从美国大学生数学建模竞赛到“深圳杯”数学建模挑战赛,再到“ 高教社杯”全国大学生数学建模竞赛,他们一路过关斩将,不断取得新的突破。该团队由理学院刘志平老师带队,计算机工程学院田伦嘉,理学院马迪、代悦3 名本科生组成,在近期的“ 高教社杯”全国大学生数学建模竞赛中夺得全国一等奖,获得了我校自参赛以来的历史最好成绩。
记者步入团队所在的定海楼 610 室,墙壁上悬挂的荣誉证书、此起彼伏的键盘敲击声,以及师生间低声交流的细语,无不诉说着他们的专注与努力。在这里,时间仿佛被赋予了特殊的意义,每一分每一秒都被他们用来探索数学建模的奥秘,挑战自我,超越极限。“所有的努力终将获得回报” ,团队成员们意气风发,这正是他们无数个日夜奋斗所积累的自信与喜悦。
紧贴问题 拒绝套路化
“根据乡村的实际情况,充分利用有限的耕地资源,优化种植策略,减少各种不确定因素可能造成的种植风险,对乡村经济的可持续发展具有重要的现实意义。” 田伦嘉表示,本次竞赛,团队聚焦华北山区乡村耕地资源、农作物种植的实际情况,通过建立数学模型,给出了该乡村 2024—2030 年农作物的最优种植方案,为农业决策提供了可量化的科学工具,既验证了复杂约束下双层优化模型的有效性,为农业 AI 开发提供新思路,同时助力乡村降低自然与市场风险,推动有机种植与产业升级 。
“ 比赛伊始,我们便敏锐地察觉到这道题目并非传统的数据分析类题型。”因此,团队没有套用既定的模板,而是从题目本身出发,深入探讨了农作物未来预期销售量、亩产量、种植成本及销售价格的不确定性,并针对潜在的种植风险提出了最优的种植方案。我们紧扣问题本质,避免了套路化的处理方式。
在具体分析过程中,团队针对粮食类作物和蔬菜的不同预期销售量、销售价格及种植成本等数据,在固定成本与价格条件下,分别制定了滞销与降价处理的最优方案。“在此基础上,我们充分考虑了气候波动和市场变化等不确定性因素,例如小麦销量每年增长 5%至 10% 、蔬菜价格每年上涨 5%等。” 田嘉伦强调,为了优化种植计划,团队还引入了互补性和替代性策略,例如利用豆类改良土壤,以及考虑食用菌价格的联动效应,从而实现种植策略的动态调整。
团队不仅深入剖析了问题的本质与内在机理,还运用现代优化算法进行建模与求解。“我们采用双层优化模型,以实现单季耕地利润的最大化,并通过叠加优化双季耕地利润,有效解决了多目标决策中的冲突问题。” 团队成员告诉记者,通过采用增强型精英保留遗传算法(GA),结合实整数编码(RI),高效解决了涉及 34 类地块和41种作物的复杂组合优化问题。“此外,我们还引入了正态分布与对数正态分布,用于量化亩产量和价格波动等风险因素,从而提升了模型的鲁棒性。”在此过程中,团队还进行了动态关联分析,通过线性回归建立了销售量、价格与成本之间的关联模型,并设计了“联合互补增长率”公式,以量化不同作物间的协同效应,例如豆类与蔬菜轮作带来的增产效果。
重新审视自己的能力
团队的成功,并非偶然,而是无数竞赛与历练的经验积累,学会倾听老师的建议,找准自己的定位和方向,不断寻找策略的最优解,实现自我的最优解。
在本次全国比赛中,队长田伦嘉承担着模型构建和确定整体方向的关键任务。他深知:“一个优秀的模型必须建立在对问题深入理解与精准把握的基础之上。”他总能敏锐地抓住问题的核心与关键点,并提出切实可行的解决方案。同时,他具备出色的认知能力,能够站在更高的视角审视问题,从而找到最优算法。马迪作为团队中的编程负责人,主要负责算法实现与编程工作。他谈道:“我熟悉多 种编程语言,能够迅速将队长的思路转化为代码。”在编程过程中,他尤其注重 代码的优化与简化,力求在保证正确性的前提下,提升代码的运行效率与可读性。代悦则负责文字表达与论文撰写,她拥有扎实的文字功底和清晰的逻辑思维能力,能够将队长的原始想法不断细化并加以润色。她说:“在团队协作中,我全程参 与讨论和决策过程,确保论文的每一个细节都符合建模的要求和标准。”在她的 精心撰写下,论文条理更加清晰,表述也更加准确。
刘志平老师多次强调:“真正的自信,应该建立在对问题的深刻理解、对数据的敏锐洞察以及对自身能力的精准评估之上,要不断审视自己的能力。”他鼓励学生们多读论文、多做练习、多参加比赛,通过实践来检验和提升自己。同时,他还教会学生们如何借助现代的大预言模型来快速拓宽知识面、如何运用 Latex写作语言来规范论文写作、如何避免学术不端行为等。
是比赛,更是成长
“全国大学生数学建模竞赛犹如田径场上的百米冲刺,看似简单,实则对专业素养和综合能力要求极高。为此,我们进行了充分的赛前准备。”刘志平老师在接受采访时,向记者详细介绍了团队在赛前的集中训练情况。团队不仅开展了涵盖综合评价、优化、预测、概率与统计等专题的专项训练,还通过阅读《数学建模与应用》等专业期刊以及分析以往的优秀论文,帮助自己拓宽解题思路。
“这种全方位的训练方式,不仅让我们掌握了扎实的理论基础和专业技能,还培养我们的创新思维和解决问题的能力。” 田伦嘉表示,“每一次的比赛,都是一次宝贵的成长机会,让我们在挑战中不断突破自我,在失败中汲取经验,在成功中积累信心。”
回首往昔,那些为比赛拼搏的日子依然历历在目。“在美国大学生数学建模竞赛前夕,突如其来的大雪打乱了我们的集训计划,积雪深及脚踝,各项生活服务被迫中断。”刘志平老师与另外两支队伍的六名学生,毅然选择继续留校备战,自行解决生活上的种种难题。“教室就是我们的‘ 战场’。困了,便在课桌上小憩片刻;醒来后,又继续围坐讨论,对着电脑屏幕反复修改模型。”
他们深知,在学术的道路上,没有捷径可走,只有脚踏实地,才能不断前行。 “我们不仅仅是为了比赛而比赛,”刘志平老师常常对他的学生们说,“更重要的是,在这个过程中,我们学会了如何面对困难,如何坚持不懈,如何与他人合作。这些都是我们人生中最宝贵的财富。”