,既能够对违法犯罪分子起到震慑作用,降低犯罪率,又能够增加市民的安全感,同时也加快了接处警时间,提高了反应时效,为社会和谐提供了有力的保障。 现给出某城市内一区域,其道路数据和地图数据已知,该区域内三个重点部位的坐标分别为:(5112,4806),(9126, 4266),(7434 ,1332)。该区域内共有307个道路交叉口,为简化问题,相邻两个交叉路口之间的道路近似认为是直线,且所有事发现场均在下图的道路上。 该市拟增加一批配备有GPS卫星定位系统及先进通讯设备的110警车。设110警车的平均巡逻速度为20km/h,接警后的平均行驶速度为40km/h。警车配置及巡逻方案要

2011全国数学建模B题论文

城市交通巡警平台的设置与调度 摘要 由于警务资源是有限的,如何根据城市的实际情况与需求合理地设置交巡警服务平台、分配各平台的管辖范围、调度警务资源是警务部门面临的一个实际课题。本文要解决的就是某市设置交巡警服务平台设置方案,以及如何处理在确保突发事件问题。 对于第一问,根据附件中的各点的坐标和图中所给的各标志点之间的相邻关系,我们求得任意两个相邻标志点的直线距离,根据附件中的全市交通路口的路线做出了邻接矩阵,再用Floyd算法求得任意两点间的最短距离。在此基础上,为了确定需要增加平台的具体个数和位置,采用主成分分析法。应用迪杰斯特拉(Dijkstra)算法进行搜索得到了该区交巡警服务平台警力合理的调度方案。 对于第二问,给出了设置交巡警服务平台的可量化的原则和任务,对现有方案进行评价然后进行优化;案发地点在A区,题目没有给出逃犯的车速,这里要处理好,怎样叫实现了围堵也是需要考虑的问题。 关键字:邻接矩阵、距离矩阵、整数线性规划、主成分分析、surfer作图 一.问题的重述 警察肩负着刑事执法、治安管理、交通管理、服务群众四大职能。为了更有效地贯彻实施这些职能,需要在市区的一些交通要道和重要部位设置交巡警服务平台。每个交巡警服务平台的职能和警力配备基本相同。根据城市的实际情况与需求合理地设置交巡警服务平台、分配各平台的管辖范围、调度警务资源。就某市设置交巡警服务平台的相关情况,建立数学模型分析研究下面的问题:(1)为各交巡警服务平台分配管辖范围,使其在所管辖的范围内出现突发事件时,尽量能在3分钟内有交巡警(警车的时速为60km/h)到达事发地。 对于重大突发事件,需要调度全区20个交巡警服务平台的警力资源,对进出该区的13条交通要道实现快速全封锁。实际中一个平台的警力最多封锁一个路口,请给出该区交巡警服务平台警力合理的调度方案。 根据现有交巡警服务平台的工作量不均衡和有些地方出警时间过长的实际情况,拟在该区内再增加2至5个平台,请确定需要增加平台的具体个数和位置。 (2)针对全市(主城六区A,B,C,D,E,F)的具体情况,按照设置交巡警服务平台的原则和任务,分析研究该市现有交巡警服务平台设置方案(参见附件)的合理性。如果有明显不合理,请给出解决方案。 如果该市地点P(第32个节点)处发生了重大刑事案件,在案发3分钟后接到报警,犯罪嫌疑人已驾车逃跑。为了快速搜捕嫌疑犯,请给出调度全市交巡警服务平台警力资源的最佳围堵方案。 二、问题的分析 问题一中有三个小问题,分别讨论在现有巡警台不变的情况下,确定出每个巡警台的控制范围,要求在三分钟之内尽可能到达;当有案件发生时,各交巡警按预定的路线到达指定路口封锁该路口,要求我们给出各节点接到指示时他们的

2011年全国大学生数学建模竞赛测试试题

2011年全国大学生数学建模竞赛测试试题(A) 时量:180分钟满分:150分 院系:专业:学号:姓名: 一、选择题(2分/题×10题=20分) 1、Matlab程序设计中清除当前工作区的变量x,y的命令是( c ) A.clc x,y B.clear(x y) C.clear x y D.remove(x,y) 2、关于Matlab程序设计当中变量名和函数名的描述,下述说法正确的是( B ) A.都不区分大小写 B.都区分大小写 C.变量名区分,函数名不区分 D. 变量名区分,函数名不区分 3、MA TLAB软件中,把二维矩阵按一维方式寻址时的寻址访问是按(B)优先的。 A.行 B.列 C.对角线 D.左上角 4、关于矩阵上下拼接和左右拼接的方式中,下列描述是正确的是( D ) A.上下拼接的命令为C=[A, B],要求矩阵A, B的列数相同; B.左右拼接的命令为C=[A; B],要求矩阵A, B的行数相同; C.上下拼接的命令为C=[A; B],要求矩阵A, B的行数相同; D.左右拼接的命令为C=[A, B],要求矩阵A, B的行数相同。 5、Matlab命令a=[65 72 85 93 87 79 62 73 66 75 70];find(a>=70 & a<80)得到的结果为(C ) A.[72 79 73 75] B.[72 79 73 75 70] C.[2 6 8 10 11] D.[0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1] 6、矩阵(或向量)的范数是用来衡量矩阵(或向量)的(A)的一个量 A.维数大小 B.元素的值的绝对值大小 C.元素的值的整体差异程度 D.所有元素的和 7、计算非齐次线性方程组AX=b的解可转化为计算矩阵X=A-1b,可以用Matlab的命令(A)实现 A.左除命令x=A\b B.左除命令x=A/b C.右除命令x=A\b D.右除命令x=A/b 8、关于Matlab的矩阵命令与数组命令,下列说法正确的是(b) A.矩阵乘A*B是指对应位置元素相乘 B.矩阵乘A.*B是指对应位置元素相乘 C.数组乘A.*B是指对应位置元素相乘 D.数组乘A*B是指对应位置元素相乘 9、生成5行4列,并在区间[1:10]内服从均分布的随机矩阵的命令是(d) A.rand(5,4)*10 B.rand(5,4,1,10) C.rand(5,4)+10 D.rand(5,4)*9+1 10、关于Matlab的M文件的描述中,以下错误的是( d ) A、Matlab的M 文件有脚本M文件和函数M文件两种; B、Matlab的函数M文件中要求首行必须以function顶格开头;

中国研究生数学建模竞赛历届竞赛题目截止

中国研究生数学建模竞赛历届竞赛题目 第一届2004年题目 A题发现黄球并定位 B题实用下料问题 C题售后服务数据的运用 D题研究生录取问题 第二届2005年题目 A题HighwayTravelingtimeEstimateandOptimalRouting B题空中加油 C题城市交通管理中的出租车规划 D题仓库容量有限条件下的随机存贮管理 第三届2006年题目 A题AdHoc网络中的区域划分和资源分配问题 B题确定高精度参数问题 C题维修线性流量阀时的内筒设计问题 D题学生面试问题 第四届2007年题目 A题建立食品卫生安全保障体系数学模型及改进模型的若干理论问题 B题械臂运动路径设计问题 C题探讨提高高速公路路面质量的改进方案 D题邮政运输网络中的邮路规划和邮车调运 第五届2008年题目 A题汶川地震中唐家山堪塞湖泄洪问题 B题城市道路交通信号实时控制问题 C题货运列车的编组调度问题 D题中央空调系统节能设计问题 第六届2009年题目 A题我国就业人数或城镇登记失业率的数学建模 B题枪弹头痕迹自动比对方法的研究 C题多传感器数据融合与航迹预测 D题110警车配置及巡逻方案 第七届2010年题目 A题确定肿瘤的重要基因信息 B题与封堵渍口有关的重物落水后运动过程的数学建模 C题神经元的形态分类和识别 D题特殊工件磨削加工的数学建模 第八届2011年题目 A题基于光的波粒二象性一种猜想的数学仿真 B题吸波材料与微波暗室问题的数学建模 C题小麦发育后期茎轩抗倒性的数学模型 D题房地产行业的数学建模

第九届2012年题目 A题基因识别问题及其算法实现 B题基于卫星无源探测的空间飞行器主动段轨道估计与误差分析C题有杆抽油系统的数学建模及诊断 D题基于卫星云图的风矢场(云导风)度量模型与算法探讨 第十届2013年题目 A题变循环发动机部件法建模及优化 B题功率放大器非线性特性及预失真建模 C题微蜂窝环境中无线接收信号的特性分析 D题空气中PM2.5问题的研究attachment E题中等收入定位与人口度量模型研究 F题可持续的中国城乡居民养老保险体系的数学模型研究 第十一届2014年题目 A题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题机动目标的跟踪与反跟踪 C题无线通信中的快时变信道建模 D题人体营养健康角度的中国果蔬发展战略研究 E题乘用车物流运输计划问题 第十二届2015年题目 A题水面舰艇编队防空和信息化战争评估模型 B题数据的多流形结构分析 C题移动通信中的无线信道“指纹”特征建模 D题面向节能的单/多列车优化决策问题 E题数控加工刀具运动的优化控制 F题旅游路线规划问题 第十三届2016年题目 A题多无人机协同任务规划 B题具有遗传性疾病和性状的遗传位点分析 C题基于无线通信基站的室内三维定位问题 D题军事行动避空侦察的时机和路线选择 E题粮食最低收购价政策问题研究 数据来源:

数学建模题目及答案

09级数模试题 1. 把四只脚的连线呈长方形的椅子往不平的地面上一放,通常只有三只脚着地,放不稳,然后稍微挪动几次,就可以使四只脚同时着地,放稳了。试作合理的假设并建立数学模型说明这个现象。 (15分) 解:对于此题,如果不用任何假设很难证明,结果很可能是否定的。 因此对这个问题我们假设 : (1)地面为连续曲面 (2)长方形桌的四条腿长度相同 (3)相对于地面的弯曲程度而言,方桌的腿是足够长的 (4)方桌的腿只要有一点接触地面就算着地。 那么,总可以让桌子的三条腿是同时接触到地面。 现在,我们来证明:如果上述假设条件成立,那么答案是肯定的。以长方桌的中心为坐标原点作直角 坐标系如图所示,方桌的四条腿分别在A 、B 、C 、D 处,A 、B,C 、D 的初始位置在与x 轴平行,再假设有一条在x 轴上的线ab,则ab 也与A 、B ,C 、D 平行。当方桌绕中心0旋转时,对角线 ab 与x 轴的夹角记为θ。 容易看出,当四条腿尚未全部着地时,腿到地面的距离是不确定的。为消除这一不确定性,令 ()f θ为A 、B 离地距离之和, ()g θ为C 、D 离地距离之和,它们的值由θ唯一确定。由假设(1), ()f θ,()g θ均为θ 的连续函数。又由假设(3),三条腿总能同时着地, 故 ()f θ()g θ=0必成立(?θ )。 不妨设 (0)0f =,(0)0g >g (若(0)g 也为 0,则初始时刻已四条腿着地,不必再旋转),于是问题归 结为: 已知 ()f θ,()g θ均为θ 的连续函数, (0)0f =,(0)0g >且对任意θ 有 00()()0f g θθ=,求证存 在某一0θ,使00()()0f g θθ=。 证明:当θ=π时,AB 与CD 互换位置,故()0f π>,()0g π=。作()()()h f g θθ θ=-,显然,() h θ也是θ的连续函数,(0)(0)(0)0h f g =-<而()()()0h f g πππ=->,由连续函数的取零值定 理,存在0θ,0 0θπ<<,使得0()0h θ=,即00()()f g θθ=。又由于00()()0f g θθ=,故必有 00()()0f g θθ==,证毕。 2.学校共1000名学生,235人住在A 宿舍,333人住在B 宿舍,432人住在C 宿舍。学生 们要组织一个10人的委员会,试用合理的方法分配各宿舍的委员数。(15分) 解:按各宿舍人数占总人数的比列分配各宿舍的委员数。设:A 宿舍的委员数为x 人,B 宿舍的委员数为y 人,C 宿舍的委员数为z 人。计算出人数小数点后面的小数部分最大的整数进1,其余取整数部分。 则

2011数学建模竞赛题目

A: 网络舆论的形成、发展与控制 持有、接受、表达某种相同、相似的观点的人在社会人群中所占的比例超过一定的阀值,这时候这种观点就上升为舆论(opinions)。舆论在特定的条件下,产生巨大的社会力量,能够左右社会大众和政府的行为。 如今,互联网作为一个开放自由的平台,已经成为了世界的“第四媒体”。显然,网络舆论与传统舆论在形成、发展等方面有着诸多不同的特点,如何控制和引导网络舆论的形成与发展是当今社会的一个重要课题。作为开放的网络平台,加上其虚拟性、隐蔽性、发散性、渗透性和随意性等特点,越来越多的人们愿意通过互联网来表达自己的个人想法。现今,互联网已成为新闻集散地、观点集散地和民声集散地。 互联网上的信息内容庞杂多样,容纳了各种人群、各类思潮,对于社会上的一些敏感问题出现在网上而引起一些人的共鸣应是一种正常现象,但是由于各种复杂因素使这些敏感问题向热点演变,最后形成网络舆论并引起社会群众的违规和过激行动时,将影响到社会安定和其他政治问题,因此网络舆论的爆发将以“内容威胁”的形式对社会公共安全形成威胁,对网上的信息内容进行管理和控制将成为互联网进一步发展的必然趋势。 请在上述背景基础上,解决如下问题: (1)请在查找资料的基础上,给出网络舆论的基本概念和特性,分析影响网络舆论的各种因素; (2)运用你们所掌握数学知识,建立网络舆论形成的数学模型,使其能够对网络舆论的发展、变化趋势做出有效的判断,并能对网络舆论的态势做出客观的表述; (3)基于上述模型的基础上,请描述在网络舆论形成后,如何利用你们的模型来控制和引导网络舆论的发展趋势。

B题:水资源短缺风险综合评价 水资源,是指可供人类直接利用,能够不断更新的天然水体。主要包括陆地上的地表水和地下水。 风险,是指某一特定危险情况发生的可能性和后果的组合。 水资源短缺风险,泛指在特定的时空环境条件下,由于来水和用水两方面存在不确定性,使区域水资源系统发生供水短缺的可能性以及由此产生的损失。 近年来,我国、特别是北方地区水资源短缺问题日趋严重,水资源成为焦点话题。 以北京市为例,北京是世界上水资源严重缺乏的大都市之一,其人均水资源占有量不足300m3,为全国人均的1/8,世界人均的1/30,属重度缺水地区,附表中所列的数据给出了1979年至2000年北京市水资源短缺的状况。北京市水资源短缺已经成为影响和制约首都社会和经济发展的主要因素。政府采取了一系列措施, 如南水北调工程建设, 建立污水处理厂,产业结构调整等。但是,气候变化和经济社会不断发展,水资源短缺风险始终存在。如何对水资源风险的主要因子进行识别,对风险造成的危害等级进行划分,对不同风险因子采取相应的有效措施规避风险或减少其造成的危害,这对社会经济的稳定、可持续发展战略的实施具有重要的意义。 《北京2009统计年鉴》及市政统计资料提供了北京市水资源的有关信息。利用这些资料和你自己可获得的其他资料,讨论以下问题: 1评价判定北京市水资源短缺风险的主要风险因子是什么? 影响水资源的因素很多,例如:气候条件、水利工程设施、工业污染、农业用水、管理制度,人口规模等。 2建立一个数学模型对北京市水资源短缺风险进行综合评价,作出风险等级划分并陈述理由。对主要风险因子,如何进行调控,使得风险降低? 3 以北京市水行政主管部门为报告对象,写一份建议报告。

2006全国大学生数学建模竞赛A题论文

出版社的资源配置模型 摘要 本文讨论出版社的资源优化问题。根据出版社的工作流程,我们将问题分为两个阶段。第一阶段是总出版社如何将总数一定的书号分配给各分出版社;第二阶段是分出版社如何将分得的书号数分配到具体的课程上,以实现利润的最大化。 在建立模型确定第一阶段的书号分配方案时,本文侧重于体现长远发展战略和增加强势出版社支持力度的原则,为此我们引入强势的概念,并以此作为目标函数。强势是反映各分出版社的市场占有率、满意度、市场排位等的一个综合指标。我们首先对附件2所给数据提取市场占有率、满意度、市场排位等影响书号数分配的因素,统计出各因素历年的数据,并采用熵权法得到相应的指标权重,然后通过TOPSIS方法得到各分社在总社中的排名强势系数。最后我们将所得到的强势系数带入目标函数,利用Lingo软件计算出各分社应分配的书号数。为了取得更好更贴近实际的结果,我们对模型进行优化,通过引入稳定性的概念来约束分配方案中的奇异现象,最后得到更好的分配方案(表4.6)。 在第二阶段的书号分配过程中,我们以各分社利润最大化为目标又建立了一个优化模型。这里需要解决的难点是预测当年各课程的单位书号的销售量。通过对附件3,4的分析处理,得到各课程往年的单位书号的销售量,并以此为基础运用灰色预测的方法预测出2006年单位书号的销售量。最后用Lingo软件包求解得到结果(表4.8与附录3)。 最后我们根据得出的结果,对出版社提出了相应的建议,给出了出版社在分配书号的过程中兼顾短期效益和长远利益时应该考虑的影响因素。 关键词:资源优化,熵权法,TOPSIS方法,灰色预测,强势值。

1 问题的重述 出版社资源配置的好坏直接决定着出版社的经济效益和长远的发展战略,所以如何合理的分配出版社的资源,以达到出版社每年获得的利润最大,而且有利于出版社的长远发展,这就是本题所要解决的问题。 出版社最重要的资源就是书号,书号就包括了一个出版社的人力资源、生产资源、资金和管理资源等信息,所以对出版社资源的合理分配就是对出版社的书号进行合理的分配。 书号的分配在每个出版社都有一定的程序,以A 出版社为例,假设A出版社主要出版教材类书本,出版社在机构上分为总出版社和分出版社,其中分出版社的划分是根据学科来划分,例如出版计算机类的书为一个分社,出版英语类书本的为另外一个分社,依此类推将A出版社分为9个分社,其关系如图1.1,分社又按课程的不同进行了细分,总社在整个的过程当中只起一个领导规划的作用,对分社的具体资源分配不参与策划。书号的具体分配分为两个步骤,首先就是总社根据各分社提出的书号数申请、人力资源状况和历年的市场信息,在综合考虑当年效益和长远规划的前提下将定量的书号数分给其隶属的9个分社,其中的分配还要遵循以下原则,就是总社要加强对9个分社当中的强势产品的支持力度,优化书号的配置。总社的书号分配完毕之后,各分社再根据各自所分得的书号数按课程进行具体的定量分配,也就是将书号分给每一个课程,其中分配的原则就是要使自身分社在当年获得的利润要最大,分配好之后再安排具体的出版计划进行书本的出版,在分社的具体分配书号的过程当中,总社不参与策划,而且各分社之间的书号分配也是独立的,相互书号的分配没有影响。 从出版行业的实际情况出发,通常市场的信息是不完整的,而且各出版社对资料信息的积累和集也是不完善的,也就是说不管从市场角度来看,还是从出版社自身的角度来考虑,信息量都是不全面的,所以这对书号的分配带来了问题,这在实际当中也是一个比较普遍的问题。 现在要解决的问题就是在给定一定的市场信息和出版社自身的信息,了解出版社的运做情况下,建立数学模型,将书号进行合理的分配,制定出一个明确的分配方案,使出版社的当年利润最大,对长远的发展有利。

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