(1)明确问题
明确问题即建模的准备阶段,要建立现实问题的数学模型,第一步是要对解决的问题有一个明确清晰的的提法,通常我们遇到的某个实际问题,在开始阶段是比较模糊的,又带实际背景,因此在建模前必须对问题进行全面深入细致的了解和调查,查阅有关的文献,同时要着手收集有关的数据,收集数据时事先应考好数据的整理形式,例如利用表格或图形等。在这期间还应仔细分析已有的数据和条件,使问题进一步明确化。即从数据中得到什么信息?数据来源是否可靠?所给的条件有什么意义?那些条件是本质?那些条件是变动的等。对数据和条件的分析会进一步增强我们对问题的了解,使我们要更好地抓住问题的本质及特征,为数学建模打下好良好的基础。
(2)进行合理的假设
作为课题的原型都是复杂的,具体的,是质和量、现象和本质、偶然和必然的统一体。这样的原型如果不抽象和简化,人们对其认识是困难的,也是很难把握它的本质属性,而建模假设就是根据建模的目的对模型进行抽象,简化。把那些反映问题本质属性的形态,量及其关系抽象出来,简化掉那些非本质的因素,使之摆脱原型的具体复杂形态,形成对建模有用的信息资源和前提条件。
但如何对问题提出合理的假设是一个比较困难的问题,这是因为作得过于简单,则使模型远离现实,无法用来解决现实问题,假设做得过于详细,试图把各个方面的因素都想进去,模型就会十分复杂,甚至难以建立,也对我们计算带来复杂化,一般模型假设遵从以下原则:
①目的性原则,从原型中抽象出与建模目的有关的因素,简化掉无关的因素或关系不大的因素。
②简明性原则,所给的假设条件要简单,精确,有利于构造模型。
③真实性原则,假设条款要符合情理,简化带来的误差应满足实际问题所允许的范围内。
④全面性原则,在对事物原型本身作出的假设的同时,还要给出原型所处的环境条件 。
(3) 构造模型
在建模的假设的基础上,进一步分析建模的假设的条款,首先区分那些是常量,哪些是变量,哪些已知、未知,然后查出各种量所处的位置、作用和它们之间的关系 ,选择恰当的数学工具和构造模型的方法对其进行表征,构造出刻划实际问题的数学模型,这里要注意两点:其一,构造一具体的问题的模型是要尽可能地简单的模型,然后把它与实际问题进行比较,再把其次要的因素加进去,逐渐逼近现实来修改模型,使之趋于完善。其二,要善于借鉴已有的数学模型,许多的实际问题,尽管现象和背景都不同却有相同的模型。例如,力学中描述的力,质量和加速度之间的关系的的牛顿第二定律F= M a ,经济学中描述单价、销售金额和销售量之间的关系的公式C= p q等,数学模型都是y= k x ,要学会观察和分析,看到问题的本质,抓住本质特征,对我们已有的模型进行修正。
(4) 模型求解
不同的模型要用到不同数学工具求解,如可以采用解方程,画图形,证明定理,逻辑运算,数值运算等传统的方法和近代的数学方法,建模发展到现代多数场合的模型必须依靠电子计算机的数值求解。现行的软件有:<<几何画板>>,<<数学实验室—立体几何>>,Maple, Mathlab, Mathcal, Mathematic, Mathtool以及Sppss,SAS等。熟练利用这些数学软件会为我们求解带来快捷和方便。
(5)模型的检验与修正
建立数学模型的目的在于解决实际问题。因此必须把模型解得的结果返回到实际问题,如果模型的结果与实际问题状况相符合,表明模型经检验是符合实际问题的,相反则不行,它就不能直接应用于实际问题。这时数学模型建立如果没有问题,就需要考虑建模时关于所