内容简介
本书以数学建模为主线,通过33个精心设计的专题,带领读者探索数学与自然、社会、艺术等众多领域的奇妙联系。作者朱浩楠老师致力于将抽象的数学概念转化为可感知、可应用的模型,帮助读者培养跨学科的思维能力和解决实际问题的能力。
内容涵盖从基础建模方法到前沿应用案例,包括但不限于种群动态、传染病传播、交通流优化、金融市场分析、图像处理与机器学习等经典与现代主题。每个专题均从实际问题出发,逐步构建数学模型,并辅以生动的图示和直观的阐释,使数学不再是枯燥的公式,而成为理解缤纷世界的钥匙。
本书适合对数学应用感兴趣的高中生、大学生、研究生以及从事数据分析、工程研发的从业者阅读。读者无需深厚的数学基础,只需具备高中水平即可轻松入门,并在阅读过程中建立起系统性的建模思维框架,从而在科研、竞赛或职场中灵活运用数学工具解决复杂挑战。
目录
序
自序
话题 1:日常生活中的等差数列和等比数列
1. 城市中交通路线的平均长度——等差数列与堆垒求和
2. 估计商品的价位——等比中项与几何平均
3. 住院病人给药时间表的设计——等比数列求和与极限控制法
话题 2:二次和三次函数样条与数据的插值
话题 3:指数函数与对数函数的普适价值
1. 指数函数与累积效应
2. 对数函数与主观选择
3. 双指数型函数与分部递推
话题 4:三角函数与极小曲面
话题 5:概率的加法与乘法原理、加权平均的递推
话题 6:解析几何与带标签数据的模糊线性分类
话题 7:进制观点下的分类、距离与解析
1. 利用二分类的分类器实现多分类
2. 同一个数在不同的进制下的表示——泰勒展开与零点阶数
3. 进制距离
话题 8:迭代预测的测不准原理与熵距
话题 9:数据直径、凸集及荣格定理
话题 10:欧式几何与离散几何的桥梁——皮克定理及其应用
话题 11:暗室与艺廊——平面几何与照明
话题 12:纽结与琼斯多项式
话题 13:同余、解析几何与随机数生成器
1. 谱测试 [6]
2. 图测试 [7]
话题 14:井盖、滚木与等宽图形
话题 15:自平衡支架的设计与星形线
话题 16:连分式、计算的自动修正和超越数
话题 17:黑暗森林法则与社会契约
1. 博弈与均衡
2. 用动态的观点去分析共存的情形
3. 社会契约与森林伦理
话题 18:太空牵引飞船的行驶守则
话题 19:弓形面积计算的几何方法与“弦切定比”曲线
话题 20:直方图均衡化与图片去雾霾
话题 21:曲线的受控形变、贝塞尔曲线与贝塞尔变换
1. 贝塞尔曲线作为动点轨迹的平面几何构造
2. 贝塞尔曲线的性质与受控形变
3. 贝塞尔变换及光滑函数类在可导函数类中的“稠密性”
话题 22:沃罗诺伊图与狄利克雷自由变形
1. 寻找三角形的外心与一般沃罗诺伊图的构造
2. 局部 Sibson 坐标和全局 Sibson 坐标
3. 狄利克雷自由变形方法及其性质
4. 狄利克雷自由变形方法的应用
话题 23:动力系统的周期解与生态循环
1. 土丘函数与动力系统的周期解
2. 两个物种之间的捕猎食饵模型
3. 沃尔泰拉原理与适度捕猎
话题 24:带有地域迁徙的传染病模型
1. 经典 SIR 模型的连续形式与离散形式
2. 带有地域迁徙的 SIR 模型
话题 25:相似三角形与城墙长度估测
话题 26:水面映字与半球映射
话题 27:复数的几何意义、共形变换与图片扫描
1. 复数及其运算的几何意义
2. 共形映射与调和函数
3. 黎曼映射定理的介绍
4. 利用共形映射实现对扫描图片的整形
话题 28:再谈艺廊摄像头问题——二重监控
话题 29:Sigmoid 函数与万有逼近定理
1. Sigmoid 函数与阶跃函数
2. S 型函数的线性组合与阶梯函数
3. 神经网络的万有逼近定理
4. 利用 Sigmoid 函数逼近多分支规则
5. Sigmoid 函数的变种:ReLU 函数
话题 30:流方法、曲线和曲面的镶嵌
1. 一些数学工具的准备——曲线论基础、向量的叉积和弧长公式
2. 曲线镶嵌问题与平面内的流方法
3. 曲面镶嵌问题与空间中的流方法
4. 一些有趣的例子
话题 31:社会发展与二八定律
话题 32:墨菲定律与行业创新的推动策略
话题 33:概率对决策的影响——确定性的丧失与均衡的建立
1. 从混乱的无序到均衡的产生——以投球手击球手模型为例
2. 确定性的丧失和重构——以夫妻刷碗模型为例
3. 旧秩序的破坏和新结构的诞生——再谈夫妻刷碗模型
4. 确定性和随机性杂谈
参考文献及延伸阅读
适合高中生的建模题目
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