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2005高教社杯全国大学生数学建模竞赛题目

2018年01月19日 13:41:48 来源: 作者: 字号:TT

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2005高教社杯全国大学生数学建模竞赛题目

(请先阅读 “对论文格式的统一要求”)

 

 

 

A: 长江水质的评价和预测

 

水是人类赖以生存的资源,保护水资源就是保护我们自己,对于我国大江大河水资源的保护和治理应是重中之重。专家们呼吁:“以人为本,建设文明和谐社会,改善人与自然的环境,减少污染。”

长江是我国第一、世界第三大河流,长江水质的污染程度日趋严重,已引起了相关政府部门和专家们的高度重视。200410月,由全国政协与中国发展研究院联合组成“保护长江万里行”考察团,从长江上游宜宾到下游上海,对沿线21个重点城市做了实地考察,揭示了一幅长江污染的真实画面,其污染程度让人触目惊心。为此,专家们提出“若不及时拯救,长江生态10年内将濒临崩溃”(附件1),并发出了“拿什么拯救癌变长江”的呼唤(附件2)。

附件3给出了长江沿线17个观测站(地区)近两年多主要水质指标的检测数据,以及干流上7个观测站近一年多的基本数据(站点距离、水流量和水流速)。通常认为一个观测站(地区)的水质污染主要来自于本地区的排污和上游的污水。一般说来,江河自身对污染物都有一定的自然净化能力,即污染物在水环境中通过物理降解、化学降解和生物降解等使水中污染物的浓度降低。反映江河自然净化能力的指标称为降解系数。事实上,长江干流的自然净化能力可以认为是近似均匀的,根据检测可知,主要污染物高锰酸盐指数和氨氮的降解系数通常介于0.1~0.5之间,比如可以考虑取0.2 (单位:1/)。附件4是“1995~2004年长江流域水质报告”给出的主要统计数据。下面的附表是国标(GB3838-2002)给出的《地表水环境质量标准》中4个主要项目标准限值,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类为可饮用水

请你们研究下列问题:

1)对长江近两年多的水质情况做出定量的综合评价,并分析各地区水质的污染状况。

2)研究、分析长江干流近一年多主要污染物高锰酸盐指数和氨氮的污染源主要在哪些地区?

3)假如不采取更有效的治理措施,依照过去10年的主要统计数据,对长江未来水质污染的发展趋势做出预测分析,比如研究未来10年的情况。

4)根据你的预测分析,如果未来10年内每年都要求长江干流的Ⅳ类和Ⅴ类水的比例控制在20%以内,且没有劣Ⅴ类水,那么每年需要处理多少污水?

5)你对解决长江水质污染问题有什么切实可行的建议和意见。

 

附表: 《地表水环境质量标准》(GB3838—20024个主要项目标准限值             单位:mg/L

 
 

 


                分 类

            标准值

    

Ⅰ类

Ⅱ类

Ⅲ类

Ⅳ类

Ⅴ类

劣Ⅴ类

1

溶解氧(DO)          ≥

7.5

(或饱和率90%

6

5

3

2

   0

2

高锰酸盐指数(CODMn) ≤

2

4

6

10

15

3

氨氮(NH3-N       

0.15

0.5

1.0

1.5

2.0

4

PH值(无量纲)

6---9

 

 

(注:附件1~4位于压缩文件A2005Data.rar, 可从http://mcm.edu.cn/mcm05/problems2005c.asp下载)

 

B题: DVD在线租赁

随着信息时代的到来,网络成为人们生活中越来越不可或缺的元素之一。许多网站利用其强大的资源和知名度,面向其会员群提供日益专业化和便捷化的服务。例如,音像制品的在线租赁就是一种可行的服务。这项服务充分发挥了网络的诸多优势,包括传播范围广泛、直达核心消费群、强烈的互动性、感官性强、成本相对低廉等,为顾客提供更为周到的服务。

考虑如下的在线DVD租赁问题。顾客缴纳一定数量的月费成为会员,订购DVD租赁服务。会员对哪些DVD有兴趣,只要在线提交订单,网站就会通过快递的方式尽可能满足要求。会员提交的订单包括多张DVD,这些DVD是基于其偏爱程度排序的。网站会根据手头现有的DVD数量和会员的订单进行分发。每个会员每个月租赁次数不得超过2次,每次获得3DVD。会员看完3DVD之后,只需要将DVD放进网站提供的信封里寄回(邮费由网站承担),就可以继续下次租赁。请考虑以下问题:

1)  网站正准备购买一些新的DVD,通过问卷调查1000个会员,得到了愿意观看这些DVD的人数(表1给出了其中5DVD的数据)。此外,历史数据显示,60%的会员每月租赁DVD两次,而另外的40%只租一次。假设网站现有10万个会员,对表1中的每种DVD来说,应该至少准备多少张,才能保证希望看到该DVD的会员中至少50%在一个月内能够看到该DVD?如果要求保证在三个月内至少95%的会员能够看到该DVD呢?

2)  2中列出了网站手上100DVD的现有张数和当前需要处理的1000位会员的在线订单(表2的数据格式示例如下表2,具体数据请从http://mcm.edu.cn/mcm05/problems2005c.asp下载),如何对这些DVD进行分配,才能使会员获得最大的满意度?请具体列出前30位会员(即C0001~C0030)分别获得哪些DVD

3)  继续考虑表2,并假设表2DVD的现有数量全部为0。如果你是网站经营管理人员,你如何决定每种DVD的购买量,以及如何对这些DVD进行分配,才能使一个月内95%的会员得到他想看的DVD,并且满意度最大?

4)  如果你是网站经营管理人员,你觉得在DVD的需求预测、购买和分配中还有哪些重要问题值得研究?请明确提出你的问题,并尝试建立相应的数学模型。

 

1 1000个会员调查的部分结果

DVD名称

DVD1

DVD2

DVD3

DVD4

DVD5

愿意观看的人数

200

100

50

25

10

 

2  现有DVD张数和当前需要处理的会员的在线订单(表格格式示例)

DVD编号

D001

D002

D003

D004

DVD现有数量

10

40

15

20

 

会员在线订单

 

C0001

6

0

0

0

C0002

0

0

0

0

C0003

0

0

0

3

C0004

0

0

0

0

注:D001~D100表示100DVD, C0001~C1000表示1000个会员, 会员的在线订单用数字1,2,…表示,数字越小表示会员的偏爱程度越高,数字0表示对应的DVD当前不在会员的在线订单中。

(注:表2数据位于文件B2005Table2.xls, 可从http://mcm.edu.cn/mcm05/problems2005c.asp下载)

 

 

C  雨量预报方法的评价

雨量预报对农业生产和城市工作和生活有重要作用,但准确、及时地对雨量作出预报是一个十分困难的问题,广受世界各国关注。我国某地气象台和气象研究所正在研究6小时雨量预报方法,即每天晚上20点预报从21点开始的4个时段(21点至次日3点,次日3点至9点,9点至15点,15点至21点)在某些位置的雨量,这些位置位于东经120度、北纬32度附近的53×47的等距网格点上。同时设立91个观测站点实测这些时段的实际雨量,由于各种条件的限制,站点的设置是不均匀的。

气象部门希望建立一种科学评价预报方法好坏的数学模型与方法。气象部门提供了41天的用两种不同方法的预报数据和相应的实测数据。预报数据在文件夹FORECAST中,实测数据在文件夹MEASURING中,其中的文件都可以用Windows系统的“写字板”程序打开阅读。

FORECAST中的文件lon.datlat.dat分别包含网格点的经纬度,其余文件名为<f日期i>_dis1<f日期i>_dis2,例如f6181_dis1中包含2002618晚上20采用第一种方法预报的第一时段数据(其2491个数据为该时段各网格点的雨量),而f6183_dis2中包含2002618晚上20采用第二种方法预报的第三时段数据。

MEASURING中包含了41个名为<日期>.SIX的文件,如020618.SIX表示2002618晚上21点开始的连续4个时段各站点的实测数据(雨量)这些文件的数据格式是:

站号      纬度      经度           1     2     3      4

58138     32.9833    118.5167         0.0000     0.2000      10.1000      3.1000

58139     33.3000    118.8500         0.0000     0.0000       4.6000      7.4000

58141     33.6667    119.2667         0.0000     0.0000       1.1000      1.4000

58143     33.8000    119.8000         0.0000     0.0000       0.0000      1.8000

58146     33.4833    119.8167         0.0000     0.0000       1.5000      1.9000

……

雨量用毫米做单位,小于0.1毫米视为无雨。

(1)   请建立数学模型来评价两种6小时雨量预报方法的准确性;

(2)   气象部门将6小时降雨量分为6等:0.1—2.5毫米为小雨,2.6—6毫米为中雨,6.1—12毫米为大雨,12.1—25毫米为暴雨,25.1—60毫米为大暴雨,大于60.1毫米为特大暴雨。若按此分级向公众预报,如何在评价方法中考虑公众的感受?

 

(注:本题数据位于压缩文件C2005Data.rar, 可从http://mcm.edu.cn/mcm05/problems2005c.asp下载)

 

 

D题: DVD在线租赁

随着信息时代的到来,网络成为人们生活中越来越不可或缺的元素之一。许多网站利用其强大的资源和知名度,面向其会员群提供日益专业化和便捷化的服务。例如,音像制品的在线租赁就是一种可行的服务。这项服务充分发挥了网络的诸多优势,包括传播范围广泛、直达核心消费群、强烈的互动性、感官性强、成本相对低廉等,为顾客提供更为周到的服务。

考虑如下的在线DVD租赁问题。顾客缴纳一定数量的月费成为会员,订购DVD租赁服务。会员对哪些DVD有兴趣,只要在线提交订单,网站就会通过快递的方式尽可能满足要求。会员提交的订单包括多张DVD,这些DVD是基于其偏爱程度排序的。网站会根据手头现有的DVD数量和会员的订单进行分发。每个会员每个月租赁次数不得超过2次,每次获得3DVD。会员看完3DVD之后,只需要将DVD放进网站提供的信封里寄回(邮费由网站承担),就可以继续下次租赁。请考虑以下问题:

1)  网站正准备购买一些新的DVD,通过问卷调查1000个会员,得到了愿意观看这些DVD的人数(表1给出了其中5DVD的数据)。此外,历史数据显示,60%的会员每月租赁DVD两次,而另外的40%只租一次。假设网站现有10万个会员,对表1中的每种DVD来说,应该至少准备多少张,才能保证希望看到该DVD的会员中至少50%在一个月内能够看到该DVD?如果要求保证在三个月内至少95%的会员能够看到该DVD呢?

2)  2中列出了网站手上20DVD的现有张数和当前需要处理的100位会员的在线订单(表2表格格式示例如下表2,具体数据请从http://mcm.edu.cn/mcm05/problems2005c.htm下载),如何对这些DVD进行分配,才能使会员获得最大的满意度?请具体列出前30位会员(即C0001~C0030)分别获得哪些DVD

3)  继续考虑表2,并假设表2DVD的现有数量全部为0。如果你是网站经营管理人员,你如何决定每种DVD的购买量,以及如何对这些DVD进行分配,才能使一个月内95%的会员得到他想看的DVD,并且满意度最大?

 

1 1000个会员调查的部分结果

DVD名称

DVD1

DVD2

DVD3

DVD4

DVD5

愿意观看的人数

200

100

50

25

10

 

2  现有DVD张数和当前需要处理的会员的在线订单(表格格式示例)

DVD编号

D001

D002

D003

D004

DVD现有数量

8

1

22

10

 

会员在线订单

 

C0001

0

0

2

0

C0002

1

0

9

0

C0003

0

6

0

0

C0004

0

0

0

0

注:D001~D020表示20DVD, C0001~C0100表示100个会员,会员的在线订单用数字1,2,…表示,数字越小表示会员的偏爱程度越高,数字0表示对应的DVD当前不在会员的在线订单中。

(注:表2数据位于文件D2005Table2.xls, 可从http://mcm.edu.cn/mcm05/problems2005c.asp下载)

 

 

 

 

 

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