数学建模——优秀论文

巡山小妖精
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2021年02月19日 16:06
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2021年2月19日发(作者:深圳光明中学)


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,

< p>
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



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



/%


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


/


10


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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,


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



.


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


< p>
.


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


/


10


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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:


建立鲈鱼的身长与鲈鱼的体重的模型





36.8


31.8


43.8


36.8


32.1


45.1


35.9


32.1


(cm)




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:











1400


1300


1200


1100


1000




900


800


70 0


600


500


400


30


32


34


36

< p>
38




40

< p>
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


/


10


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< p>








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



80


L


2



3008


L



37262



画出拟合图如下:













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:





24.8


21.3


27.9


24.8


21.6


31.8


22.9


21.6


(cm)


4


/


10


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765


(g)




1400


1300


1200


1100< /p>


1000




4 82


1162


737


482


1389


652


454









< br>900


800


700


600


500


400


20


22


24


26




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:






< br>重





2200


2000


1800


1600


1400


1200


1000

< p>
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

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