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离散模型毕业论文

发布时间:2024-07-05 21:43:42

离散模型毕业论文

先说一个熟悉的内容,数列与函数。 当然数列也是函数,但它的取值是自然数,取值是离散的, 而一般的函数取值是某一个区间,在这区间内取值往往是可以连续的。 离散型随机变量与连续型随机变量也是由随机变量取值范围(或说成取值的形式)确定, 变量取值只能取离散型的自然数,就是离散型随机变量, 比如,一次掷20个硬币,k个硬币正面朝上, k是随机变量, k的取值只能是自然数0,1,2,…,20,而不能取小数、无理数√20, 因而k是离散型随机变量。 如果变量可以在某个区间内取任一实数,即变量的取值可以是连续的,这随机变量就称为连续型随机变量, 比如,公共汽车每15分钟一班,某人在站台等车时间x是个随机变量, x的取值范围是[0,15),它是一个区间,从理论上说在这个区间内可取任一实数、√20等,因而称这随机变量是连续型随机变量。

数学与应用数学毕业论文篇3 浅谈离散数学的应用及教学 我国传统数学教育模式内容相对陈旧、体系单一、知识面窄、偏重符号演算和解题技巧,脱离实际应用,缺乏应用数学知识解决实际问题的实践意识和能力,创新精神和创新能力不足。然而,高科技信息时代的迅速发展对学生的数学素质又提出了新的要求,现有教育模式所培养的学生在某种程度上已经不能适应社会的需要。实践表明,数学研究化图论能激发学生学习欲望,是培养学生主动探索、努力进取的学风和团结协作精神的有力 措施 ;是数学知识和应用能力共同提高的最佳结合点;是启迪创新意识和 创新思维 、锻炼创新能力、培养高层次人才的一条重要途径。因此高校教师在实际的教学过程中要把数学研究化图论的思想、方法及内容融入到当今的大学数学教学中去,是一种行之有效的素质教育方法。本文主要从以下几个方面对图论部分的教学进行了讨论: 一、整合教学资源,重视双基学习,激发学生兴趣 图是一类相当广泛的实际问题的数学模型,有着极其丰富的内容,是数据结构等课程的先修内容。学习时应掌握好图论的基本概念、基本方法、基本算法,善于把实际问题抽象为图论的问题,然后用图论的方法解决问题。那在实际的教学过程中,要充分利用课堂上的时间让学生掌握好这些基本概念、基本方法、基本算法则是显示一名大学教师基本功的时候。因此,教师在讲解最常用的概念如:无向图,有向图,顶点集,边集,n阶图,多重图,简单图,完全图,图的同构,入度,出度,度,孤立点等时,要细讲而精讲,要讲到根上,不仅要帮助学生理解每个概念的具体含义,更重要的是要引导学生总结规律,探索方法,培养能力。教师要充分相信学生,注意从学生的思维角度去剖析问题,运用设疑、讨论、启发、诱导等方式,给他们充分的时间去思考、体会和消化。 图与网络有个自然的对应关系,网络设计和分析中的许多问题可以归结图论问题。因此,图论是网络设计和软件分析的最有力的数学工具。图论数学是应用最广的数学分支之一,不仅在网络设计和软件分析中有着重要的应用价值,在 企业管理 ,交通规划,战争指挥,金融分析等领域都有重要的应用。因此在图论数学的教学中不能仅仅注重讲授概念、定理,还要用实例使学生对图论数学产生兴趣,进而解决生活中出现的一些简单的图论数学问题,以达到培养能力为主的教育目标。例如,我在讲解通路、回路、图的连通性时,为了更好的让学生理解这些概念,我提出一个问题:人、狼、羊、菜用一条只能同时载两位的小船渡河,“狼羊”、“羊菜”不能在无人在场时共处,当然只有人能架船。这种情况下怎样安排才能达到最优的状态呢?这个问题的提出,极大的激发了同学们的兴趣,他们努力思索问题的解决之道。在此基础上,我进一步引导他们建立图模型:顶点表示“原岸的状态”,两点之间有边当且仅当一次合理的渡河“操作”能够实现该状态的转变。起始状态是“人狼羊菜”,结束状态是“空”。问题的解决:找到一条从起始状态到结束状态的尽可能短的通路。最后得出这样的结论:在“人狼羊菜”的16种组合中允许出现的只有10种。即下图所示: 这样我就完成把单纯的图论概念和实际生活相结合的转变。同学们在这个过程中通过自己动手具体分析、积极思索,提高了分析问题、解决问题和运用数学的能力。 二、积极采用多媒体教学,使抽象复杂的内容变得具体形象 大学教材中关于图论部分的定义、定理很多,而且内容比较抽象。在教学中,如果教师沿用传统的教学方法,即:介绍定义——引入定理——证明定理,这种讲课方法不仅时间长,而且也不能吸引学生的兴趣。再加上该课程具有较强的抽象性与推理性,一些问题无法在黑板上讲清楚。因此,在数学化研究图论教学中,在继承传统教学的基础上适当使用现代教育技术进行辅助教学,可以把语言、文字、声音、图形、动画、视频图象等多种媒体有机地集成一体,制作和应用多媒体课件。使学生通过多个感觉器官来获取相关信息,提高教学信息传播效率,把抽象问题具体化和形象化,有效地激发学生的学习兴趣,使得教学效果更加形象、生动、具体、准确。 例如,教师在讲授关于“中国邮递员问题”的知识时,可以先用PPT 展示一个实心的正十二面体,20个顶点标上邮递员途经街道的名称,要求邮递员从邮局出发,遍历各街道一次,最后回到邮局。给学生一段时间寻找路径后,用动画显示出寻找路径的过程。然后教师引导学生将上述的中国邮递员问题建立成一个数学模型即:在一个赋权连通图上求一个含所有边的回路,且使此回路的权最小。显然,若此连通赋权图是 Euler 图,则可用 Fleury 算法求 Euler 回路,此回路即为所求。给出Euler 图的定义以及Fleury 算法,从中让学生归纳演示Fleury 算法。这些知识都掌握以后,可以向学生介绍一下赋权连通图在计算机网络布局中的应用,学生在对赋权连通图的认识从具体—抽象—具体的过程中达到了对赋权连通图的深刻理解。 当然制作一个多媒体课件并不是简单的把书本上的概念和定理照搬到PPT 上,而是用具体形象的媒体冲击同学的感官视觉效果,使其能从中更加深刻体会抽象的概念和定义。例如,在讲解图的相关概念时,对于每一种图可以用具体的图形来演示说明,这样学生可以通过形象的图形对抽象的文字有更加深刻的理解。除了教学课堂上使用多媒体之外,教师还可以通过网络辅导学生课后的学习以及布置与指导,通过电子信箱、BBS讨论等多种形式和手段提供学习支持服务。 三、加强师生课堂互动,调动学生学习的主动性图论中的图是由若干给定的点及连接两点的线所构成的图形,这种图形通常用来描述某些事物之间的某种特定关系,用点代表事物,用连接两点的线表示相应两个事物间具有这种关系。图论数学知识的 应用无所不在,在教学过程中, 我们可根据教学内容结合学生熟悉的生活、生产、科技和当前商品 经济中的一些实际问题如利息、股票、利润、人口等,引导学生从生活中熟悉的方面入手开始学习数学。 图论的教学决不能只是告诉学生现有的结论,然后让他们死记硬背一些公理算法之后,就希望他们立马可以解答出理论很深奥、算法很复杂的数学问题。为了调动学生主动学习的积极性,我在实际的教学过程中会利用好课堂提问这个环节。上课前几分钟的提问,可以通过学生的回答来了解他们对上节课程的掌握程度。而课堂上的提问,可以让学生不宜走神、时刻保持警惕、仔细认真听讲老师讲课的每一个环节,可以积极促使学生在课堂上通过回答教师的提问而解读信息,实施对信息的加工,进而加深对信息的理解。当然教师的提问不应该是随意的、盲目的,而应该是精心准备的,紧扣课堂上所讲授内容的重点及学生最容易混淆、模糊的环节。对于当代大学生而言,老师提问的问题应当有一定的深度和广度,能引导学生深入思考, 把课堂上被动的吸收知识、填鸭式的教学模式变成主动的思考问题、积极回答问题的过程。学生主体参与是数学图论教学的核心,教师主导作用是数学图论教学的保障。在数学图论教学中,通过提问可以引发学生进行深入思考,充分调动他们的积极性,发挥他们的潜能,这样就可以使学生的能动性、自主性、创造性得到长足的进步。 四、加强学生的图论数学思想及运用 网络工具 图论的数学教学实际上就是帮助同学们形成把现实问题转化成点和线的数学思维过程。而教师在具体的教学过程中,就要有目的的引导学生运用数学思想来认识世界。通过这样的教学过程,可以增加学生对图论知识的了解,培养他们提高运用数学图论思维的能力。比如,我在讲解图论之前会给同学们介绍图论问题的由来,即追溯到1736年哥尼斯堡七桥问题,或给学生介绍中外数学名家的光辉 事迹 与献身精神。让他们在加强数学思想的同时,不忘加强自身思想品德的 教育。 图论即形象地运用一些点以及点与点之间的连线构成的图或网络来表示具体问题。利用图与网络的特点来解决系统中的问题,比用线性规划等其他模型来求解往往要简单、有效得多。图论就是研究图和网络模型特点、性质和方法的理论。图和网络之间存在密切的 联系,因此,教师要创设条件, 因材施教,例如运用一些优秀的数学软件如Matlab,MathCAD, 几何画板等,充分利用网络画图的能力来培养学生的数学思维逻辑能力,使每个学生都得到不同程度的 发展和提高,同时培养学生的思想品德和世界观, 让学生的综合素质得到提高。 总之,若教师通过知识的载体,对学生实施能动的 心理和智能的引导教学,提高了学生的数学素质,培养了他们创造性应用的能力,这就算是一种成功的教学。当然教师的职责是通过教学培养学生数学思想,并把这种思想应用到实际的生活中。但传统的教育模式已经根深蒂固的深入到我们的思想当中,尤其是教师也是传统教育模式培养出来的,所以,要想跳出这个怪圈,教师和学校都需要努力去思索和探讨。根据新时代的需求,培养出适应新时代发展的具有自学能力乃至科研能力的更高的人才,这需要我们共同的努力。 猜你喜欢: 1. 应用数学专业论文 2. 数学与应用数学毕业论文 3. 应用数学毕业论文题目 4. 应用数学系毕业论文 5. 数学应用数学本科毕业论文

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本科数学毕业论文范文:高等数学教学中体现数学建模思想的方法

生产计划是对生产全过程进行合理规划的有效手段,是一个十分繁复的过程,以下是我搜集整理的一篇探究高等数学教学中体现数学建模思想的方法的范文,欢迎阅读参考。

1数学建模在煤矿安全生产中的意义

在瓦斯系统的研究过程中,应用数学建模的手段为矿井瓦斯构建数学模型,可以为采煤方案的设计和通风系统的建设提供很大的帮助;尤其是对于我国众多的中小型煤矿而言,因为资金有限而导致安全设施不完善,有的更是没有安全项目的投入,仅仅建设了极为少量的给风设备,通风系统并不完善。这些煤矿试图依靠通风量来对瓦斯体积分数进行调控,这是十分困难的,对瓦斯体积分数进行预测更是不可能的。很多小煤矿使用的仍旧是十分原始的采煤方法,没有相关的规划;当瓦斯等有害气体体积分数升高之后就停止挖掘,体积分数下降之后又继续进行开采。这种开采方式的工作效率十分低下。

只要设计一个充分合理的通风系统的通风量,与采煤速度处于一个动态的平衡状态,就可以在不延误煤炭开采的同时将矿井内的瓦斯气体体积分数控制在一个安全的范围之内。这样不仅可以保障工人的安全,还可以保证煤炭的开采效率,每个矿井都会存在着这样的一个平衡点,这就对矿井瓦斯涌出量判断的准确性提出更高的要求。

2煤矿生产计划的优化方法

生产计划是对生产全过程进行合理规划的有效手段,是一个十分繁复的过程,涉及到的约束因素很多,条理性很差。为了成功解决这个复杂的问题,现将常用的生产计划分为两个大类。

基于数学模型的方法

(1)数学规划方法这个规划方法设计了很多种各具特点的手段,根据生产计划做出一个虚拟的模型,在这里主要讨论的是处于静止状态下所产生的问题。从目前取得的效果来看,研究的方向正在逐渐从小系统向大系统推进,从过去的单个层次转换到多个层次。

(2)最优控制方法这种方式应用理论上的控制方法对生产计划进行了研究,而在这里主要是针对其在动态情况下的问题进行探讨。

基于人工智能方法

(1)专家系统方法专家系统是一种将知识作为基础的为计算机编程的系统,对于某个领域的繁复问题给出一个专家级别的解决方案。而建立一个专家系统的关键之处在于,要预先将相关专家的知识等组成一个资料库。其由专家系统知识库、数据库和推理机制构成。

(2)专家系统与数学模型相结合的方法常见的有以下几种类型:①根据不同情况建立不同的数学模型,而后由专家系统来进行求解;②将复杂的问题拆分为多个简单的子问题,而后针对建模的子问题进行建模,对于难以进行建模的问题则使用专家系统来进行处理。在整体系统中两者可以进行串行工作。

3煤矿安全生产中数学模型的优化建立

根据相关数据资料来进行模拟,而后再使用系统分析来得出适合建立哪种数学模型。取几个具有明显特征的采矿点进行研究。在煤矿挖掘的过程中瓦斯体积分数每时每刻都在变化,可以通过通风量以及煤炭采集速度来保证矿中瓦斯体积分数处在一个安全的范围之内。假设矿井分为地面、地下一层与地下二层工作面,取地下一层两个矿井分别为矿井A、矿井B,地下二层分别为矿井C、矿井D.然后对其进行分析。

建立简化模型

模型构建表达工作面A瓦斯体积分数x·1=a1x1+b1u1-c1w1-d1w2(1)式中x1---A工作面瓦斯体积分数;u1---A工作面采煤进度;w1---A矿井所对应的空气流速;w2---相邻B工作面的空气流速;a1、b1、c1、d1---未知量系数。

很明显A工作面的通风量对自身瓦斯体积分数所产生的影响要显着大于B工作面的风量,从数学模型上反映出来就是要求c1>d1.同样的B工作面(x·2)和工作面A所在的位置很相似,也就应该具有与之接近的数学关系式

式中x2---B工作面瓦斯体积分数;

u2---B工作面采煤进度;

w1---B矿井所对应的空气流速;

w2---相邻A工作面的空气流速;

a2、b2、c2、d2---未知量系数。

CD工作面(x·3、x·4)都位于B2层的位置,其工作面瓦斯体积分数不只受到自身开采进度情况的影响,还受到上层AB通风口开阔度的影响。在这里,C、D工作面瓦斯体积分数就应该和各个通风口的通风量有着密不可分的联系;于是C、D工作面瓦斯体积分数可以表示为【3】

式中x3、x4---C、D工作面的瓦斯体积分数;

e1、e2---A、B工作面的瓦斯体积分数;

a3、b3、c3、d3---未知量系数:

f1、f2---A、B工作面的瓦斯绝对涌出量。

系统简化模型的辨识这个简化模型其实就是对于参数的最为初步的求解,也就是在一段时间内的实际测量所得数据作为流通量,对上面方程组进行求解操作。而后得到数学模型,将实际数据和预测数据进行多次较量,再加入相关人员的长期经验(经验公式)。修正之后的模型依旧使用上述的方法来进行求解,因为A、B工作面基本不会受C、D工作面的影响。

模型的转型及其离散化

因为这个项目是一个矿井安全模拟系统,要对数学模型进行离散型研究,这是使用随机数字进行试数求解的关键步骤。离散化之后的模型为【1】

在使用原始数据来对数学模型进行辨识的过程中,ui表示开采进度,以t/d为单位,相关风速单位是m/s,k为工作面固定系数,h为4个工作面平均深度。为了便于将该系统转化为计算机语言,把开采进度ui从初始的0~1000t/d范围,转变为0~1,那么在数字化采煤中进度单位1即表示1000t/d,如果ui=就表示每日产煤量500t.诸如此类,工作面空气流通速度wi的原始取值范围是0~4m/s,对其进行数字化,其新数值依旧是0~1,也就表示这wi取1时表示风速为4m/s,若表示通风口的开通程度是,也就是通风口打开一半(2m/s),wi如果取1则表示通风口开到最大。

依照上述分析来进行数字化转换,数据都会产生变化,经过计算之后可以得到新的参数数据,在计算的过程之中使用0~1的数据是为了方便和计算机语言的转换,在进行仿真录入时在0~1之间的一个有效数字就会方便很多。开采进度ui的取值范围0~1表示的是每日产煤数量区间是0~1000t,而风速wi取值0~1所表示的是风速取值在0~4m/s这个区间之内。

模型的应用效果及降低瓦斯体积分数的措施

以上对煤矿生产中的常见问题进行了相关分析,发现伴随着时间的不断增长瓦斯涌体积分数等都会逐渐衰减,一段时间后就会变得微乎其微,这就表明这类资料存在着一个衰减周期,经过长期观测发现衰减周期T≈18h.而后,又研究了会对瓦斯涌出量产生影响的其他因素,发现在使用炮采这种方式时瓦斯体积分数会以几何数字的速度衰减,使用割煤手段进行采矿时瓦斯会大量涌出,其余工艺在采煤时并不会导致瓦斯体积分数产生剧烈波动。瓦斯的涌出量伴随着挖掘进度而提升,近乎于成正比,而又和通风量成反比关系。因为新矿的瓦斯体积分数比较大,所以要及时将煤运出,尽量缩短在煤矿中滞留的时间,从而减小瓦斯涌出总量。

综上所述,降低工作面瓦斯体积分数常用手段有以下几种:①将采得的煤快速运出,使其在井中停留的时间最短;②增大工作面的通风量;③控制采煤进度,同时也可以控制瓦斯的涌出量。

4结语

应用数学建模的手段对矿井在采矿过程中涌出的瓦斯体积分数进行了模拟及预测,为精确预测矿井瓦斯体积分数提供了一个新的思路,对煤矿安全高效生产提供了帮助,有着重要的现实意义。

参考文献:

[1]陈荣强,姚建辉,孟祥龙.基于芯片控制的煤矿数控液压站的设计与仿真[J].科技通报,2012,28(8):103-106.

[2]陈红,刘静,龙如银.基于行为安全的煤矿安全管理制度有效性分析[J].辽宁工程技术大学学报:自然科学版,2009,28(5):813-816.

[3]李莉娜,胡新颜,刘春峰.煤矿电网谐波分析与治理研究[J].煤矿机械,2011,32(6):235-237.

离散系数论文

组合数学概述 组合数学,又称为离散数学,但有时人们也把组合数学和图论加在一起算成是离散数学。组合数学是计算机出现以后迅速发展起来的一门数学分支。计算机科学就是算法的科学,而计算机所处理的对象是离散的数据,所以离散对象的处理就成了计算机科学的核心,而研究离散对象的科学恰恰就是组合数学。组合数学的发展改变了传统数学中分析和代数占统治地位的局面。现代数学可以分为两大类:一类是研究连续对象的,如分析、方程等,另一类就是研究离散对象的组合数学。组合数学不仅在基础数学研究中具有极其重要的地位,在其它的学科中也有重要的应用,如计算机科学、编码和密码学、物理、化学、生物等学科中均有重要应用。微积分和近代数学的发展为近代的工业革命奠定了基础。而组合数学的发展则是奠定了本世纪的计算机革命的基础。计算机之所以可以被称为电脑,就是因为计算机被人编写了程序,而程序就是算法,在绝大多数情况下,计算机的算法是针对离散的对象,而不是在作数值计算。正是因为有了组合算法才使人感到,计算机好象是有思维的。 组合数学不仅在软件技术中有重要的应用价值,在企业管理,交通规划,战争指挥,金融分析等领域都有重要的应用。在美国有一家用组合数学命名的公司,他们用组合数学的方法来提高企业管理的效益,这家公司办得非常成功。此外,试验设计也是具有很大应用价值的学科,它的数学原理就是组合设计。用组合设计的方法解决工业界中的试验设计问题,在美国已有专门的公司开发这方面的软件。最近,德国一位著名组合数学家利用组合数学方法研究药物结构,为制药公司节省了大量的费用,引起了制药业的关注。 在1997年11月的南开大学组合数学研究中心成立大会上,吴文俊院士指出,每个时代都有它特殊的要求,使得数学出现一个新的面貌,产生一些新的数学分支,组合数学这个新的分支也是在时代的要求下产生的。最近,吴文俊院士又指出,信息技术很可能会给数学本身带来一场根本性的变革,而组合数学则将显示出它的重要作用。杨乐院士也指出组合数学无论在应用上和理论上都具有越来越重要的位置,它今后的发展是很有生命力,很有前途的,中国应该倡导这个方面的研究工作。万哲先院士甚至举例说明了华罗庚,许宝禄,吴文俊等中国老一辈的数学家不仅重视组合数学,同时还对组合数学中的一些基本问题作了重大贡献。迫于中国组合数学发展自身的需要,以及中国信息产业发展的需要,在中国发展组合数学已经迫在眉睫,刻不容缓。 2. 组合数学与计算机软件 随着计算机网络的发展,计算机的使用已经影响到了人们的工作,生活,学习,社会活动以及商业活动,而计算机的应用根本上是通过软件来实现的。我在美国听到过一种说法,将来一个国家的经济实力可以直接从软件产业反映出来。我国在软件上的落后,要说出根本的原因可能并不是很简单的事,除了技术和科学上的原因外,可能还跟我们的文化,管理水平,教育水平,思想素质等诸多因素有关。除去这些人文因素以外,一个最根本的原因就是我国的信息技术的数学基础十分薄弱,这个问题不解决,我们就难成为软件强国。然而问题决不是这么简单,信息技术的发展已经涉及到了很深的数学知识,而数学本身也已经发展到了很深、很广的程度并不是单凭几个聪明的头脑去想想就行了,而更重要的是需要集体的合作和力量,就象软件的开发需要多方面的人员的合作。美国的软件之所以能领先,其关键就在于在数学基础上他们有很强的实力,有很多杰出的人才。一般人可能会认为数学是一门纯粹的基础科学,1+1的解决可能不会有任何实际的意义。如果真是这样,一门纯粹学科的发展落后几年,甚至十年,关系也不大。然而中国的软件产业的发展已向数学基础提出了急切的需求:网络算法和分析,信息压缩,网络安全,编码技术,系统软件,并行算法,数学机械化和计算机推理,等等。此外,与实际应用有关的还有许多许多需要数学基础的算法,如运筹规划,金融工程,计算机辅助设计等。如果我们的软件产业还是把眼光一直盯在应用软件和第二次开发,那么我们在应用软件这个领域也会让国外的企业抢去很大的市场。如果我们现在在信息技术的数学基础上,大力支持和投入,那将是亡羊补牢,犹未为晚;只要我们能抢回信息技术的数学基地,那么我们还有可能在软件产业的竞争中,扭转局面,甚至反败为胜。吴文俊院士开创和领导的数学机械化研究,为中国在信息技术领域占领了一个重要的阵地,有了雄厚的数学基础,自然就有了软件开发的竞争力。这样的阵地多几个,我们的软件产业就会产生新的局面。值得注意的是,印度有很好的统计和组合数学基础,这可能也是印度的软件产业近几年有很大发展的原因。 3. 组合数学在国外的状况 纵观全世界软件产业的情况,易见一个奇特的现象:美国处于绝对的垄断地位。造成这种现象的一个根本的原因就是计算机科学在美国的飞速发展。当今计算机科学界的最权威人士很多都是研究组合数学出身的。美国最重要的计算机科学系(MIT,Princeton,Stanford,Harvard,Yale,….)都有第一流的组合数学家。计算机科学通过对软件产业的促进,带来了巨大的效益,这已是不争之事实。组合数学在国外早已成为十分重要的学科,甚至可以说是计算机科学的基础。一些大公司,如IBM,AT&T都有全世界最强的组合研究中心。Microsoft 的Bill Gates近来也在提倡和支持计算机科学的基础研究。例如,Bell实验室的有关线性规划算法的实现,以及有关计算机网络的算法,由于有明显的商业价值,显然是没有对外公开的。美国已经有一种趋势,就是与新的算法有关的软件是可以申请专利的。如果照这种趋势发展,世界各国对组合数学和计算机算法的投入和竞争必然日趋激烈。美国政府也成立了离散数学及理论计算机科学中心DIMACS(与Princeton大学,Rutgers大学,AT&T 联合创办的,设在Rutgers大学),该中心已是组合数学理论计算机科学的重要研究阵地。美国国家数学科学研究所(Mathematical Sciences Research Institute,由陈省身先生创立)在1997年选择了组合数学作为研究专题,组织了为期一年的研究活动。日本的NEC公司还在美国的设立了研究中心,理论计算机科学和组合数学已是他们重要的研究课题,该中心主任R. Tarjan即是组合数学的权威。我所熟悉的美国重要的国家实际室(Los Alamos国家实验室,以造出第一颗原子弹著称于世),从曼哈顿计划以来一直重视应用数学的研究,包括组合数学的研究。我所接触到的有关组合数学的计算机模拟项目经费达三千万美元。不仅如此,该实验室最近还在积极充实组合数学方面的研究实力。美国另外一个重要的国家实验室Sandia国家实验室有一个专门研究组合数学和计算机科学的机构,主要从事组合编码理论和密码学的研究,在美国政府以及国际学术界都具有很高的地位。由于生物学中的DNA的结构和生物现象与组合数学有密切的联系,各国对生物信息学的研究都很重视,这也是组合数学可以发挥作用的一个重要领域。前不久召开的北京香山会议就体现了国家对生物信息学的高度重视。据说IBM也将成立一个生物信息学研究中心。由于DNA就是组合数学中的一个序列结构,美国科学院院士,近代组合数学的奠基人Rota教授预言,生物学中的组合问题将成为组合数学的一个前沿领域。 美国的大学,国家研究机构,工业界,军方和情报部门都有许多组合数学的研究中心,在研究上投入了大量的经费。但他们得到的收益远远超过了他们的投入,更主要的是他们还聚集了组合数学领域全世界最优秀的人才。高层次的软件产品处处用到组合数学,更确切地说就是组合算法。传统的计算机算法可以分为两大类,一类是组合算法,一类是数值算法(包括计算数学和与处理各种信息数据有关的信息学)。依我个人的浅见,近年来计算机算法又多了一类:那就是符号计算算法。吴文俊院士开创的机器证明方法就属于符号计算,引起了国际上的高度评价,被称为吴方法。而国际上还有专门的符号计算杂志。符号算法和吴方法跟代数组合学也有十分密切的联系。组合数学,数值计算(包括计算数学,科学计算,非线性科学,和与处理各种信息数据有关的信息学)和统计学可能是应用最广的数学分支,而组合数学的价值甚至不亚于统计学和数值计算。由于数学机械化近年来的发展和在计算机科学中的重要性,把数学机械化,科学计算和组合数学组合起来,就可以说是中国信息产业的基础。组合数学家H. Wilf和D. Zeilberger1998因为在组合恒等式的机械化证明方面的成果,获得1998年美国数学会的Steele奖。 Gian-Carlo Rota教授在他去年不幸逝世之前,还专门向我提出,希望我向中国有关部门和领导人呼吁,组合数学是计算机软件产业的基础,中国最终一定能成为一个软件大国,但是要实现这个目标的一个突破点就是发展组合数学。中国在软件技术上远远落后于美国,而在组合数学上则更是落后于美国和欧洲。如果中国只是想在软件技术上跟着西方走,而不在组合数学上下功夫,那么中国的软件将一直处于落后的状态。他特别强调组合数学在计算机科学中的作用,以及在大学计算机系加强组合数学教学和人才培养。 最近Thomson Science公司创刊的一份电子刊物《离散数学和理论计算机科学》即是一个很好的说明。它的内容涉及离散数学和计算机科学的众多方面。由于计算机软件的促进和需求,组合数学已成为一门既广博又深奥的学科,需要很深的数学基础,逐渐成为了数学的主流分支。本世纪公认的伟大数学家盖尔芳德预言组合数学和几何学将是下一世纪数学研究的前沿阵地。这一观点不仅得到国际数学界的赞同,也得到了中国数学界的赞同和响应。 加拿大在Montreal成立了试验数学研究中心,他们的思路可能和吴文俊院士的数学机械化研究中心的发展思路类似,使数学机械化,算法化,不仅使数学为计算机科学服务,同时也使计算机为数学研究服务。吴文俊院士指出,中国传统数学中本身就有浓厚的算法思想。 今后的计算机要向更加智能化的方向发展,其出路仍然是数学的算法,和数学的机械化。另外的一个有说服力的现象是,组合数学家总是可以在大学的计算机系或者在计算机公司找到很好的工作,一个优秀的组合数学家自然就是一个优秀的计算机科学家。相反,美国所有大学计算机系都有组合数学的课程。 除上述以外,欧洲也在积极发展组合数学,英国、法国、德国、荷兰、丹麦、奥地利、瑞典、意大利、西班牙等国家都建立了各种形式的组合数学研究中心。近几年,南美国家也在积极推动组合数学的研究。澳大利亚,新西兰也组建了很强的组合数学研究机构。值得一提的是亚洲的发达国家也十分重视组合数学的研究。日本有组合数学研究中心,并且从美国引进人才,不仅支持日本国内的研究,还出资支持美国的有关课题的研究,这样使日本的组合数学这几年的发展极为迅速。台湾、香港两地也从美国引进人才,大力发展组合数学。新加坡,韩国,马来西亚也在积极推动组合数学的研究和人才培养。台湾的数学研究中心也正在考虑把组合数学作为重点方向来发展。世界各地对组合数学的如此钟爱显然是有原因的,那就是没有组合数学就没有计算机科学,没有计算机软件。 4. 组合数学花絮 ** 在日常生活中我们常常遇到组合数学的问题。如果你仔细留心一张世界地图,你会发现用一种颜色对一个国家着色,那么一共只需要四种颜色就能保证每两个相邻的国家的颜色不同。这样的着色效果能使每一个国家都能清楚地显示出来。但要证明这个结论确是一个著名的世界难题,最终借助计算机才得以解决,最近人们才发现了一个更简单的证明。 ** 我国古代的河洛图上记载了三阶幻方,即把从一到九这九个数按三行三列的队行排列,使得每行,每列,以及两条对角线上的三个数之和都是一十五。组合数学中有许多象幻方这样精巧的结构。1977年美国旅行者1号、2号宇宙飞船就带上了幻方以作为人类智慧的信号。 ** 当你装一个箱子时,你会发现要使箱子尽可能装满不是一件很容易的事,你往往需要做些调整。从理论上讲,装箱问题是一个很难的组合数学问题,即使用计算机也是不容易解决的。 ** 在中小学的数学游戏中,有这样一个问题,一个船夫要把一只狼,一只羊和一棵白菜运过河。问题是当人不在场时,狼要吃羊,羊要吃白菜,而他的船每趟只能运其中的一个。他怎样才能把三者都运过河呢?这就是一个很典型、很简单的组合数学问题。 ** 我们还会遇到更复杂的调度和安排问题。例如,在生产原子弹的曼哈顿计划中,涉及到很多工序,许多人员的安排,很多元件的生产,怎样安排各种人员的工作,以及各种工序间的衔接,从而使整个工期的时间尽可能短?这些都是组合数学典型例子。 ** 航空调度和航班的设定也是组合数学的问题。怎样确定各个航班以满足 不同旅客转机的需要,同时也使得每个机场的航班起落分布合理。此外,在一些航班有延误等特殊情况下,怎样作最合理的调整,这些都是 组合数学的问题。 ** 对于城市的交通管理,交通规划,哪些地方可能是阻塞要地,哪些地方 应该设单行道,立交桥建在哪里最合适,红绿灯怎样设定最合理, 如此等等,全是组合数学的问题。 ** 一个邮递员从邮局出发,要走完他所管辖的街道,他应该怎样选择什么样的路径,这就是著名的"中国邮递员问题",由中国组合数学家管梅谷教授提出,著名组合数学家,J. Edmonds和他的合作者给出了一个解答。 ** 一个通讯网络怎样布局最节省?美国的贝尔实验室和IBM公司都有世界一流的组合数学家在研究这个问题,这个问题直接关系到巨大的经济利益。 ** 据说,假日饭店的管理中,也严格规定了有关的工序,如清洁工的第一步是换什么,清洗什么,第二步又做什么,总之,他进出房间的次数应该最少。既然,这样一个简单的工作都需要讲究工序,那么一个复杂的工程就更不用说了。 ** 库房和运输的管理也是典型的组合数学问题。怎样安排运输使得库房充分发挥作用,进一步来说,货物放在什么地方最便于存取(如存储时间短的应该放在容易存取的地方)。 ** 我们知道,用形状相同的方型砖块可以把一个地面铺满(不考虑边缘的情况),但是如果用不同形状,而又非方型的砖块来铺一个地面,能否铺满呢?这不仅是一个与实际相关的问题,也涉及到很深的组合数学问题。 ** 组合数学中有一个著名问题:是否存在稳定婚姻的问题。假如能找到两对夫妇(如张(男)--李(女)和赵(男)--王(女)),如果张(男)更喜欢王(女),而王(女)也更喜欢张(男),那么这样就可能有潜在的不稳定性。组合数学的方法可以找到一种婚姻的安排方法,使得没有上述的不稳定情况出现(当然这只是理论上的结论)。这种组合数学的方法却有 一个实际的用途:美国的医院在确定录取住院医生时,他们将考虑申请者的志愿的先后次序,同时也给申请排序。按这样的 次序考虑出的总的方案将没有医院和申请者两者同时后悔的情况。 实际上,高考学生的最后录取方案也可以用这种方法。 ** 组合数学还可用于金融分析,投资方案的确定,怎样找出好的投资组合以降低投资风险。南开大学组合数学研究中心开发出了"金沙股市风险分析系统"现已投放市场,为短线投资者提供了有效的风险防范工具。 总之,组合数学无处不在,它的主要应用就是在各种复杂关系中找出最优的方案。所以组合数学完全可以看成是一门量化的关系学,一门量化了的运筹学,一门量化了的管理学。 胡锦涛同志在1998年接见"五四"青年奖章时发表的讲话中指出,组合数学不同于传统的纯数学的一个分支,它还是一门应用学科,一门交叉学科。他希望中国的组合数学研究能够为国家的经济建设服务。 如果21世纪是信息社会的世纪,那么21世纪也必将是组合数学大有可为的世纪。

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关于【组合数学】的论文 生活中矩阵的应用摘要:矩阵作为一种重要的工具,在生活的方方面面都存在应用。比如科学地选彩票号码,图形的变换处理,控制监控系统都存在了矩阵的痕迹。矩阵在各个领域的应用为我们展示了矩阵的广泛实用性。矩阵实现了对组合的优化,对质量的管理优化,会变得越来越重要。关键词:矩阵 应用 优化 一.矩阵的概念在开始讨论矩阵应用前,先了解一下矩阵及相关的一些概念。在数学上,矩阵是指纵横排列的二维数据表格,最早来自于方程组的系数及常数所构成的方阵,这一概念由19世纪英国数学家凯利首先提出。一些矩阵在农业,经济,通信等领域都存在许多特别的应用。二.矩阵的特别的应用 1.矩阵应用在选彩票号码一些彩民由于未了解“旋转矩阵”的作用,都采取旧式的复式投注方式(即完全复式),完完整整地拿去打彩,一些对复式投注进行深入研究的彩民发现进行复式投注浪费了不少成本。据研究者发现约有三分之一号码组合,实际上是不可能中奖或极难中奖的。据说在美国彩票史上,Gail Howard运用一种叫做“旋转矩阵”投注选号法,奇迹般地中出了74个大奖。这种“旋转矩阵”法,是一种基于“旋转矩阵”数学原理构造的选号法,其核心是:以极低的成本实现复式投注的效果。那么如何以极低的成本实现复式投注的最佳效果呢?这是由“旋转矩阵”法优点决定的。实际上,旋转矩阵是教你如何科学地组合号码。与完全复式投注组合号码的方法相比,旋转矩阵有着投入低、中奖保证高的优点。举个例子讲,10个号码的中6保5型的旋转矩阵的含义就是,你选择了10个号码,如果其中包含了6个中奖号码,那么运用该矩阵提供的14注号码,你至少有一注中对5个号码的奖。本矩阵只要投入28元,而相应的复式投注需要投入420元。大家知道,用10个号码,只购买其中的14注,如果你胡乱组合的话,即使这10个号码中包含有6个中奖号码,你也很可能只中得一些小奖。而运用旋转矩阵的话,就可以得到一个对5个号码的奖的最低中奖保证。旋转矩阵是世界上著名的彩票专家、澳大利亚数学家底特罗夫研究的,它可以帮助您锁定喜爱的号码,提高中奖的机会。首先您要先选一些号码,然后,运用某一种旋转矩阵,将你挑选的数字填入相应位置。如果您选择的数字中有一些与开奖号码一样,您将一定会中一定奖级的奖。当然运用这种旋转矩阵,可以最小的成本获得最大的收益,且远远小于复式投注的成本。 (1)旋转矩阵的原理在数学上涉及到的是一种组合设计:覆盖设计。而覆盖设计,填装设计,斯坦纳系,t-设计都是离散数学中的组合优化问题。2.矩阵在透视投影应用三维计算机图形学中另外一种重要的变换是透视投影。与平行投影沿着平行线将物体投影到图像平面上不同,透视投影按照从投影中心这一点发出的直线将物体投影到图像平面。这就意味着距离投影中心越远投影越小,距离越近投影越大。 最简单的透视投影将投影中心作为坐标原点,z = 1 作为图像平面,这样投影变换为 x' = x / z; y' = y / z,用齐次坐标表示为:这个乘法的计算结果是 (xc,yc,zc,wc) = (x,y,z,z)。在进行乘法计算之后,通常齐次元素 wc 并不为 1,所以为了映射回真实平面需要进行齐次除法,即每个元素都除以 wc: 更加复杂的透视投影可以是与旋转、缩放、平移、切变等组合在一起对图像进行变换。比如给定n个点,m个操作,构造O(m+n)的算法输出m个操作后各点的位置。操作有平移、缩放、翻转和旋转 这里的操作是对所有点同时进行的。其中翻转是以坐标轴为对称轴进行翻转(两种情况),旋转则以原点为中心。如果对每个点分别进行模拟,那么m个操作总共耗时O(mn)。利用矩阵乘法可以在O(m)的时间里把所有操作合并为一个矩阵,然后每个点与该矩阵相乘即可直接得出最终该点的位置,总共耗时O(m+n)。假设初始时某个点的坐标为x和y,下面5个矩阵可以分别对其进行平移、旋转、翻转和旋转操作。预先把所有m个操作所对应的矩阵全部乘起来,再乘以(x,y,1),即可一步得出最终点的位置。3.矩阵在质量问题中的运用 矩阵是从多维问题的事件中,找出成对的因素,排列成矩阵图,然后根据矩阵图来分析问题,确定关键点的方法,它是一种通过多因素综合思考,探索问题的好方法。 在复杂的质量问题中,往往存在许多成对的质量因素.将这些成对因素找出来,分别排列成行和列,其交点就是其相互关联的程度,在此基础上再找出存在的问题及问题的形态,从而找到解决问题的思路。 矩阵图的形式:A为某一个因素群,a1、a2、a3、a4、…是属于A这个因素群的具体因素,将它们排列成行;B为另一个因素群,b1、b2、b3、b4、…为属于B这个因素群的具体因素,将它们排列成列;行和列的交点表示A和B各因素之间的关系。按照交点上行和列因素是否相关联及其关联程度的大小,可以从中得到解决问题的启示。 质量管理中所使用的矩阵图,其成对因素往往是要着重分析的质量问题的两个侧面,如生产过程中出现了不合格品时,着重需要分析不合格的现象和不合格的原因之间的关系,为此,需要把所有缺陷形式和造成这些缺陷的原因都罗列出来,逐一分析具体现象与具体原因之间的关系,这些具体现象和具体原因分别构成矩阵图中的行元素和列元素。 矩阵图法的用途十分广泛.在质量管理中,常用矩阵图法解决以下问题: ①把系列产品的硬件功能和软件功能相对应,从中找出研制新产品或改进老产品的切入点,进行多变量分析、研究从何处入手以及以什么方式收集数据 。②明确应保证产品质量特性及与管理机构或保证部门的关系,使质量保证体制更可靠; ③当生产工序中存在多种不良现象,且它们具有若干个共同的原因时,搞清这些不良现象及其产生原因的相互关系,进而把这些不良现象一举消除。 ④明确产品的质量特性与试验测定仪器、试验测定项目之间的关系,力求强化质量评价体制或使之提高效率;(2)三,对矩阵应用的感悟 上述的矩阵应用说明了矩阵不仅仅是解方程组的工具,而且它是一种有用的工具,不仅仅在数学领域,还在经济,计算机领域等领域。相信在不久的未来,矩阵会变得越来越重要。矩阵的作用会越来越多地让人们发现。在线性代数数学书中,方程组可以转换为矩阵,再通过矩阵来简单,快速地解决问题。在质量管理问题上,它采用矩阵图来找出切入点,了解原因,使质量效率提高。 相信在不久的未来,矩阵对于优化问题的应用会越来越广泛,触及面会越来越多。矩阵是生活变得更简单,方便。参考文献:[1] 《科学通报》蒋昌俊,吴哲辉..,1989. [2] 求解约束矩阵方程及其最佳逼近的迭代法的研究彭亚新.湖南大学,2005.

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数学与应用数学毕业论文篇3 浅谈离散数学的应用及教学 我国传统数学教育模式内容相对陈旧、体系单一、知识面窄、偏重符号演算和解题技巧,脱离实际应用,缺乏应用数学知识解决实际问题的实践意识和能力,创新精神和创新能力不足。然而,高科技信息时代的迅速发展对学生的数学素质又提出了新的要求,现有教育模式所培养的学生在某种程度上已经不能适应社会的需要。实践表明,数学研究化图论能激发学生学习欲望,是培养学生主动探索、努力进取的学风和团结协作精神的有力 措施 ;是数学知识和应用能力共同提高的最佳结合点;是启迪创新意识和 创新思维 、锻炼创新能力、培养高层次人才的一条重要途径。因此高校教师在实际的教学过程中要把数学研究化图论的思想、方法及内容融入到当今的大学数学教学中去,是一种行之有效的素质教育方法。本文主要从以下几个方面对图论部分的教学进行了讨论: 一、整合教学资源,重视双基学习,激发学生兴趣 图是一类相当广泛的实际问题的数学模型,有着极其丰富的内容,是数据结构等课程的先修内容。学习时应掌握好图论的基本概念、基本方法、基本算法,善于把实际问题抽象为图论的问题,然后用图论的方法解决问题。那在实际的教学过程中,要充分利用课堂上的时间让学生掌握好这些基本概念、基本方法、基本算法则是显示一名大学教师基本功的时候。因此,教师在讲解最常用的概念如:无向图,有向图,顶点集,边集,n阶图,多重图,简单图,完全图,图的同构,入度,出度,度,孤立点等时,要细讲而精讲,要讲到根上,不仅要帮助学生理解每个概念的具体含义,更重要的是要引导学生总结规律,探索方法,培养能力。教师要充分相信学生,注意从学生的思维角度去剖析问题,运用设疑、讨论、启发、诱导等方式,给他们充分的时间去思考、体会和消化。 图与网络有个自然的对应关系,网络设计和分析中的许多问题可以归结图论问题。因此,图论是网络设计和软件分析的最有力的数学工具。图论数学是应用最广的数学分支之一,不仅在网络设计和软件分析中有着重要的应用价值,在 企业管理 ,交通规划,战争指挥,金融分析等领域都有重要的应用。因此在图论数学的教学中不能仅仅注重讲授概念、定理,还要用实例使学生对图论数学产生兴趣,进而解决生活中出现的一些简单的图论数学问题,以达到培养能力为主的教育目标。例如,我在讲解通路、回路、图的连通性时,为了更好的让学生理解这些概念,我提出一个问题:人、狼、羊、菜用一条只能同时载两位的小船渡河,“狼羊”、“羊菜”不能在无人在场时共处,当然只有人能架船。这种情况下怎样安排才能达到最优的状态呢?这个问题的提出,极大的激发了同学们的兴趣,他们努力思索问题的解决之道。在此基础上,我进一步引导他们建立图模型:顶点表示“原岸的状态”,两点之间有边当且仅当一次合理的渡河“操作”能够实现该状态的转变。起始状态是“人狼羊菜”,结束状态是“空”。问题的解决:找到一条从起始状态到结束状态的尽可能短的通路。最后得出这样的结论:在“人狼羊菜”的16种组合中允许出现的只有10种。即下图所示: 这样我就完成把单纯的图论概念和实际生活相结合的转变。同学们在这个过程中通过自己动手具体分析、积极思索,提高了分析问题、解决问题和运用数学的能力。 二、积极采用多媒体教学,使抽象复杂的内容变得具体形象 大学教材中关于图论部分的定义、定理很多,而且内容比较抽象。在教学中,如果教师沿用传统的教学方法,即:介绍定义——引入定理——证明定理,这种讲课方法不仅时间长,而且也不能吸引学生的兴趣。再加上该课程具有较强的抽象性与推理性,一些问题无法在黑板上讲清楚。因此,在数学化研究图论教学中,在继承传统教学的基础上适当使用现代教育技术进行辅助教学,可以把语言、文字、声音、图形、动画、视频图象等多种媒体有机地集成一体,制作和应用多媒体课件。使学生通过多个感觉器官来获取相关信息,提高教学信息传播效率,把抽象问题具体化和形象化,有效地激发学生的学习兴趣,使得教学效果更加形象、生动、具体、准确。 例如,教师在讲授关于“中国邮递员问题”的知识时,可以先用PPT 展示一个实心的正十二面体,20个顶点标上邮递员途经街道的名称,要求邮递员从邮局出发,遍历各街道一次,最后回到邮局。给学生一段时间寻找路径后,用动画显示出寻找路径的过程。然后教师引导学生将上述的中国邮递员问题建立成一个数学模型即:在一个赋权连通图上求一个含所有边的回路,且使此回路的权最小。显然,若此连通赋权图是 Euler 图,则可用 Fleury 算法求 Euler 回路,此回路即为所求。给出Euler 图的定义以及Fleury 算法,从中让学生归纳演示Fleury 算法。这些知识都掌握以后,可以向学生介绍一下赋权连通图在计算机网络布局中的应用,学生在对赋权连通图的认识从具体—抽象—具体的过程中达到了对赋权连通图的深刻理解。 当然制作一个多媒体课件并不是简单的把书本上的概念和定理照搬到PPT 上,而是用具体形象的媒体冲击同学的感官视觉效果,使其能从中更加深刻体会抽象的概念和定义。例如,在讲解图的相关概念时,对于每一种图可以用具体的图形来演示说明,这样学生可以通过形象的图形对抽象的文字有更加深刻的理解。除了教学课堂上使用多媒体之外,教师还可以通过网络辅导学生课后的学习以及布置与指导,通过电子信箱、BBS讨论等多种形式和手段提供学习支持服务。 三、加强师生课堂互动,调动学生学习的主动性图论中的图是由若干给定的点及连接两点的线所构成的图形,这种图形通常用来描述某些事物之间的某种特定关系,用点代表事物,用连接两点的线表示相应两个事物间具有这种关系。图论数学知识的 应用无所不在,在教学过程中, 我们可根据教学内容结合学生熟悉的生活、生产、科技和当前商品 经济中的一些实际问题如利息、股票、利润、人口等,引导学生从生活中熟悉的方面入手开始学习数学。 图论的教学决不能只是告诉学生现有的结论,然后让他们死记硬背一些公理算法之后,就希望他们立马可以解答出理论很深奥、算法很复杂的数学问题。为了调动学生主动学习的积极性,我在实际的教学过程中会利用好课堂提问这个环节。上课前几分钟的提问,可以通过学生的回答来了解他们对上节课程的掌握程度。而课堂上的提问,可以让学生不宜走神、时刻保持警惕、仔细认真听讲老师讲课的每一个环节,可以积极促使学生在课堂上通过回答教师的提问而解读信息,实施对信息的加工,进而加深对信息的理解。当然教师的提问不应该是随意的、盲目的,而应该是精心准备的,紧扣课堂上所讲授内容的重点及学生最容易混淆、模糊的环节。对于当代大学生而言,老师提问的问题应当有一定的深度和广度,能引导学生深入思考, 把课堂上被动的吸收知识、填鸭式的教学模式变成主动的思考问题、积极回答问题的过程。学生主体参与是数学图论教学的核心,教师主导作用是数学图论教学的保障。在数学图论教学中,通过提问可以引发学生进行深入思考,充分调动他们的积极性,发挥他们的潜能,这样就可以使学生的能动性、自主性、创造性得到长足的进步。 四、加强学生的图论数学思想及运用 网络工具 图论的数学教学实际上就是帮助同学们形成把现实问题转化成点和线的数学思维过程。而教师在具体的教学过程中,就要有目的的引导学生运用数学思想来认识世界。通过这样的教学过程,可以增加学生对图论知识的了解,培养他们提高运用数学图论思维的能力。比如,我在讲解图论之前会给同学们介绍图论问题的由来,即追溯到1736年哥尼斯堡七桥问题,或给学生介绍中外数学名家的光辉 事迹 与献身精神。让他们在加强数学思想的同时,不忘加强自身思想品德的 教育。 图论即形象地运用一些点以及点与点之间的连线构成的图或网络来表示具体问题。利用图与网络的特点来解决系统中的问题,比用线性规划等其他模型来求解往往要简单、有效得多。图论就是研究图和网络模型特点、性质和方法的理论。图和网络之间存在密切的 联系,因此,教师要创设条件, 因材施教,例如运用一些优秀的数学软件如Matlab,MathCAD, 几何画板等,充分利用网络画图的能力来培养学生的数学思维逻辑能力,使每个学生都得到不同程度的 发展和提高,同时培养学生的思想品德和世界观, 让学生的综合素质得到提高。 总之,若教师通过知识的载体,对学生实施能动的 心理和智能的引导教学,提高了学生的数学素质,培养了他们创造性应用的能力,这就算是一种成功的教学。当然教师的职责是通过教学培养学生数学思想,并把这种思想应用到实际的生活中。但传统的教育模式已经根深蒂固的深入到我们的思想当中,尤其是教师也是传统教育模式培养出来的,所以,要想跳出这个怪圈,教师和学校都需要努力去思索和探讨。根据新时代的需求,培养出适应新时代发展的具有自学能力乃至科研能力的更高的人才,这需要我们共同的努力。 猜你喜欢: 1. 应用数学专业论文 2. 数学与应用数学毕业论文 3. 应用数学毕业论文题目 4. 应用数学系毕业论文 5. 数学应用数学本科毕业论文

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大学数学具有高度抽象性和概括性等特点,知识本身难度大再加上学时少、内容多等教学现状常常造成学生的学习积极性不高、知识掌握不够透彻、遇到实际问题时束手无策,而数学建模思想能激发学生的学习兴趣,培养学生应用数学的意识,提高其解决实际问题的能力。数学建模活动为学生构建了一个由数学知识通向实际问题的桥梁,是学生的数学知识和应用能力共同提高的最佳结合方式。因此在大学数学教育中应加强数学建模教育和活动,让学生积极主动学习建模思想,认真体验和感知建模过程,以此启迪创新意识和 创新思维 ,提高其素质和创新能力,实现向素质教育的转化和深入。

一、数学建模的含义及特点

数学建模即抓住问题的本质,抽取影响研究对象的主因素,将其转化为数学问题,利用数学思维、数学逻辑进行分析,借助于数学 方法 及相关工具进行计算,最后将所得的答案回归实际问题,即模型的检验,这就是数学建模的全过程。一般来说",数学建模"包含五个阶段。

1.准备阶段

主要分析问题背景,已知条件,建模目的等问题。

2.假设阶段

做出科学合理的假设,既能简化问题,又能抓住问题的本质。

3.建立阶段

从众多影响研究对象的因素中适当地取舍,抽取主因素予以考虑,建立能刻画实际问题本质的数学模型。

4.求解阶段

对已建立的数学模型,运用数学方法、数学软件及相关的工具进行求解。

5.验证阶段

用实际数据检验模型,如果偏差较大,就要分析假设中某些因素的合理性,修改模型,直至吻合或接近现实。如果建立的模型经得起实践的检验,那么此模型就是符合实际规律的,能解决实际问题或有效预测未来的,这样的建模就是成功的,得到的模型必被推广应用。

二、加强数学建模教育的作用和意义

(一) 加强数学建模教育有助于激发学生学习数学的兴趣,提高数学修养和素质

数学建模教育强调如何把实际问题转化为数学问题,进而利用数学及其有关的工具解决这些问题, 因此在大学数学的教学活动中融入数学建模思想,鼓励学生参与数学建模实践活动,不但可以使学生学以致用,做到理论联系实际,而且还会使他们感受到数学的生机与活力,激发求知的兴趣和探索的欲望,变被动学习为主动参与其效率就会大为改善。数学修养和素质自然而然得以培养并提高。

(二)加强数学建模教育有助于提高学生的分析解决问题能力、综合应用能力

数学建模问题来源于社会生活的众多领域,在建模过程中,学生首先需要阅读相关的文献资料,然后应用数学思维、数学逻辑及相关知识对实际问题进行深入剖析研究并经过一系列复杂计算,得出反映实际问题的最佳数学模型及模型最优解。因此通过数学建模活动学生的视野将会得以拓宽,应用意识、解决复杂问题的能力也会得到增强和提高。

(三)加强数学建模教育有助于培养学生的创造性思维和创新能力

所谓创造力是指"对已积累的知识和 经验 进行科学地加工和创造,产生新概念、新知识、新思想的能力,大体上由感知力、 记忆力 、思考力、 想象力 四种能力所构成"[1].现今教育界认为,创造力的培养是人才培养的关键,数学建模活动的各个环节无不充满了创造性思维的挑战。

很多不同的实际问题,其数学模型可以是相同或相似的,这就要求学生在建模时触类旁通,挖掘不同事物间的本质,寻找其内在联系。而对一个具体的建模问题,能否把握其本质转化为数学问题,是完成建模过程的关键所在。同时建模题材有较大的灵活性,没有统一的标准答案,因此数学建模过程是培养学生创造性思维,提高创新能力的过程[2].

(四)加强数学建模教育有助于提高学生科技论文的撰写能力

数学建模的结果是以论文形式呈现的,如何将建模思想、建立的模型、最优解及其关键环节的处理在论文中清晰地表述出来,对本科生来说是一个挑战。经历数学建模全过程的磨练,特别是数模论文的撰写,学生的文字语言、数学表述能力及论文的撰写能力无疑会得到前所未有的提高。

(五)加强数学建模教育有助于增强学生的团结合作精神并提高协调组织能力建模问题通常较复杂,涉及的知识面也很广,因此数学建模实践活动一般效仿正规竞赛的规则,三人为一队在三天内以论文形式完成建模题目。要较好地完成任务,离不开良好的组织与管理、分工与协作[3].

三、开展数学建模教育及活动的具体途径和有效方法

(一)开展数学建模课堂教学

即在课堂教学中,教师以具体的案例作为主要的教学内容,通过具体问题的建模,介绍建模的过程和思想方法及建模中要注意的问题。案例教学法的关键在于把握两个重要环节:

案例的选取和课堂教学的组织。

教学案例一定要精心选取,才能达到预期的教学效果。其选取一般要遵循以下几点。

1. 代表性:案例的选取要具有科学性,能拓宽学生的知识面,突出数学建模活动重在培养兴趣提高能力等特点。

2. 原始性:来自媒体的信息,企事业单位的 报告 ,现实生活和各学科中的问题等等,都是数学建模问题原始资料的重要来源。

3. 创新性:案例应注意选取在建模的某些环节上具有挑战性,能激发学生的创造性思维,培养学生的创新精神和提高创造能力。

案例教学的课堂组织,一部分是教师讲授,从实际问题出发,讲清问题的背景、建模的要求和已掌握的信息,介绍如何通过合理的假设和简化建立优化的数学模型。还要强调如何用求解结果去解释实际现象即检验模型。另一部分是课堂讨论,让学生自由发言各抒己见并提出新的模型,简介关键环节的处理。最后教师做出点评,提供一些改进的方向,让学生自己课外独立探索和钻研,这样既突出了教学重点,又给学生留下了进一步思考的空间,既避免了教师的"满堂灌",也活跃了课堂气氛,提高了学生的课堂学习兴趣和积极性,使传授知识变为学习知识、应用知识,真正地达到提高素质和培养能力的教学目的[4].

(二)开展数模竞赛的专题培训指导工作

建立数学建模竞赛指导团队,分专题实行教师负责制。每位教师根据自己的专长,负责讲授某一方面的数学建模知识与技巧,并选取相应地建模案例进行剖析。如离散模型、连续模型、优化模型、微分方程模型、概率模型、统计回归模型及数学软件的使用等。学生根据自己的薄弱点,选择适合的专题培训班进行学习,以弥补自己的不足。这种针对性的数模教学,会极大地提高教学效率。

(三)建立数学建模网络课程

以现代 网络技术 为依托,建立数学建模课程网站,内容包括:课程介绍,课程大纲,教师教案,电子课件,教学实验,教学录像,网上答疑等;还可以增加一些有关栏目,如历年国内外数模竞赛介绍,校内竞赛,专家点评,获奖心得交流;同时提供数模学习资源下载如讲义,背景材料,历年国内外竞赛题,优秀论文等。以此为学生提供良好的自主学习网络平台,实现课堂教学与网络教学的有机结合,达到有效地提高学生数学建模综合应用能力的目的。[5,6]

(四)开展校内数学建模竞赛活动

完全模拟全国大学生数模竞赛的形式规则:定时公布赛题,三人一组,只能队内讨论,按时提交论文,之后指导教师、参赛同学集中讨论,进一步完善。笔者负责数学建模竞赛培训近 20 年,多年的实践证明,每进行一次这样的训练,学生在建模思路、建模水平、使用软件能力、论文书写方面就有大幅提高。多次训练之后,学生的建模水平更是突飞猛进,效果甚佳。

如 2008 年我指导的队荣获全国高教社杯大学生数学建模竞赛的最高奖---高教社杯奖,这是此赛设置的唯一一个名额,也是当年从全国(包括香港)院校的约 1 万多个本科参赛队中脱颖而出的。又如 2014 年我校 57 队参加全国大学生数学建模竞赛,43 队获奖,获奖比例达 75%,创历年之最。

(五)鼓励学生积极参加全国大学生数学建模竞赛、国际数学建模竞赛

全国大学生数学建模竞赛创办于 1992 年,每年一届,目前已成为全国高校规模最大的基础性学科竞赛, 国际大学生数学建模竞赛是世界上影响范围最大的高水平大学生学术赛事。参加数学建模大赛可以激励学生学习数学的积极性,提高运用数学及相关工具分析问题解决问题的综合能力,开拓知识面,培养创造精神及合作意识。

四、结束语

数学建模本身是一个创造性的思维过程,它是对数学知识的综合应用,具有较强的创新性,而高校数学教学改革的目的之一是要着力培养学生的创造性思维,提高学生的创新能力。因此应将数学建模思想融入教学活动中,通过不断的数学建模教育和实践培养学生的创新能力和应用能力从而提高学生的基本素质以适应社会发展的要求。

参考文献:

[1]辞海[M].上海辞书出版社,2002,1:237.

[2]许梅生,章迪平,张少林。 数学建模的认识与实践[J].浙江科技学院学报,2003,15(1):40-42.

[3]姜启源,谢金星,一项成功的高等教育改革实践[J].中国高教研究,2011,12:79-83.

[4]饶从军,王成。论高校数学建模教学[J].延边大学学报(自然科学学版),2006,32(3):227-230.

[5]段璐灵。数学建模课程教学改革初探[J].教育与职业,2013,5:140-142.

[6]郝鹏鹏。工程网络课程教学的实践与思考[J]科技视界,2014,29:76-77.

大部分数学知识是抽象的,概念比较枯燥,造成学生学习困难,而数学建模的运用,在很大程度上可以将抽象的数学知识转化成实体模型,让学生更容易理解和学习数学知识。教师要做的就是了解并掌握数学建模的方法,并且把这种 教学方法 运用到数学教学中。

对教师来说,发现好的教学方法不是最重要的,而是如何把方法与教学结合起来。通过对数学建模的长期研究和实践应用,笔者 总结 了数学建模的概念以及运用策略。

一、数学建模的概念

想要更好地运用数学建模,首先要了解什么是数学建模。可以说,数学建模就像一面镜子,可以使数学抽象的影像产生与之对应的具体化物象。

二、在小学数学教学中运用数学建模的策略

1.根据事物之间的共性进行数学建模

想要运用数学建模,首先要对建模对象有一定的感知。教师要创造有利的条件,促使学生感知不同事物之间的共性,然后进行数学建模。

教师应做好建模前的指导工作,为学生的数学建模做好铺垫,而学生要学会尝试自己去发现事物的共性,争取将事物的共性完美地运用到数学建模中。在建模过程中,教师要引导学生把新知识和旧知识结合起来的作用,将原来学习中发现的好方法运用到新知识的学习、新数学模型的构建中,降低新的数学建模的难度,提高学生数学建模的成功率。如在教学《图形面积》时,教师可以利用不同的图形模板,让学生了解不同图形的面积构成,寻找不同图形面积的差异以及图形之间的共性。这样直观地向学生展示图形的变化,可以加深学生对知识的理解,提高学生的学习效率。

2.认识建模思想的本质

建模思想与数学的本质紧密相连,它不是独立存在于数学教学之外的。所以在数学建模过程中,教师要帮助学生正确认识数学建模的本质,将数学建模与数学教学有机结合起来,提高学生解决问题的能力,让学生真正具备使用数学建模的能力。

建模过程并不是独立于数学教学之外的,它和数学的教学过程紧密相连。数学建模是使人对数学抽象化知识进行具体认识的工具,是运用数学建模思想解决数学难题的过程。因此,教师要将它和数学教学组成一个有机的整体,不仅要帮助学生完成建模,更要带领学生认识数学建模的本质,领悟数学建模思想的真谛,并逐渐引导学生使用数学建模解决数学学习过程中遇到的问题。

3.发挥教材在数学建模上的作用

教材是最基础的教学工具,在数学教材中有很多典型案例可以利用在数学建模上,其中很大一部分来源于生活,更易于小学生学习和理解,有助于学生构建数学建模思想。教师要利用好教材,培养学生的建模能力,帮助学生建造更易于理解的数学模型,从而提高学生的学习效率。如在教学加减法时,教材上会有很多数苹果、香蕉的例题,这些就是很好的数学模型,因为贴近生活,可以激发学生的学习兴趣,培养学生数学建模的能力,所以教师应该深入研究教材。

数学建模是一种很好的数学教学方法,教师要充分利用这种教学方法,真正做到实践与理论完美结合。

1、层次分析法,简称AHP,是指将与决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次,在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。该方法是美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂于20世纪70年代初,在为美国国防部研究"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。

2、多属性决策是现代决策科学的一个重要组成部分,它的理论和方法在工程设计、经济、管理和军事等诸多领域中有着广泛的应用,如:投资决策、项目评估、维修服务、武器系统性能评定、工厂选址、投标招标、产业部门发展排序和经济效益综合评价等.多属性决策的实质是利用已有的决策信息通过一定的方式对一组(有限个)备选方案进行排序或择优.它主要由两部分组成:(l) 获取决策信息.决策信息一般包括两个方面的内容:属性权重和属性值(属性值主要有三种形式:实数、区间数和语言).其中,属性权重的确定是多属性决策中的一个重要研究内容;(2)通过一定的方式对决策信息进行集结并对方案进行排序和择优。

3、灰色预测模型(Gray Forecast Model)是通过少量的、不完全的信息,建立数学模型并做出预测的一种预测方法.当我们应用运筹学的思想方法解决实际问题,制定发展战略和政策、进行重大问题的决策时,都必须对未来进行科学的预测.预测是根据客观事物的过去和现在的发展规律,借助于科学的方法对其未来的发展趋势和状况进行描述和分析,并形成科学的假设和判断。

4、Dijkstra算法能求一个顶点到另一顶点最短路径。它是由Dijkstra于1959年提出的。实际它能出始点到 其它 所有顶点的最短路径。

Dijkstra算法是一种标号法:给赋权图的每一个顶点记一个数,称为顶点的标号(临时标号,称T标号,或者固定标号,称为P标号)。T标号表示从始顶点到该标点的最短路长的上界;P标号则是从始顶点到该顶点的最短路长。

5、Floyd算法是一个经典的动态规划算法。用通俗的语言来描述的话,首先我们的目标是寻找从点i到点j的最短路径。从动态规划的角度看问题,我们需要为这个目标重新做一个诠释(这个诠释正是动态规划最富创造力的精华所在)从任意节点i到任意节点j的最短路径不外乎2种可能,1是直接从i到j,2是从i经过若干个节点k到j。所以,我们假设Dis(i,j)为节点u到节点v的最短路径的距离,对于每一个节点k,我们检查Dis(i,k) + Dis(k,j) < Dis(i,j)是否成立,如果成立,证明从i到k再到j的路径比i直接到j的路径短,我们便设置Dis(i,j) = Dis(i,k) + Dis(k,j),这样一来,当我们遍历完所有节点k,Dis(i,j)中记录的便是i到j的最短路径的距离。

6、模拟退火算法是模仿自然界退火现象而得,利用了物理中固体物质的退火过程与一般优化问题的相似性从某一初始温度开始,伴随温度的不断下降,结合概率突跳特性在解空间中随机寻找全局最优解。

7、种群竞争模型:当两个种群为争夺同一食物来源和生存空间相互竞争时,常见的结局是,竞争力弱的灭绝,竞争力强的达到环境容许的最大容量。使用种群竞争模型可以描述两个种群相互竞争的过程,分析产生各种结局的条件。

8、排队论发源于上世纪初。当时美国贝尔电话公司发明了自动电话,以适应日益繁忙的工商业电话通讯需要。这个新发明带来了一个新问题,即通话线路与电话用户呼叫的数量关系应如何妥善解决,这个问题久久未能解决。1909年,丹麦的哥本哈根电话公司.埃尔浪(Erlang)在热力学统计平衡概念的启发下解决了这个问题。

9、线性规划是运筹学中研究较早、发展较快、应用广泛、方法较成熟的一个重要分支,它是辅助人们进行科学管理的一种数学方法.在经济管理、交通运输、工农业生产等经济活动中,提高经济效果是人们不可缺少的要求,而提高经济效果一般通过两种途径:一是技术方面的改进,例如改善生产工艺,使用新设备和新型原材料.二是生产组织与计划的改进,即合理安排人力物力资源.线性规划所研究的是:在一定条件下,合理安排人力物力等资源,使经济效果达到最好.一般地,求线性目标函数在线性约束条件下的最大值或最小值的问题,统称为线性规划问题。满足线性约束条件的解叫做可行解,由所有可行解组成的集合叫做可行域。决策变量、约束条件、目标函数是线性规划的三要素。

10、非线性规划:非线性规划是一种求解目标函数或约束条件中有一个或几个非线性函数的最优化问题的方法。运筹学的一个重要分支。20世纪50年代初,库哈() 和托克 () 提出了非线性规划的基本定理,为非线性规划奠定了理论基础。这一方法在工业、交通运输、经济管理和军事等方面有广泛的应用,特别是在“最优设计”方面,它提供了数学基础和计算方法,因此有重要的实用价值。

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毕业论文是教学科研过程的一个环节,也是学业成绩考核和评定的一种重要方式。毕业论文的目的在于总结学生在校期间的学习成果,培养学生具有综合地创造性地运用所学的全部专业知识和技能解决较为复杂问题的能力并使他们受到科学研究的基本训练。标题标题是文章的眉目。各类文章的标题,样式繁多,但无论是何种形式,总要以全部或不同的侧面体现作者的写作意图、文章的主旨。毕业论文的标题一般分为总标题、副标题、分标题几种。总标题总标题是文章总体内容的体现。常见的写法有:①揭示课题的实质。这种形式的标题,高度概括全文内容,往往就是文章的中心论点。它具有高度的明确性,便于读者把握全文内容的核心。诸如此类的标题很多,也很普遍。如《关于经济体制的模式问题》、《经济中心论》、《县级行政机构改革之我见》等。②提问式。这类标题用设问句的方式,隐去要回答的内容,实际上作者的观点是十分明确的,只不过语意婉转,需要读者加以思考罢了。这种形式的标题因其观点含蓄,轻易激起读者的注重。如《家庭联产承包制就是单干吗?》、《商品经济等同于资本主义经济吗?》等。③交代内容范围。这种形式的标题,从其本身的角度看,看不出作者所指的观点,只是对文章内容的范围做出限定。拟定这种标题,一方面是文章的主要论点难以用一句简短的话加以归纳;另一方面,交代文章内容的范围,可引起同仁读者的注重,以求引起共鸣。这种形式的标题也较普遍。如《试论我国农村的双层经营体制》、《正确处理中心和地方、条条与块块的关系》、《战后西方贸易自由化剖析》等。④用判定句式。这种形式的标题给予全文内容的限定,可伸可缩,具有很大的灵活性。文章研究对象是具体的,面较小,但引申的思想又须有很强的概括性,面较宽。这种从小处着眼,大处着手的标题,有利于科学思维和科学研究的拓展。如《从乡镇企业的兴起看中国农村的希望之光》、《科技进步与农业经济》、《从“劳动创造了美”看美的本质》等。

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范文一:学生方面大学毕业论文

【摘 要 】对于高等职业 教育 中的高等数学教学来说,随着高职教育对于高数教学的实际需求的不断改变,高职高数同样也需要进行创新性的变革,以满足现今高职学生的实际学习需求.本文旨在通过分析现今高职高数教学遇到的问题,以及如果来进行创新性的高职高数教学.

【关 键 词 】高职 高数 创新性

【中图分类号】G712 【文献标识码】B 【 文章 编号】2095-3089(2013)06-0127-02

要用素质教育来淘汰应试教育一直都是教育制度改革的重点内容,而在这个变革的过程中,教育创新也就成为了一个不可忽视的过程和手段.只有发挥教育主体的主观能动性,对教学内容和教学手段进行创新性提高,素质教育的变革才有可能取得应有的成果.对于高等职业教育中的高等数学教学来说,随着高职教育对于高数教学的实际需求的不断改变,高职高数同样也需要进行创新性的变革,以满足现今高职学生的实际学习需求.本文旨在通过分析现今高职高数教学遇到的问题,以及如果来进行创新性的高职高数教学.

一、高职高数教学问题分析

高等数学作为一门基础性的理论学科,同时因为高数学科本身的难度,对于学生来说,吸引力自然是十分低的,特别是对于高职学生来说,更是显得无足轻重.所以学生对于学习这门课程的学习积极性并不高,一些学生更是对于这一门学科有着极大的恐惧心理.另一方面高职教育往往关注的是以后学生的就业率和就业技能培训,所以高职教师对于高数这门课程的关注度和重视度自然也不会太高.一些高数教师在教授这门课程的时候,更是按照教材按部就班的给学生灌输一大堆晦涩难懂的理论知识,而毫不关心学生对于这些内容是否已经理解.在这种恶性循环之下,学生的学习积极性自然是不会太高,这也让这门学科在高职教育中变得可有可无.

二、高等数学创新教育分析

(一)高数创新教育的特殊性分析

高数的创新教育是在传统高数教育的基础上,实现以培养创新性应用人才的教育模式.与传统的高数教学的相比,创新教育除了让学生学习必备的书本知识以外,更加倾向于让学生的在自己的学习过程中发现问题,并且通过团结协作,共同探讨这些在现实学习中遇到的问题,共同找到问题的最佳答案.在这一过程中,每一个学生的学习能动性都能很好的被调动起来,增强学习高等数学的信心,对于高数这门课程的积极性和主动性也能在这一过程中很好的建立起来。

(三)如何开展高等数学的创新教育

1.考虑如何开展高等数学的创新教育,首先就要站在学习者的角度上考虑问题

数学,对于一个普通的学生来说,它不仅是一门枯燥乏味的基础性工具学科,同时在学习这门课程的过程中,能够帮助学生拓宽他们的空间和时间的思维能力,以及能够帮助学生更好的掌握事物之间的内在逻辑性.为了适应新时期下高职学生对于高等数学这门学科的现实需求.高数创新教育的首先一点就是要转移高数教学的侧重点,一定要从要求学生对课程体系的掌握转移到培养高职学生运用数学解决实际能力上来,以此来培养高职学生的创新数学思维能力,以及充分发展他们的创造能力以及批判能力等.

2.改进教学内容

对于高等数学这个庞大而复杂的学科来说,高职学生的底子基础并不足以能够很好的驾驭这门学科,在各种纷繁复杂的公式、规律、概念面前,许多基础差的学生很容易就陷入奔溃,也会对这些还没开始学习的内容产生极深的恐惧心理,所以高职高数教师在教授高数这门课程的时候,首先就要考虑到高职学生的接受能力和接受习惯.

高职教师在选择高数教学内容的时候,首先第一点就是要坚持做到删繁就简,少而精的原则.对于一些无足轻重的内容可以点到即止,对于一些重点、难点则要进行细致耐心的讲解,最好是在教学过程中,将这些重点难点时不时的融入到实际的例子教学中,让学生在他们最为熟悉的例子中,能够比较轻松的掌握高数重点和难点.

3.创新 教学 方法

学习最大的动力就是将学习培养成为一种兴趣,高数教学要想取得创新性改变,在教学方法上就必须对这门学科进行改革.寓教于乐的方式虽然对于高等数学这门学科来说有着极大的难度,但是也要从学生平时的生活中找到能够与高数这门学科结合的点,把教师讲授为主的教学模式逐渐向研究型学习模式转变.对于感兴趣的学生更是可以开设专门的课题性教学,让他们从对课题和事物的研究中能够更深层次的了解高等数学真正的魅力.

4.采用信息化手段

信息技术的发展在很对领域都对相信的学科科学起到了一定的辅助作用,同样的信息技术也能在高数教学中起到很好的辅助作用.通过多媒体的信息集成技术来对事物创设情境,就能够让学生更加真实的体验到事物发展的变化和特点.通过模拟的手段也能够给学生带来最为直观的心理感受,同时帮助他们能够更好的理解高数这门学科,并且能够进行更加深入的研究学习.

创新教育是教育改革发展的必然趋势,同时创新教育的实施,对于培养高职学生创新能力和创新精神起到了极大的作用.

参考文献:

[1]余达锦.信息技术时代高等数学的创新教育[J]. 科技广场. 2004(11)

[2]蒙诗德.浅论数学建模教学和竞赛活动中的创新教育[J]. 信息系统工程. 2010(03)

[3]文海英,廖瑞华,魏大宽. 离散数学课程教学改革探索与实践[J]. 计算机教育. 2010(06)

[4]龚慧华.高职院校数学教学的新认识[J]. 长沙通信职业技术学院学报. 2010(04)

范文二:与德育教育的实效性与校园环境相关毕业论文

一、增强德育教育实效性的可行 措施

1.转变德育观念,更新德育内容

首先,高中德育教育必须在坚持正确的政治方向的基础上,树立符合市场经济发展需要的德育观念,摒弃形式主义.要针对学生实际情况,分层次地确定德育教育的内容和整体规划.要遵循青少年学生思想品德形成的规律和社会发展的要求,根据德育教育的总体目标,科学地规划初中阶段各年级的具体内容、实施途径和方法,要根据不同年龄段、不同类型的学生,有区别地进行德育教育.这样才能使学校德育工作摆脱“跟着感觉走”、“围着问题转”的窘况.

其次,学校德育教育还要把创新意识融于其中.在教育思想上体现“千教万教,教人求真;千学万学,学做真人”;在教育要求上既有科学性,又有可操作性;在教育内容上从小到大,由此及彼,相互渗透;在教育方式上抓住主 渠道 ,凸现主环节.

2.加强行为规范管理,树立科学的人生观

高中阶段是对学生进行道德情操、心理品质和行为习惯教育的最佳时期,也是为他们树立科学人生观、世界观和形成正确的政治态度奠定基础的重要时期.刚进入高中阶段学习的高中生,在很大程度上习惯于他律,因此,在他们一进入学校时,学校和老师就应该加强管理,用校规校纪及 其它 规范来要求学生,并利用学校或班级发生过的典型事例,通过主题班会和各类教育机会对学生进行德育教育,提高学生的道德认知能力和道德判断,使学生在道德建设上真正形成自律.

学校生活、教材、教法是学校德育教育的三个重要方面,应组织学生直接参与学校生活,通过演讲、影评、参观、访谈、文艺会演等活动,把学生置于必须做出道德选择的具体情境中,让学生充分发挥自主性,用探究、商量、讨论、甚至 辩论 的方法代替强制的灌输.因此,我们必须大力加强学生的常规管理,行为规范只有经过学生的内化、实践,才能使学生形成习惯,所以高中德育应以从活动中学为主,并注重活动的生活性、人文性,寓教于乐和全体参与性.

二、充分利用校园这块净土培育人

1.美化校园环境,和谐育人

校园环境是一种潜在的教育因素,是一部立体的、多彩的、富有吸引力教科书,它时时处处、无孔不入地对学生的思想情操、行为习惯起着熏陶渗透和影响作用.

2.优化精神环境,榜样育人

一所学校的精神是验证它是否具有创新意识和战斗力的重要依据.学校精神主要通过师生精神来体现.其中教师精神尤为重要.教师精神的核心是师德,而爱心又是师德的核心.新世纪的教师应当具有慈母之爱、严父之威、朋友之情等多种角色的扮演意识,积极采用“走动式”的教育方法,运用“思变”的理念,适时对学生进行灵活、多样的教育,让学生充分体味被爱和被尊重的滋味,受到情操的感化、爱心的熏陶.

3.活化集体环境,自主育人

集体是学生成长的摇篮,是学生接受良好思想品德教育的主阵320;.教师是通过集体对学生进行健康品格教育的.以往的教育方式存在着很大弊端,教师把管、卡、压作为德育工作的立足点和有效方法.因此,忽视了学生主体地位和自主意识,片面强调他律而忽视自律,教育方法简单,把教师自己的主观意识强加给学生,这种只重视教师要求,轻视学生自我教育,只重视规章条款,轻视实践活动的倾向,使学生感到教育缺乏活力,活动枯燥无味,致使德育实效甚微.必须真正做到活化集体环境,尊重每位学生的主体地位,敢于发挥学生的积极性和主动性,才能真正培育人.

面对新时期、新形势,高中德育必须引导学生走向社会、了解社会和正确认识社会.因此,必须抓好德育基地的建设,努力为学生创造开展活动的广阔天地,让学生在环境刺激和激发中参加丰富多彩的实践活动,通过主体的主动参与,使德育目标得到内化,从而使他们获得亲身参与研究探索的 经验 ,培养解决问题的能力,培养对社会的责任心和使命感.

数学与应用数学毕业论文篇3 浅谈离散数学的应用及教学 我国传统数学教育模式内容相对陈旧、体系单一、知识面窄、偏重符号演算和解题技巧,脱离实际应用,缺乏应用数学知识解决实际问题的实践意识和能力,创新精神和创新能力不足。然而,高科技信息时代的迅速发展对学生的数学素质又提出了新的要求,现有教育模式所培养的学生在某种程度上已经不能适应社会的需要。实践表明,数学研究化图论能激发学生学习欲望,是培养学生主动探索、努力进取的学风和团结协作精神的有力 措施 ;是数学知识和应用能力共同提高的最佳结合点;是启迪创新意识和 创新思维 、锻炼创新能力、培养高层次人才的一条重要途径。因此高校教师在实际的教学过程中要把数学研究化图论的思想、方法及内容融入到当今的大学数学教学中去,是一种行之有效的素质教育方法。本文主要从以下几个方面对图论部分的教学进行了讨论: 一、整合教学资源,重视双基学习,激发学生兴趣 图是一类相当广泛的实际问题的数学模型,有着极其丰富的内容,是数据结构等课程的先修内容。学习时应掌握好图论的基本概念、基本方法、基本算法,善于把实际问题抽象为图论的问题,然后用图论的方法解决问题。那在实际的教学过程中,要充分利用课堂上的时间让学生掌握好这些基本概念、基本方法、基本算法则是显示一名大学教师基本功的时候。因此,教师在讲解最常用的概念如:无向图,有向图,顶点集,边集,n阶图,多重图,简单图,完全图,图的同构,入度,出度,度,孤立点等时,要细讲而精讲,要讲到根上,不仅要帮助学生理解每个概念的具体含义,更重要的是要引导学生总结规律,探索方法,培养能力。教师要充分相信学生,注意从学生的思维角度去剖析问题,运用设疑、讨论、启发、诱导等方式,给他们充分的时间去思考、体会和消化。 图与网络有个自然的对应关系,网络设计和分析中的许多问题可以归结图论问题。因此,图论是网络设计和软件分析的最有力的数学工具。图论数学是应用最广的数学分支之一,不仅在网络设计和软件分析中有着重要的应用价值,在 企业管理 ,交通规划,战争指挥,金融分析等领域都有重要的应用。因此在图论数学的教学中不能仅仅注重讲授概念、定理,还要用实例使学生对图论数学产生兴趣,进而解决生活中出现的一些简单的图论数学问题,以达到培养能力为主的教育目标。例如,我在讲解通路、回路、图的连通性时,为了更好的让学生理解这些概念,我提出一个问题:人、狼、羊、菜用一条只能同时载两位的小船渡河,“狼羊”、“羊菜”不能在无人在场时共处,当然只有人能架船。这种情况下怎样安排才能达到最优的状态呢?这个问题的提出,极大的激发了同学们的兴趣,他们努力思索问题的解决之道。在此基础上,我进一步引导他们建立图模型:顶点表示“原岸的状态”,两点之间有边当且仅当一次合理的渡河“操作”能够实现该状态的转变。起始状态是“人狼羊菜”,结束状态是“空”。问题的解决:找到一条从起始状态到结束状态的尽可能短的通路。最后得出这样的结论:在“人狼羊菜”的16种组合中允许出现的只有10种。即下图所示: 这样我就完成把单纯的图论概念和实际生活相结合的转变。同学们在这个过程中通过自己动手具体分析、积极思索,提高了分析问题、解决问题和运用数学的能力。 二、积极采用多媒体教学,使抽象复杂的内容变得具体形象 大学教材中关于图论部分的定义、定理很多,而且内容比较抽象。在教学中,如果教师沿用传统的教学方法,即:介绍定义——引入定理——证明定理,这种讲课方法不仅时间长,而且也不能吸引学生的兴趣。再加上该课程具有较强的抽象性与推理性,一些问题无法在黑板上讲清楚。因此,在数学化研究图论教学中,在继承传统教学的基础上适当使用现代教育技术进行辅助教学,可以把语言、文字、声音、图形、动画、视频图象等多种媒体有机地集成一体,制作和应用多媒体课件。使学生通过多个感觉器官来获取相关信息,提高教学信息传播效率,把抽象问题具体化和形象化,有效地激发学生的学习兴趣,使得教学效果更加形象、生动、具体、准确。 例如,教师在讲授关于“中国邮递员问题”的知识时,可以先用PPT 展示一个实心的正十二面体,20个顶点标上邮递员途经街道的名称,要求邮递员从邮局出发,遍历各街道一次,最后回到邮局。给学生一段时间寻找路径后,用动画显示出寻找路径的过程。然后教师引导学生将上述的中国邮递员问题建立成一个数学模型即:在一个赋权连通图上求一个含所有边的回路,且使此回路的权最小。显然,若此连通赋权图是 Euler 图,则可用 Fleury 算法求 Euler 回路,此回路即为所求。给出Euler 图的定义以及Fleury 算法,从中让学生归纳演示Fleury 算法。这些知识都掌握以后,可以向学生介绍一下赋权连通图在计算机网络布局中的应用,学生在对赋权连通图的认识从具体—抽象—具体的过程中达到了对赋权连通图的深刻理解。 当然制作一个多媒体课件并不是简单的把书本上的概念和定理照搬到PPT 上,而是用具体形象的媒体冲击同学的感官视觉效果,使其能从中更加深刻体会抽象的概念和定义。例如,在讲解图的相关概念时,对于每一种图可以用具体的图形来演示说明,这样学生可以通过形象的图形对抽象的文字有更加深刻的理解。除了教学课堂上使用多媒体之外,教师还可以通过网络辅导学生课后的学习以及布置与指导,通过电子信箱、BBS讨论等多种形式和手段提供学习支持服务。 三、加强师生课堂互动,调动学生学习的主动性图论中的图是由若干给定的点及连接两点的线所构成的图形,这种图形通常用来描述某些事物之间的某种特定关系,用点代表事物,用连接两点的线表示相应两个事物间具有这种关系。图论数学知识的 应用无所不在,在教学过程中, 我们可根据教学内容结合学生熟悉的生活、生产、科技和当前商品 经济中的一些实际问题如利息、股票、利润、人口等,引导学生从生活中熟悉的方面入手开始学习数学。 图论的教学决不能只是告诉学生现有的结论,然后让他们死记硬背一些公理算法之后,就希望他们立马可以解答出理论很深奥、算法很复杂的数学问题。为了调动学生主动学习的积极性,我在实际的教学过程中会利用好课堂提问这个环节。上课前几分钟的提问,可以通过学生的回答来了解他们对上节课程的掌握程度。而课堂上的提问,可以让学生不宜走神、时刻保持警惕、仔细认真听讲老师讲课的每一个环节,可以积极促使学生在课堂上通过回答教师的提问而解读信息,实施对信息的加工,进而加深对信息的理解。当然教师的提问不应该是随意的、盲目的,而应该是精心准备的,紧扣课堂上所讲授内容的重点及学生最容易混淆、模糊的环节。对于当代大学生而言,老师提问的问题应当有一定的深度和广度,能引导学生深入思考, 把课堂上被动的吸收知识、填鸭式的教学模式变成主动的思考问题、积极回答问题的过程。学生主体参与是数学图论教学的核心,教师主导作用是数学图论教学的保障。在数学图论教学中,通过提问可以引发学生进行深入思考,充分调动他们的积极性,发挥他们的潜能,这样就可以使学生的能动性、自主性、创造性得到长足的进步。 四、加强学生的图论数学思想及运用 网络工具 图论的数学教学实际上就是帮助同学们形成把现实问题转化成点和线的数学思维过程。而教师在具体的教学过程中,就要有目的的引导学生运用数学思想来认识世界。通过这样的教学过程,可以增加学生对图论知识的了解,培养他们提高运用数学图论思维的能力。比如,我在讲解图论之前会给同学们介绍图论问题的由来,即追溯到1736年哥尼斯堡七桥问题,或给学生介绍中外数学名家的光辉 事迹 与献身精神。让他们在加强数学思想的同时,不忘加强自身思想品德的 教育。 图论即形象地运用一些点以及点与点之间的连线构成的图或网络来表示具体问题。利用图与网络的特点来解决系统中的问题,比用线性规划等其他模型来求解往往要简单、有效得多。图论就是研究图和网络模型特点、性质和方法的理论。图和网络之间存在密切的 联系,因此,教师要创设条件, 因材施教,例如运用一些优秀的数学软件如Matlab,MathCAD, 几何画板等,充分利用网络画图的能力来培养学生的数学思维逻辑能力,使每个学生都得到不同程度的 发展和提高,同时培养学生的思想品德和世界观, 让学生的综合素质得到提高。 总之,若教师通过知识的载体,对学生实施能动的 心理和智能的引导教学,提高了学生的数学素质,培养了他们创造性应用的能力,这就算是一种成功的教学。当然教师的职责是通过教学培养学生数学思想,并把这种思想应用到实际的生活中。但传统的教育模式已经根深蒂固的深入到我们的思想当中,尤其是教师也是传统教育模式培养出来的,所以,要想跳出这个怪圈,教师和学校都需要努力去思索和探讨。根据新时代的需求,培养出适应新时代发展的具有自学能力乃至科研能力的更高的人才,这需要我们共同的努力。 猜你喜欢: 1. 应用数学专业论文 2. 数学与应用数学毕业论文 3. 应用数学毕业论文题目 4. 应用数学系毕业论文 5. 数学应用数学本科毕业论文

毕业论文是教学科研过程的一个环节,也是学业成绩考核和评定的一种重要方式。毕业论文的目的在于总结学生在校期间的学习成果,培养学生具有综合地创造性地运用所学的全部专业知识和技能解决较为复杂问题的能力并使他们受到科学研究的基本训练。标题标题是文章的眉目。各类文章的标题,样式繁多,但无论是何种形式,总要以全部或不同的侧面体现作者的写作意图、文章的主旨。毕业论文的标题一般分为总标题、副标题、分标题几种。总标题总标题是文章总体内容的体现。常见的写法有:①揭示课题的实质。这种形式的标题,高度概括全文内容,往往就是文章的中心论点。它具有高度的明确性,便于读者把握全文内容的核心。诸如此类的标题很多,也很普遍。如《关于经济体制的模式问题》、《经济中心论》、《县级行政机构改革之我见》等。②提问式。这类标题用设问句的方式,隐去要回答的内容,实际上作者的观点是十分明确的,只不过语意婉转,需要读者加以思考罢了。这种形式的标题因其观点含蓄,轻易激起读者的注重。如《家庭联产承包制就是单干吗?》、《商品经济等同于资本主义经济吗?》等。③交代内容范围。这种形式的标题,从其本身的角度看,看不出作者所指的观点,只是对文章内容的范围做出限定。拟定这种标题,一方面是文章的主要论点难以用一句简短的话加以归纳;另一方面,交代文章内容的范围,可引起同仁读者的注重,以求引起共鸣。这种形式的标题也较普遍。如《试论我国农村的双层经营体制》、《正确处理中心和地方、条条与块块的关系》、《战后西方贸易自由化剖析》等。④用判定句式。这种形式的标题给予全文内容的限定,可伸可缩,具有很大的灵活性。文章研究对象是具体的,面较小,但引申的思想又须有很强的概括性,面较宽。这种从小处着眼,大处着手的标题,有利于科学思维和科学研究的拓展。如《从乡镇企业的兴起看中国农村的希望之光》、《科技进步与农业经济》、《从“劳动创造了美”看美的本质》等。

离散数学论文摘要

学术堂整理了一篇3000字的计算机论文范文,供大家参考:

范文题目:关于新工程教育计算机专业离散数学实验教学研究

摘要: 立足新工科对计算机类专业应用实践能力培养的要求,分析了目前离散数学教学存在的关键问题,指明了开展离散数学实验教学的必要性。在此基础上,介绍了实验教学内容的设计思路和设计原则,给出了相应的实验项目,并阐述了实验教学的实施过程和教学效果。

关键词:新工科教育;离散数学;计算机专业;实验教学

引言

新工科教育是以新理念、新模式培养具有可持续竞争力的创新型卓越工程科技人才,既重视前沿知识和交叉知识体系的构建,又强调实践创新创业能力的培养。计算机类是新工科体系中的一个庞大专业类,按照新工科教育的要求,计算机类专业的学生应该有很好的逻辑推理能力和实践创新能力,具有较好的数学基础和数学知识的应用能力。作为计算机类专业的核心基础课,离散数学的教学目标在于培养学生逻辑思维、计算思维能力以及分析问题和解决问题的能力。但长期以来“定义-定理-证明”这种纯数学的教学模式,导致学生意识不到该课程的重要性,从而缺乏学习兴趣,严重影响学生实践能力的培养。因此,打破原有的教学模式,结合计算机学科的应用背景,通过开展实验教学来加深学生对于离散数学知识的深度理解是实现离散数学教学目标的重要手段。

1.实验项目设计

围绕巩固课堂教学知识,培养学生实践创新能力两个目标,遵循实用性和可行性原则,设计了基础性、应用性、研究性和创新性四个层次的实验项目。

(1) 基础性实验

针对离散数学的一些基本问题,如基本的定义、性质、计算方法等设计了7个基础性实验项目,如表1所示。这类实验要求学生利用所学基础知识,完成算法设计并编写程序。通过实验将抽象的离散数学知识与编程结合起来,能激发学生学习离散数学的积极性,提高教学效率,进而培养学生的编程实践能力。

(2) 应用性实验

应用性实验是围绕离散数学主要知识单元在计算机学科领域的应用来设计实验,如表2所示。设计这类实验时充分考虑了学生掌握知识的情况,按照相关知识点的应用方法给出了每个实验的步骤。学生甚至不需要完成全部实验步骤即可达到实验效果。例如,在“等价关系的应用”实验中,按照基于等价类测试用例的设计方法给出了实验步骤,对基础较差的学生只需做完第三步即可达到“巩固等价关系、等价类、划分等相关知识,了解等价关系在软件测试中的应用,培养数学知识的应用能力。”的实验目的。

(3) 研究性实验研究性实验和应用性实验一样

也是围绕离散数学主要知识单元在计算机科学领域中的应用来设计实验,不同之处在于,研究性实验的实验步骤中增加了一些需要学生进一步探讨的问题。这类实验项目一方面为了使学生进一步了解离散数学的重要性,另一方面为了加强学生的创新意识与创新思维,提高计算机专业学生的数学素质和能力。表 3 给出了研究性试验项目。

(4) 创新性实验

在实际教学中还设计了多个难度较高的创新性实验题目,例如,基于prolog语言的简单动物识别

系统、基于最短路径的公交线路查询系统、简单文本信息检索系统的实现等,完成该类实验需要花费较长的时间,用到更多的知识。通过这些实验不仅有利于培养学生分析问题、解决问题的能力和创新设计能力,也有利于培养学生独立思考、敢于创新的能力。

3.实验教学模式的构建

通过实验教学环节无疑可以激发学生对课程的兴趣,提高课程教学效率,培养学生的实践创新能力。但是,近年来,为了突出应用性人才培养,很多地方本科院校对离散数学等基础理论课的课时进行了压缩,加之地方本科院校学生基础较差,使得离散数学课时严重不足,不可能留出足够的实验教学时间。针对这种情况,采用多维度、多层次的教学模式进行离散数学实验教学。

(1) 将实验项目引入课堂教学

在离散数学的教学过程中,将能反映在计算机科学领域典型应用的实验项目引入到课堂教学中,引导学生应用所学知识分析问题、解决问题。例如在讲授主析取范式时,引入加法器、表决器的设计,并用multisim进行仿真演示,让学生理解数理逻辑在计算机硬件设计中的作用。又如讲谓词逻辑推理时,引入前一届学生用Prolog完成的“小型动物识别系统”作为演示实验。这些应用实例能够让学生体会数理逻辑在计算机科学领域的应用价值,不仅激发学生的学习兴趣,提高课堂教学效率,也锻炼了学生的逻辑思维,培养了学生的系统设计能力。

(2) 改变课后作业形式,在课后作业中增加上机实验题目

由于课时有限,将实验内容以课后作业的形式布置下去,让学生在课余时间完成实验任务。例如讲完数理逻辑内容后,布置作业: 编写 C语言程序,实现如下功能: 给定两个命题变元 P、Q,给它们赋予一定的真值,并计算P、P∧Q、P∨Q的真值。通过完成,使学生掌握命题联结词的定义和真值的确定方法,了解逻辑运算在计算机中的实现方法。又如,把“偏序关系的应用”实验作为“二元关系”这一章的课后作业,给定某专业开设的课程以及课程之间的先后关系,要求学生画出课程关系的哈斯图,安排该专业课程开设顺序,并编写程序实现拓扑排序算法。通过该实验学生不仅巩固了偏序关系、哈斯图等知识,而且了解到偏序关系在计算机程序设计算法中的应用和实现方法。

(3) 布置阅读材料

在教学中,通常选取典型应用和相关的背景知识作为课前或课后阅读材料,通过课堂提问抽查学生的阅读情况。这样,不仅使学生预习或复习了课程内容,同时也使他们对相关知识点在计算机学科领域的应用有了一定的了解。例如,在讲解等价关系后,将“基于等价类的软件测试用例设计方法”作为课后阅读材料; 在讲解图的基本概念之前,将“图在网络爬虫技术中的应用”作为课前阅读材料; 货郎担问题和中国邮路问题作为特殊图的课后阅读材料。通过这些阅读材料极大地调动学生学习的积极性,取得了非常好的教学效果。

(4) 设置开放性实验项目

在离散数学教学中,通常选择一两个创新性实验项目作为课外开放性实验,供学有余力的学生学习并完成,图1给出了学生完成的“基于最短路径公交查询系统”界面图。同时,又将学生完成的实验系统用于日后的课堂教学演示,取得了比较好的反响。

(5) 利用网络教学平台

为了拓展学生学习的空间和时间,建立了离散数学学习网站,学习网站主要包括资源下载、在线视频、在线测试、知识拓展和站内论坛五个部分模块,其中知识拓展模块包含背景知识、应用案例和实验教学三部分内容。通过学习网站,学生不仅可以了解离散数学各知识点的典型应用,还可以根据自己的兴趣选择并完成一些实验项目。在教学实践中,规定学生至少完成1-2个应用性实验项目并纳入期中或平时考试成绩中,从而激发学生的学习兴趣。

4.结束语

针对新工科教育对计算机类专业实践创新能力的要求,在离散数学教学实践中进行了多方位、多层次的实验教学,使学生了解到离散数学的重要

性,激发了学生的学习兴趣,提高了学生程序设计能力和创新能力,取得了较好的教学效果。教学团队将进一步挖掘离散数学的相关知识点在计算机学科领域的应用,完善离散数学实验教学体系,使学生实践能力和创新思维得以协同培养,适应未来工程需要。

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高数论文什么是微积分?它是一种数学思想,‘无限细分’就是微分,‘无限求和’就是积分。无限就是极限,极限的思想是微积分的基础,它是用一种运动的思想看待问题。比如,子弹飞出枪膛的瞬间速度就是微分的概念,子弹每个瞬间所飞行的路程之和就是积分的概念 如果将整个数学比作一棵大树,那么初等数学是树的根,名目繁多的数学分支是树枝,而树干的主要部分就是微积分。微积分堪称是人类智慧最伟大的成就之一。从17世纪开始,随着社会的进步和生产力的发展,以及如航海、天文、矿山建设等许多课题要解决,数学也开始研究变化着的量,数学进入了“变量数学”时代,即微积分不断完善成为一门学科。整个17世纪有数十位科学家为微积分的创立做了开创性的研究,但使微积分成为数学的一个重要分支的还是牛顿和莱布尼茨。 从微积分成为一门学科来说,是在17世纪,但是,微分和积分的思想早在古代就已经产生了。公元前3世纪,古希腊的数学家、力学家阿基米德(公元前287—前212)的著作《圆的测量》和《论球与圆柱》中就已含有微积分的萌芽,他在研究解决抛物线下的弓形面积、球和球冠面积、螺线下的面积和旋转双曲线的体积的问题中就隐含着近代积分的思想。作为微积分的基础极限理论来说,早在我国的古代就有非常详尽的论述,比如庄周所著的《庄子》一书中的“天下篇”中,著有“一尺之棰,日取其半,万世不竭”。三国时期的刘徽在他的割圆术中提出“割之弥细,所失弥少,割之又割以至于不可割,则与圆合体而无所失矣”。他在1615年《测量酒桶体积的新科学》一书中,就把曲线看成边数无限增大的直线形。圆的面积就是无穷多个三角形面积之和,这些都可视为典型极限思想的佳作。意大利数学家卡瓦列利在1635年出版的《连续不可分几何》,就把曲线看成无限多条线段(不可分量)拼成的。这些都为后来的微积分的诞生作了思想准备。 17世纪生产力的发展推动了自然科学和技术的发展,不但已有的数学成果得到进一步巩固、充实和扩大,而且由于实践的需要,开始研究运动着的物体和变化的量,这样就获得了变量的概念,研究变化着的量的一般性和它们之间的依赖关系。到了17世纪下半叶,在前人创造性研究的基础上,英国大数学家、物理学家艾萨克·牛顿(1642-1727)是从物理学的角度研究微积分的,他为了解决运动问题,创立了一种和物理概念直接联系的数学理论,即牛顿称之为“流数术”的理论,这实际上就是微积分理论。牛顿的有关“流数术”的主要著作是《求曲边形面积》、《运用无穷多项方程的计算法》和《流数术和无穷极数》。这些概念是力学概念的数学反映。牛顿认为任何运动存在于空间,依赖于时间,因而他把时间作为自变量,把和时间有关的固变量作为流量,不仅这样,他还把几何图形——线、角、体,都看作力学位移的结果。因而,一切变量都是流量。 牛顿指出,“流数术”基本上包括三类问题。 (l)“已知流量之间的关系,求它们的流数的关系”,这相当于微分学。 (2)已知表示流数之间的关系的方程,求相应的流量间的关系。这相当于积分学,牛顿意义下的积分法不仅包括求原函数,还包括解微分方程。 (3)“流数术”应用范围包括计算曲线的极大值、极小值、求曲线的切线和曲率,求曲线长度及计算曲边形面积等。 牛顿已完全清楚上述(l)与(2)两类问题中运算是互逆的运算,于是建立起微分学和积分学之间的联系。 牛顿在1665年5月20目的一份手稿中提到“流数术”,因而有人把这一天作为诞生微积分的标志。 莱布尼茨使微积分更加简洁和准确 而德国数学家莱布尼茨(G.W.Leibniz 1646-1716)则是从几何方面独立发现了微积分,在牛顿和莱布尼茨之前至少有数十位数学家研究过,他们为微积分的诞生作了开创性贡献。但是池们这些工作是零碎的,不连贯的,缺乏统一性。莱布尼茨创立微积分的途径与方法与牛顿是不同的。莱布尼茨是经过研究曲线的切线和曲线包围的面积,运用分析学方法引进微积分概念、得出运算法则的。牛顿在微积分的应用上更多地结合了运动学,造诣较莱布尼茨高一筹,但莱布尼茨的表达形式采用数学符号却又远远优于牛顿一筹,既简洁又准确地揭示出微积分的实质,强有力地促进了高等数学的发展。 莱布尼茨创造的微积分符号,正像印度——阿拉伯数码促进了算术与代数发展一样,促进了微积分学的发展,莱布尼茨是数学史上最杰出的符号创造者之一。 牛顿当时采用的微分和积分符号现在不用了,而莱布尼茨所采用的符号现今仍在使用。莱布尼茨比别人更早更明确地认识到,好的符号能大大节省思维劳动,运用符号的技巧是数学成功的关键之一。

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组合数学概述 组合数学,又称为离散数学,但有时人们也把组合数学和图论加在一起算成是离散数学。组合数学是计算机出现以后迅速发展起来的一门数学分支。计算机科学就是算法的科学,而计算机所处理的对象是离散的数据,所以离散对象的处理就成了计算机科学的核心,而研究离散对象的科学恰恰就是组合数学。组合数学的发展改变了传统数学中分析和代数占统治地位的局面。现代数学可以分为两大类:一类是研究连续对象的,如分析、方程等,另一类就是研究离散对象的组合数学。组合数学不仅在基础数学研究中具有极其重要的地位,在其它的学科中也有重要的应用,如计算机科学、编码和密码学、物理、化学、生物等学科中均有重要应用。微积分和近代数学的发展为近代的工业革命奠定了基础。而组合数学的发展则是奠定了本世纪的计算机革命的基础。计算机之所以可以被称为电脑,就是因为计算机被人编写了程序,而程序就是算法,在绝大多数情况下,计算机的算法是针对离散的对象,而不是在作数值计算。正是因为有了组合算法才使人感到,计算机好象是有思维的。 组合数学不仅在软件技术中有重要的应用价值,在企业管理,交通规划,战争指挥,金融分析等领域都有重要的应用。在美国有一家用组合数学命名的公司,他们用组合数学的方法来提高企业管理的效益,这家公司办得非常成功。此外,试验设计也是具有很大应用价值的学科,它的数学原理就是组合设计。用组合设计的方法解决工业界中的试验设计问题,在美国已有专门的公司开发这方面的软件。最近,德国一位著名组合数学家利用组合数学方法研究药物结构,为制药公司节省了大量的费用,引起了制药业的关注。 在1997年11月的南开大学组合数学研究中心成立大会上,吴文俊院士指出,每个时代都有它特殊的要求,使得数学出现一个新的面貌,产生一些新的数学分支,组合数学这个新的分支也是在时代的要求下产生的。最近,吴文俊院士又指出,信息技术很可能会给数学本身带来一场根本性的变革,而组合数学则将显示出它的重要作用。杨乐院士也指出组合数学无论在应用上和理论上都具有越来越重要的位置,它今后的发展是很有生命力,很有前途的,中国应该倡导这个方面的研究工作。万哲先院士甚至举例说明了华罗庚,许宝禄,吴文俊等中国老一辈的数学家不仅重视组合数学,同时还对组合数学中的一些基本问题作了重大贡献。迫于中国组合数学发展自身的需要,以及中国信息产业发展的需要,在中国发展组合数学已经迫在眉睫,刻不容缓。 2. 组合数学与计算机软件 随着计算机网络的发展,计算机的使用已经影响到了人们的工作,生活,学习,社会活动以及商业活动,而计算机的应用根本上是通过软件来实现的。我在美国听到过一种说法,将来一个国家的经济实力可以直接从软件产业反映出来。我国在软件上的落后,要说出根本的原因可能并不是很简单的事,除了技术和科学上的原因外,可能还跟我们的文化,管理水平,教育水平,思想素质等诸多因素有关。除去这些人文因素以外,一个最根本的原因就是我国的信息技术的数学基础十分薄弱,这个问题不解决,我们就难成为软件强国。然而问题决不是这么简单,信息技术的发展已经涉及到了很深的数学知识,而数学本身也已经发展到了很深、很广的程度并不是单凭几个聪明的头脑去想想就行了,而更重要的是需要集体的合作和力量,就象软件的开发需要多方面的人员的合作。美国的软件之所以能领先,其关键就在于在数学基础上他们有很强的实力,有很多杰出的人才。一般人可能会认为数学是一门纯粹的基础科学,1+1的解决可能不会有任何实际的意义。如果真是这样,一门纯粹学科的发展落后几年,甚至十年,关系也不大。然而中国的软件产业的发展已向数学基础提出了急切的需求:网络算法和分析,信息压缩,网络安全,编码技术,系统软件,并行算法,数学机械化和计算机推理,等等。此外,与实际应用有关的还有许多许多需要数学基础的算法,如运筹规划,金融工程,计算机辅助设计等。如果我们的软件产业还是把眼光一直盯在应用软件和第二次开发,那么我们在应用软件这个领域也会让国外的企业抢去很大的市场。如果我们现在在信息技术的数学基础上,大力支持和投入,那将是亡羊补牢,犹未为晚;只要我们能抢回信息技术的数学基地,那么我们还有可能在软件产业的竞争中,扭转局面,甚至反败为胜。吴文俊院士开创和领导的数学机械化研究,为中国在信息技术领域占领了一个重要的阵地,有了雄厚的数学基础,自然就有了软件开发的竞争力。这样的阵地多几个,我们的软件产业就会产生新的局面。值得注意的是,印度有很好的统计和组合数学基础,这可能也是印度的软件产业近几年有很大发展的原因。 3. 组合数学在国外的状况 纵观全世界软件产业的情况,易见一个奇特的现象:美国处于绝对的垄断地位。造成这种现象的一个根本的原因就是计算机科学在美国的飞速发展。当今计算机科学界的最权威人士很多都是研究组合数学出身的。美国最重要的计算机科学系(MIT,Princeton,Stanford,Harvard,Yale,….)都有第一流的组合数学家。计算机科学通过对软件产业的促进,带来了巨大的效益,这已是不争之事实。组合数学在国外早已成为十分重要的学科,甚至可以说是计算机科学的基础。一些大公司,如IBM,AT&T都有全世界最强的组合研究中心。Microsoft 的Bill Gates近来也在提倡和支持计算机科学的基础研究。例如,Bell实验室的有关线性规划算法的实现,以及有关计算机网络的算法,由于有明显的商业价值,显然是没有对外公开的。美国已经有一种趋势,就是与新的算法有关的软件是可以申请专利的。如果照这种趋势发展,世界各国对组合数学和计算机算法的投入和竞争必然日趋激烈。美国政府也成立了离散数学及理论计算机科学中心DIMACS(与Princeton大学,Rutgers大学,AT&T 联合创办的,设在Rutgers大学),该中心已是组合数学理论计算机科学的重要研究阵地。美国国家数学科学研究所(Mathematical Sciences Research Institute,由陈省身先生创立)在1997年选择了组合数学作为研究专题,组织了为期一年的研究活动。日本的NEC公司还在美国的设立了研究中心,理论计算机科学和组合数学已是他们重要的研究课题,该中心主任R. Tarjan即是组合数学的权威。我所熟悉的美国重要的国家实际室(Los Alamos国家实验室,以造出第一颗原子弹著称于世),从曼哈顿计划以来一直重视应用数学的研究,包括组合数学的研究。我所接触到的有关组合数学的计算机模拟项目经费达三千万美元。不仅如此,该实验室最近还在积极充实组合数学方面的研究实力。美国另外一个重要的国家实验室Sandia国家实验室有一个专门研究组合数学和计算机科学的机构,主要从事组合编码理论和密码学的研究,在美国政府以及国际学术界都具有很高的地位。由于生物学中的DNA的结构和生物现象与组合数学有密切的联系,各国对生物信息学的研究都很重视,这也是组合数学可以发挥作用的一个重要领域。前不久召开的北京香山会议就体现了国家对生物信息学的高度重视。据说IBM也将成立一个生物信息学研究中心。由于DNA就是组合数学中的一个序列结构,美国科学院院士,近代组合数学的奠基人Rota教授预言,生物学中的组合问题将成为组合数学的一个前沿领域。 美国的大学,国家研究机构,工业界,军方和情报部门都有许多组合数学的研究中心,在研究上投入了大量的经费。但他们得到的收益远远超过了他们的投入,更主要的是他们还聚集了组合数学领域全世界最优秀的人才。高层次的软件产品处处用到组合数学,更确切地说就是组合算法。传统的计算机算法可以分为两大类,一类是组合算法,一类是数值算法(包括计算数学和与处理各种信息数据有关的信息学)。依我个人的浅见,近年来计算机算法又多了一类:那就是符号计算算法。吴文俊院士开创的机器证明方法就属于符号计算,引起了国际上的高度评价,被称为吴方法。而国际上还有专门的符号计算杂志。符号算法和吴方法跟代数组合学也有十分密切的联系。组合数学,数值计算(包括计算数学,科学计算,非线性科学,和与处理各种信息数据有关的信息学)和统计学可能是应用最广的数学分支,而组合数学的价值甚至不亚于统计学和数值计算。由于数学机械化近年来的发展和在计算机科学中的重要性,把数学机械化,科学计算和组合数学组合起来,就可以说是中国信息产业的基础。组合数学家H. Wilf和D. Zeilberger1998因为在组合恒等式的机械化证明方面的成果,获得1998年美国数学会的Steele奖。 Gian-Carlo Rota教授在他去年不幸逝世之前,还专门向我提出,希望我向中国有关部门和领导人呼吁,组合数学是计算机软件产业的基础,中国最终一定能成为一个软件大国,但是要实现这个目标的一个突破点就是发展组合数学。中国在软件技术上远远落后于美国,而在组合数学上则更是落后于美国和欧洲。如果中国只是想在软件技术上跟着西方走,而不在组合数学上下功夫,那么中国的软件将一直处于落后的状态。他特别强调组合数学在计算机科学中的作用,以及在大学计算机系加强组合数学教学和人才培养。 最近Thomson Science公司创刊的一份电子刊物《离散数学和理论计算机科学》即是一个很好的说明。它的内容涉及离散数学和计算机科学的众多方面。由于计算机软件的促进和需求,组合数学已成为一门既广博又深奥的学科,需要很深的数学基础,逐渐成为了数学的主流分支。本世纪公认的伟大数学家盖尔芳德预言组合数学和几何学将是下一世纪数学研究的前沿阵地。这一观点不仅得到国际数学界的赞同,也得到了中国数学界的赞同和响应。 加拿大在Montreal成立了试验数学研究中心,他们的思路可能和吴文俊院士的数学机械化研究中心的发展思路类似,使数学机械化,算法化,不仅使数学为计算机科学服务,同时也使计算机为数学研究服务。吴文俊院士指出,中国传统数学中本身就有浓厚的算法思想。 今后的计算机要向更加智能化的方向发展,其出路仍然是数学的算法,和数学的机械化。另外的一个有说服力的现象是,组合数学家总是可以在大学的计算机系或者在计算机公司找到很好的工作,一个优秀的组合数学家自然就是一个优秀的计算机科学家。相反,美国所有大学计算机系都有组合数学的课程。 除上述以外,欧洲也在积极发展组合数学,英国、法国、德国、荷兰、丹麦、奥地利、瑞典、意大利、西班牙等国家都建立了各种形式的组合数学研究中心。近几年,南美国家也在积极推动组合数学的研究。澳大利亚,新西兰也组建了很强的组合数学研究机构。值得一提的是亚洲的发达国家也十分重视组合数学的研究。日本有组合数学研究中心,并且从美国引进人才,不仅支持日本国内的研究,还出资支持美国的有关课题的研究,这样使日本的组合数学这几年的发展极为迅速。台湾、香港两地也从美国引进人才,大力发展组合数学。新加坡,韩国,马来西亚也在积极推动组合数学的研究和人才培养。台湾的数学研究中心也正在考虑把组合数学作为重点方向来发展。世界各地对组合数学的如此钟爱显然是有原因的,那就是没有组合数学就没有计算机科学,没有计算机软件。 4. 组合数学花絮 ** 在日常生活中我们常常遇到组合数学的问题。如果你仔细留心一张世界地图,你会发现用一种颜色对一个国家着色,那么一共只需要四种颜色就能保证每两个相邻的国家的颜色不同。这样的着色效果能使每一个国家都能清楚地显示出来。但要证明这个结论确是一个著名的世界难题,最终借助计算机才得以解决,最近人们才发现了一个更简单的证明。 ** 我国古代的河洛图上记载了三阶幻方,即把从一到九这九个数按三行三列的队行排列,使得每行,每列,以及两条对角线上的三个数之和都是一十五。组合数学中有许多象幻方这样精巧的结构。1977年美国旅行者1号、2号宇宙飞船就带上了幻方以作为人类智慧的信号。 ** 当你装一个箱子时,你会发现要使箱子尽可能装满不是一件很容易的事,你往往需要做些调整。从理论上讲,装箱问题是一个很难的组合数学问题,即使用计算机也是不容易解决的。 ** 在中小学的数学游戏中,有这样一个问题,一个船夫要把一只狼,一只羊和一棵白菜运过河。问题是当人不在场时,狼要吃羊,羊要吃白菜,而他的船每趟只能运其中的一个。他怎样才能把三者都运过河呢?这就是一个很典型、很简单的组合数学问题。 ** 我们还会遇到更复杂的调度和安排问题。例如,在生产原子弹的曼哈顿计划中,涉及到很多工序,许多人员的安排,很多元件的生产,怎样安排各种人员的工作,以及各种工序间的衔接,从而使整个工期的时间尽可能短?这些都是组合数学典型例子。 ** 航空调度和航班的设定也是组合数学的问题。怎样确定各个航班以满足 不同旅客转机的需要,同时也使得每个机场的航班起落分布合理。此外,在一些航班有延误等特殊情况下,怎样作最合理的调整,这些都是 组合数学的问题。 ** 对于城市的交通管理,交通规划,哪些地方可能是阻塞要地,哪些地方 应该设单行道,立交桥建在哪里最合适,红绿灯怎样设定最合理, 如此等等,全是组合数学的问题。 ** 一个邮递员从邮局出发,要走完他所管辖的街道,他应该怎样选择什么样的路径,这就是著名的"中国邮递员问题",由中国组合数学家管梅谷教授提出,著名组合数学家,J. Edmonds和他的合作者给出了一个解答。 ** 一个通讯网络怎样布局最节省?美国的贝尔实验室和IBM公司都有世界一流的组合数学家在研究这个问题,这个问题直接关系到巨大的经济利益。 ** 据说,假日饭店的管理中,也严格规定了有关的工序,如清洁工的第一步是换什么,清洗什么,第二步又做什么,总之,他进出房间的次数应该最少。既然,这样一个简单的工作都需要讲究工序,那么一个复杂的工程就更不用说了。 ** 库房和运输的管理也是典型的组合数学问题。怎样安排运输使得库房充分发挥作用,进一步来说,货物放在什么地方最便于存取(如存储时间短的应该放在容易存取的地方)。 ** 我们知道,用形状相同的方型砖块可以把一个地面铺满(不考虑边缘的情况),但是如果用不同形状,而又非方型的砖块来铺一个地面,能否铺满呢?这不仅是一个与实际相关的问题,也涉及到很深的组合数学问题。 ** 组合数学中有一个著名问题:是否存在稳定婚姻的问题。假如能找到两对夫妇(如张(男)--李(女)和赵(男)--王(女)),如果张(男)更喜欢王(女),而王(女)也更喜欢张(男),那么这样就可能有潜在的不稳定性。组合数学的方法可以找到一种婚姻的安排方法,使得没有上述的不稳定情况出现(当然这只是理论上的结论)。这种组合数学的方法却有 一个实际的用途:美国的医院在确定录取住院医生时,他们将考虑申请者的志愿的先后次序,同时也给申请排序。按这样的 次序考虑出的总的方案将没有医院和申请者两者同时后悔的情况。 实际上,高考学生的最后录取方案也可以用这种方法。 ** 组合数学还可用于金融分析,投资方案的确定,怎样找出好的投资组合以降低投资风险。南开大学组合数学研究中心开发出了"金沙股市风险分析系统"现已投放市场,为短线投资者提供了有效的风险防范工具。 总之,组合数学无处不在,它的主要应用就是在各种复杂关系中找出最优的方案。所以组合数学完全可以看成是一门量化的关系学,一门量化了的运筹学,一门量化了的管理学。 胡锦涛同志在1998年接见"五四"青年奖章时发表的讲话中指出,组合数学不同于传统的纯数学的一个分支,它还是一门应用学科,一门交叉学科。他希望中国的组合数学研究能够为国家的经济建设服务。 如果21世纪是信息社会的世纪,那么21世纪也必将是组合数学大有可为的世纪。

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