基本信息
- 原书名:A First Course in Mathematical Modeling, Fifth Edition
- 作者: (美)Frank R.Giordano William P.Fox Steven B.Horton
- 译者: 叶其孝 姜启源
- 丛书名: 华章数学译丛
- 出版社:机械工业出版社
- ISBN:9787111479529
- 上架时间:2014-12-19
- 出版日期:2014 年10月
- 开本:16开
- 页码:484
- 版次:1-1
- 所属分类:数学 > 数学实验与数学建模 > 数学建模
教材

编辑推荐
数学建模是用数学方法解决各种实际问题的桥梁。吉奥丹诺编写的《数学建模(原书第5版)》从离散建模和连续建模两部分介绍了整个建模过程的原理,通过本书的学习,学生将有机会在创造性模型和经验模型的构建、模型分析以及模型研究中得到亲身实践,增强解决问题的能力。
内容简介
作译者
William P.Fox,曾任教于美国西点军校,现为美国海军研究生院教授,是美国中学生数学建模竞赛组委会主任。
Steven B.Horton,美国西点军校教授。
目录
译者序
前言
网站内容第1章对变化进行建模
例1测试比例性
1.1用差分方程对变化进行建模
例1储蓄存单
例2抵押贷款买房
1.2用差分方程近似描述变化
例1酵母培养物的增长
例2再论酵母培养物的增长
例3接触性传染病的传播
例4血流中地高辛的衰减
例5冷冻物体的加热
1.3动力系统的解法
例1再论储蓄存单
例2污水处理
例3地高辛处方
例4投资年金
例5活期储蓄账户
译者序
纵观历史,任何成功的技术必定会受到教育领域的重视,特别是高等教育更应该与时俱进,及时反映社会发展的需要近年来符号和模型的作用已经成为数学教育所关注的中心议题,世界各国越来越多的大学(甚至中学)开设了数学建模的必修或选修课数学教育界的一些有识之士认为,应该尽早地让学生学习并初步掌握数学建模的思想和方法,而且正在努力身体力行实际上,这样做不仅有利于培养学生解决实际问题的能力和创新精神,而且会使学生对数学有更深的理解,从而增强学习数学的兴趣和主动性,其结果必然是大大增强面对21世纪严峻挑战的竞争力。
在我国,从20世纪80年代初开始就有一些大学开设数学建模课程20世纪90年代初开始举办的全国大学生数学建模竞赛更是取得了极大的成果,并推动了我国的数学教育改革我国数学教育界越来越多的人士也在研究如何尽早地让学生接触到数学建模的思想和方法在教育部的领导下,由全国大学生数学建模竞赛组委会组织和实施的研究课题“将数学建模思想和方法融入大学数学主干课程教学中的研究与试验”正是这种努力的一部分然而,要卓有成效地实现尽早地让学生学习并初步掌握数学建模的思想和方法,必须真正做到“以学生为中心、教师是关键、领导是保证”。就教师是关键而言,如果没有教师自身和集体的钻研和实践,以及结合学生实际情况的因材施教,也不可能完成上述任务。
我们翻译的这本书反映了美国几位教授在传播数学建模的思想和方法方面所做的努力该书第5版的三位作者分别为:Frank R. Giordano教授,他曾任美国西点军校(美国军事学院,United States Military Academy)数学系系主任,现为美国海军研究生院(Naval Postgraduate School)教授,多年来一直是美国大学生数学建模竞赛(MCM)的主要组织者,也是美国大学生数学建模竞赛组委会的主任; William P. Fox教授,他也曾在美国西点军校任教,现为美国海军研究生院教授,他是美国中学生数学建模竞赛(HiMCM,即由COMAP于1999年开始组织的美国中学生数学建模竞赛)组委会的主任; Steven B. Horton,他是美国西点军校的教授三位作者在应用数学研究、数学建模和微积分的教学方面富有经验并著有多部广受欢迎的教材。
本书可以作为我国从事数学建模教学的教师学习和钻研的素材由于本书对于用到的数学知识力求深入浅出,涉及的应用领域又相当广,因此也适合作为各类高校数学教师的教学参考书和学生的课外读物或参加大学生数学建模竞赛的培训教材。
本书是在第3版中译本(2005年机械工业出版社出版)、第4版中译本(2009年机械工业出版社出版)的基础上,按照第5版原版修订而成的全书由以下几位教授共同完成:前言、网站内容和第1、2、8章由叶其孝翻译, 第3、4章由孙山泽翻译, 第5、6、9章和附录A由姜启源翻译, 第7、10、13章由谢金星翻译,第11、12章和部分习题答案由唐云翻译.叶其孝通校了全部译文.第4版中译本的第9、10章及附录B、C、D (由王强等翻译) 已不在本书中,原文分别作为第5版的第14、15章及附录B、C、D放在网站上,相应的译文可到华章网站(wwwhzbookcom)下载。
感谢机械工业出版社华章公司在引进本书以及编辑、出版过程中所做的努力,使广大读者及时得到本书的中译本。
译者
2014年6月于北京
前言
本教材组织为两大部分: 第一部分离散建模(第1~10章和第14章),第二部分连续建模(第11~13章和第15章)采用这种组织结构,可以在不要求用微积分的第一部分的基础上教授完整的建模课程第二部分讨论基于最优化和微分方程的连续建模,可以和大学一年级的微积分课程同时讲授本教材涉及数学建模过程中的所有阶段本教材的网站(http://wwwcengagecom/math/book_content/0495011592_giordano/student_cd/START_HEREhtml)包括了软件、额外的建模情景和研究课题,以及到美国大学生数学建模竞赛(Mathematical Contest in Modeling,MCM)过去赛题的链接我们要感谢Sol Garfunkel和数学及其应用联合会(Consortium for Mathematics and its Applications,COMAP) 的职员为制作网站所做的工作以及对本前言后面标题为“教学资源”部分中提及的建模活动的支持。
目标和定位
本课程一直是学习数学和应用数学之间的桥梁本书向学生提供了在学习数学的早期就了解应用问题的各部分是怎样捏合在一起的机会,包含大量数学科学、运筹学、工程、管理和生命科学等许多学术领域中常见的有意义和实际的问题。
本教材介绍完整的建模过程,使学生实践以下数学建模的各个方面并能增强解决问题的能力:
1创造性和经验模型的构建:给定一种现实情景,学习识别问题、做出假设和收集数据、提出模型、测试假设、必要时精炼模型、在情况适宜时看看模型和数据是否一致,以及分析模型的基本数学结构以评价并不完全精确地满足假设时对结论的敏感性。
2模型分析:给定一个模型,学会反向推理以揭示那些不一定是显式表示的基本假设,审慎严谨地评估这些假设和手头要处理的情景相符合的程度,并估计不完全精确地满足假设时对结论的敏感性。
3模型研究:学生要研究一个特定的领域以获得对某些行为(性态)的更深入理解,并学会使用早已创建或早已知晓的模型和知识。
对学生基础知识的要求和课程内容
因为我们的愿望是尽可能早地在课程中向学生传授建模的经验,所以仅在学习第11、12和13章时需要学生对一元微积分有基本的了解尽管在建模过程中也要教某些不熟悉的数学概念和思想,但重点是应用中学毕业生早已了解的数学知识第一部分尤其如此建模课程将激励学生去学习诸如线性代数、微分方程、最优化和线性规划、数值分析、概率论和统计学这样的更高级的课程这些课程的作用在全书中都做了提示。
此外,本教材中的情景和习题不是作为特定数学方法的应用而设计的。这些情景和习题要求学生具有创造性智慧,能运用基本概念去求得没有确定答案的问题的合理解决方案本教材没有详细讲解某些数学方法(例如,蒙特卡罗模拟、曲线拟合和量纲分析),因为它们常常不是大学教材的正式内容教师应该发现本教材在通过习题和研究课题来满足学生的特殊需要而改编教材方面有很大的灵活性我们用本书既教过本科生的课程也教过研究生的课程,甚至用作教师讨论班的基本内容。
本教材的内容组织
在美国许多学校开设预微积分(precalculus)课程,作为正式选修微积分课程前的必修课——译者注
借助于图1能最好地了解本教材的内容组织。前10章和第14章组成第一部分,只要求预微积分(precalculus)课程的数学知识作为必需的预备知识我们从应用简单的有限差分方程图1章节组织和讲授次序对变化进行建模的思想开始对学生来说,这种方法是相当直观的,而且为我们提供了若干具体模型来继续支持第2章对建模过程的讨论我们在第2章中对模型进行分类、分析建模过程以及构建在后两章中要再讨论的若干比例模型或子模型第3章向学生讲述用特殊类型的曲线去拟合所收集数据集的三个准则,重点是最小二乘准则第4章讨论怎样抓住所收集到的数据集的趋势在这种经验模型的构建过程中,我们从用简单的单项式模型去近似地拟合所收集到的数据集开始,并逐渐过渡到更为复杂的插值模型,包括多项式光滑模型和三次样条模型。第5章讨论了模拟模型。用一个经验模型来拟合某些收集到的数据,然后用蒙特卡罗模拟来复制所考察的行为或性态。这种讲述方式最终促进了对概率论和统计学的学习。
第6章提供了概率建模的一个引论,在前面讲过的情景和分析的基础上介绍了马尔可夫过程、可靠性以及线性回归等论题第7章利用第3章提出的另外两个准则讲述了寻求最优拟合模型的问题线性规划是用准则之一来寻求“最优”模型的方法,数值搜索方法可以作为另一个准则最后介绍包括二分法和黄金分割法在内的数值搜索方法第9和10章讨论具有风险和不确定性的决策问题,这些问题中或者只有一个决策者(第9章)或者有两个或多个决策者(第10章).然后第一部分就跳到第14章, 专讲在物理科学和工程中极其重要的论题——量纲分析。
第二部分用来学习连续模型。在第11和12章中我们对动态的(随时间变化的)情景进行建模。这两章是建立在第1章讲述的离散分析的基础上的,但现在考虑的是时间连续变化的情景。第13章专讲连续优化。第15章讨论连续图形模型的构建,探究所构建模型的敏感性,这些模型构建在假设的基础上。学生有机会来求解只用到初等微积分的连续优化问题,该章还介绍了约束优化问题。
由COMAP公司研发和销售分发的UMAP教学单元(Module).UMAP是Undergraduate Mathematics and Its Applications(大学数学及其应用)的缩写,同时也是在美国大学数学教学方面很有影响的季刊《The Journal of Undergraduate Mathematics and Its Applications》的缩写,该刊每年第三期刊登一年一度的美国大学生数学建模竞赛(Mathematical Contest in Modeling,MCM)和跨学科建模竞赛(Interdisciplinary Contest in Modeling,ICM)的总结、优秀论文和对优秀论文的评述Module是模块的意思,但在教学中它还有如下的意思: A unit of education or instruction with a relatively high teachertostudent ratio,in which a single topic or a small section of a broad topic is studied for a given period of time(一种有相当高师生比的教育或教授单元,其中的单个论题或一个大论题的小部分在给定阶段的时间内学习)——译者注
学生研究课题
学生研究课题是任何建模课程必不可少的组成部分本教材包括了创造性模型和经验模型的构建、模型分析和模型研究方面的研究课题因此我们建议将包括数学建模所有三个方面的研究课题组合构成一门课程如果研究课题提出的情景没有唯一解,那么这些课题就是最有启发性的某些研究课题用到真实的数据,这些数据或者是提供给学生的,或者是学生不难收集到的把个人和小组的研究课题结合起来也是很重要的在教师希望开发学生的个人建模技巧时,采用个人研究课题是很合适的在课程的较早阶段,采用小组研究课题,将给学生一次“合力攻关”聚会的非常兴奋、激动的经验本教材推荐了多种多样的研究课题,诸如构建各种情景的模型,完成UMAP的教学单元,或研究教材、课堂中作为例子讲述的模型等对于每个学生来说,在整个课程中接受模型构建、模型分析或模型研究的多样性研究课题的组合并建立起信心是重要的学生也可能会选择一个特别感兴趣的情景研制模型,或分析在另一门课程中的模型。在典型的建模课程中我们推荐5到8个短小的研究课题。
媒体评论
? 论证了离散动力系统、离散优化等技术对现代应用数学的发展的促进作用。
? 在创造性模型和经验模型的构建、模型分析以及模型研究中融入个人项目和小组项目,并且包含大量的例子和习题。
? 本版新增了两章——决策论建模(第9章)和博弈论(第10章),原第9章(量纲分析和相似性)和第10章(函数图表构成模型)分别作为本版的第14章和第15章,可从华章网站(www.hzbook.com)下载。