数学建模——优秀论文
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数学建模——优秀论文
鲈鱼质量分析模型
摘要
本文讨论了鲈鱼的质量和其身长
,
胸围的关系。
首先我们假设鲈鱼的体重和
其身长呈正相关,
利用题目中所给出的数据进行拟合,
并计
算出鲈鱼体重和身长
的函数关系以及鲈鱼实际体重和估算值之间的相对误差,
验证假设成立。
通过多
次拟合,得出最佳函数关系
:
W
L
3<
/p>
80
L
2
p>
3008
L
<
/p>
37262
,其相对误差如下:
鲈鱼体重实际值与估计值对比及误差表
1
(方
法一)
身长
/cm
31.8
32.1
32.1
35.9
36.8
36.8
43.8
45.1
体重
/g
482
482
454
652
737
765
1162
1389
拟合值
466.6
479.9
479.9
674.4
727.3
727.3
1228.8
1339.4
/g
相对误
3.2
0.44
5.7
3.44
4.93
5.75
3.57
0.86
差
/%
平均相对误差为:
3.49%
从表中
的数据,我们可以得出鲈鱼体重的实际值与估计值的相对误差较小,
说明用二次函数拟合
鲈鱼身长与体重的关系式可行的。
然后,我们利用同样的思想
分析鲈鱼体重与胸围的关系,其结果如下:
鲈鱼体重实际值与估计值对比及误差表
2
胸围
21.3
21.6
21.6
22.9
24.8
24.8
27.9
31.8
(
cm
)
重量
482
482
454
652
737
765
1162
1389
(
g)
拟合值
462.1
489.7
489.7
609.3
784.1
784.1
1069.3
1428.1
(
cm
)
相对误
4.13
1.60
7.86
6.55
6.39
2.50
7.98
2.81
差(
%
)
平均相对误差为:
4.98%
从表中的数据,我们可以看出方法二的相对误差小于方法一的相对误差,所
以方法二的结
果更贴近实际。
在原有的基础上,我们进而提出,鲈鱼的体重
与其身长和胸围都有关系,其
结果如下:
鲈鱼体重实际值与估计值对比及误差表
3
重量
(
g)
765
482
472
2.12
1162
1115
4.05
737
740
0.42
482
490
1.60
1389
1491
7.37
652
616
5.58
454
490
7.87
估算值
740
(
g
)
相对误
3.25
差(
%
)
1
/
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平均相对误差为:
4.0375%
根据表三的数据,可以知道模型三的拟合程度也较好,相对于模型一、二,
此模型充分
考虑到了身长、
胸围对体重的相互影响,
用此模型估计鲈鱼的体
重可
能会更符合实际,更合适推广。
一.问题重述
1.1.
基本内容
垂钓的乐趣在于修心,
p>
放生的乐趣在于养性。
一垂钓俱乐部为鼓励垂钓者将
钓上的鱼放生,
打算按照放生的鱼的质量给予奖励。
由
于俱乐部只准备了一把用
于鱼的身长和胸围的软尺,
于是众垂钓
者开始考虑根据测量的长度估计鱼的质量
的方法,
希望体味到垂
钓的更大乐趣。
因此,
利用应用软件以及相应的知识找到
所测长度与鱼的质量的变化规律,显得尤为重要。
1.2.
拟解决的问题
试从鲈
鱼的实际质量和身长体重的变化特点出发,
利用题中所给数据,
建立
鲈鱼质量分析的数学模型,并指出最佳模型及模型中存在的优缺点。
二.问题的分析
我们都知
道鲈鱼的体重主要由鱼的身长、
胸围决定。
一般来说,
鲈鱼的胸围
越大,鱼的体重会越重,身长越长,体重也越重。但影响鲈鱼
体重的因素并不唯
一,
我们要考虑单一变量对鱼体重的影响,<
/p>
即身体长度与体重的关系和胸围与体
重的关系,
< br>我们要根据已知数据,
利用相关软件进行模拟,
来确定鲈
鱼体重与身
长、胸围之间的数量规律。
三.基本假设
1
)
.
假设题目中所给的数据、信息以及网上查阅的数据都是
有效准确的,可
以充分的说明问题;
2
)
.
假设池塘里只有一种鲈鱼,不存
在其他鱼种。
3
)
< br>.
假设池塘里鲈鱼数量众多,分布均匀,密度相同。
<
/p>
4
)
.
假设鲈鱼
全都正常生长,没有人为因素影响鲈鱼的发育于成长。
5
p>
)
.
假设鲈鱼的形态近似为与胸围等周长与
身长等高的圆柱体。
6
)
.
鲈鱼的身长越长体重越重,体重与身长存在正相关关系;
7
)
.
鲈鱼的胸围越大体重也越重,体重与胸围存在正相关的关系;
8
)
.
鲈鱼的胸围、身长互相影响
,共同作用鲈鱼的体重;
2
/
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四.符号说明
鲈鱼的身长
鲈鱼的胸围
鲈鱼的体重
模型三的待定系数
L
C
W
五.模型的建立与求解
模型一:
p>
建立鲈鱼的身长与鲈鱼的体重的模型
身
长
36.8
31.8
43.8
36.8
32.1
45.1
35.9
32.1
(cm)
重
量
765
482
1162
737
482
1389
652
454
(g)
为了研究鲈鱼身长与
体重的关系,
我们利用已测量的数据,
取出身长及体重
的数据,利用
MATLAB
软件画出散点图,如
下:
身
长
与
体
重
散
点
p>
图
1400
1300
1200
1100
1000
体
重
900
800
70
0
600
500
400
30
32
34
36
38
身
长
40
42
44
46
方法一:我们把图形可以近似看成一条抛物线,身长与体重近似成二次函数关系
< br>
通过多次拟合可得:
W=1.6247*L^2-59.3124*L+709.7392
根据拟合的函数,我们画出拟合图:
3
/
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身
长
与
体
重
拟
合
图
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
30
3
2
34
36
38
40
42
44
46
< br>48
50
方法二:
根据散点图决定利用三次多项式拟合得到的各项系数如下:
1 -80 3008 -37262
从而得到了拟合函数:
W
L
3
p>
80
L
2
3008
L
p>
37262
画出拟合图如下:
根
据
拟
合
数
据
得
到
的
图
形
1400
1300
1200
1100
1000
W
(
g
)
900
800
700
600
< br>500
400
30
32
34
36
38
L(cm
)
40
42
44
data1
data2
46
模型二:鲈鱼体重与胸围模型建立
考
虑鲈鱼胸围对体重的影响,
我们采用与模型一相同的方法,
先画
出鲈鱼体
重与胸围的散点图:
胸
围
24.8
21.3
27.9
24.8
21.6
31.8
22.9
21.6
(cm)
4
/
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重
量
765
(g)
1400
1300
1200
1100<
/p>
1000
体
重
4
82
1162
737
482
1389
652
454
胸
围
与
体
重
散
点
图
< br>900
800
700
600
p>
500
400
20
22
24
26
胸
围
28
30
32
从图形上看,
鲈鱼体重与胸围可能成线性关系,
利用多项式拟合的方法,
我们得
到鲈鱼体重与胸
围的函数表达式:
W=92*C-1497.5
根据拟合函数,画出胸围与体重关系的拟合图:
胸
围
与
体
< br>重
拟
合
图
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
20
0
20
22
24
26
28
30
32
< br>34
36
38
40
从图形上看,大部分点分布在直线左右,我们可以近似看成二者成线性关系
。
模型三
.
同时考虑身长和体重对鲈鱼体重的影响
5
/
10