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美国大学生数学建模竞赛(MCM/ICM)由美国数学及其应用联合会主办,是唯一的国际性数学建模竞赛,也是世界范围内最具影响力的数学建模竞赛。赛题内容涉及经济、管理、环境、资源、生态、医学、安全、等众多领域。
竞赛要求三人(本科生和研究生均可参加)为一组,在四天时间内,就指定的问题完成从建立模型、求解、验证到论文撰写的全部工作,体现了参赛选手研究问题、解决方案的能力及团队合作精神。 为现今各类数学建模竞赛之鼻祖。
MCM/ICM 是 Mathematical Contest In Modeling 和 Interdisciplinary Contest In Modeling 的缩写。MCM 始于 1985 年,ICM 始于 1999 年,由 COMAP(the Consortium for Mathematics and Its Application,美国数学及其应用联合会)主办,得到了 SIAM,NSA,INFORMS 等多个组织的赞助。MCM/ICM 着重强调研究和解决方案的原创性、团队合作、交流及结果的合理性。
2019年,共有来自美国、中国、加拿大、英国、澳大利亚等17个国家和地区共25370支队伍参加,包括来自哈佛大学、普林斯顿大学、麻省理工学院、清华大学、北京大学、上海交通大学等国际知名高校学生参与此项赛事角逐。
2020年,来自美国、澳大利亚、加拿大、英国、印度等多个国家与地区包括剑桥大学等众多高校在内的20948支队伍(MCM 13749支、ICM 7199支)参加,共评出Outstanding Winners奖37项(获奖率约018%),冠名奖16项(获奖率约007%)。
发展历史:
1985年,在美国科学基金会的资助下,创办了一个名为“数学建模竞赛”(Mathematical Competition In Modeling 后改名Mathematical Contest In Modeling,简称MCM)一年一度的大学水平的竞赛,MCM的宗旨是鼓励大学师生对范围并不固定的各种实际问题予以阐明、分析并提出解法,通过这样一种结构鼓励师生积极参与并强调实现完整的模型构造的过程。
它是一种彻底公开的竞赛,每年只有若干个来自不受限制的任何领域的实际问题,学生以三人组成一队的形式参赛,在四天内任选一题,完成该实际问题的数学建模的全过程,并就问题的重述、简化和假设及其合理性的论述、数学模型的建立和求解(及软件)、检验和改进、模型的优缺点及其可能的应用范围的自我评述等内容写出论文。
由专家组成的评阅组进行评阅,评出优秀论文,并给予某种奖励,它只有唯一的禁律,就是在竞赛期间不得与队外任何人(包括指导教师)讨论赛题,但可以利用任何图书资料、互联网上的资料、任何类型的计算机和软件等,为充分发挥参赛学生的创造性提供了广阔的空间。
第一届MCM时,就有美国70所大学90个队参加,到1992年已经有美国及其它一些国家的189所大学292个队参加。据主办方公布,2019年美国大学生数学建模竞赛吸引了包括美国、中国在内的来自全球17个国家和地区的25370支队伍参赛,竞赛已经成为一种国际性竞赛,影响极其广泛。
摘要:席位分配是日常生活中经常遇到的问题,对于企业、公司、、学校政府部门都能解决实际的问题。席位可以是代表大会、股东会议、公司企业员工大会、等的具体座位。假设说,有一个学校要召集开一个代表会议,席位只有20个,三个系总共200人,分别是甲系100,乙系60,丙系40如果你是会议的策划人,你要合理的分配会议厅的20个座位,既要保证每个系部都有人参加,最关键的就是要对个公平都公平,保证三个系部对你所安排的位置没有异议。那么这个问题就要靠数学建模的方法来解决。关键词: Q值法 公平席位
问题的重述:三个系部学生共200名,(甲系100乙系60,丙系40)代表会议共20席,按比例分配三个系分别为10、6、4席。老情况变为下列情况怎样分配才是最公平的,现因学生转系三系人数为1036334
(1) 问20席该如何分配。
(2) 若增加21席又如何分配。
问题的分析:
一、通常分配结果的公平与否以每个代表席位所代表的人数相等或接近来衡量。目前沿用的惯例分配方法为按比例分配方法,即:
某单位席位分配数 = 某单位总人数比例′总席位
如果按上述公式参与分配的一些单位席位分配数出现小数,则先按席位分配数的整数分配席位,余下席位按所有参与席位分配单位中小数的大小依次分配之。这样最初学生人数及学生代表席位为
系名 甲 乙 丙 总数
学生数 100 60 40 200
学生人数比例 100/200 60/200 40/200
席位分配 10 6 4 20
学生转系情况,各系学生人数及学生代表席位变为
系名 甲 乙 丙 总数
学生数 103 63 34 200
学生人数比例 103/200 63/200 34/200
按比例分配席位 103 63 34 20
按惯例席位分配 10 6 4 20
(1)20席应该甲系10席、乙系6席,丙系4席这样分配
二、学院决定再增加一个代表席位,总代表席位变为21个。重新按惯例分配席位,有
系名 甲 乙 丙 总数
学生数 103 63 34 200
学生人数比例 103/200 63/200 34/200
按比例分配席位 10815 6615 357 21
按惯例席位分配 11 7 3 21
这个分配结果出现增加一席后,丙系比增加席位前少一席的情况,这使人觉得席位分配明显不公平。要怎样才能公平呢,这时就要用数学建模要解决。
模型的建立:
假设由两个单位公平分配席位的情况,设
单位 人数 席位数 每席代表人数
单位A p1 n1
单位B p2 n2
要公平,应该有 = , 但这一般不成立。注意到等式不成立时有
若 > ,则说明单位A 吃亏(即对单位A不公平 )
若 < ,则说明单位B 吃亏 (即对单位B不公平 )
因此可以考虑用算式 来作为衡量分配不公平程度,不过此公式有不足之处(绝对数的特点),如:
某两个单位的人数和席位为 n1 =n2 =10 , p1 =120, p2=100, 算得 p=2
另两个单位的人数和席位为 n1 =n2 =10 , p1 =1020,p2=1000, 算得 p=2
虽然在两种情况下都有p=2,但显然第二种情况比第一种公平。
下面采用相对标准,对公式给予改进,定义席位分配的相对不公平标准公式:
若 则称 为对A的相对不公平值, 记为
若 则称 为对B的相对不公平值 ,记为
由定义有对某方的不公平值越小,某方在席位分配中越有利,因此可以用使不公平值尽量小的分配方案来减少分配中的不公平。
确定分配方案:
使用不公平值的大小来确定分配方案,不妨设 > ,即对单位A不公平,再分配一个席位时,关于 , 的关系可能有
1 > ,说明此一席给A后,对A还不公平;
2 < ,说明此一席给A后,对B还不公平,不公平值为
3 > ,说明此一席给B后,对A不公平,不公平值为
4 < ,不可能
上面的分配方法在第1和第3种情况可以确定新席位的分配,但在第2种情况时不好确定新席位的分配。用不公平值的公式来决定席位的分配,对于新的席位分配,若有
则增加的一席应给A ,反之应给B。对不等式 rB(n1+1,n2)<rA (n1,n2+1)进行简单处理,可以得出对应不等式
引入公式
于是知道增加的席位分配可以由Qk的最大值决定,且它可以推广到多个组的一般情况。用Qk的最大值决定席位分配的方法称为Q值法。
对多个组(m个组)的席位分配Q值法可以描述为:
1.先计算每个组的Q值:
Qk , k=1,2,…,m
2.求出其中最大的Q值Qi(若有多个最大值任选其中一个即可)
3.将席位分配给最大Q值Qi对应的第i组。
模型的求解:
先按应分配的整数部分分配,余下的部分按Q值分配。 本问题的整数名额共分配了19席,具体为:
甲 10815 n1 =10
乙 6615 n2 =6
丙 3570 n3 =3
对第20席的分配,计算Q值
Q1=1032/(10′11) = 9645 ; Q2=632/(6′7)= 945; Q3 =342/(3′4)=9633
因为Q1最大,因此第20席应该给甲系; 对第21席的分配,计算Q值
Q1=1032/(11′12)=8037 ; Q2 =632/(6′7)=945; Q3 =342/(3′4)=9633
因为Q3最大,因此第21席应该给丙系
(2)最后的席位分配为:甲 11席 乙 6席 丙 4席
结论:20席应该甲系10席、乙系6席,丙系4席这样分配
若21席应该甲系11席、乙系6席,丙系4席
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