我们知道用数学模型方法解决实际问题,首先是用数学语言表述问题,也就是构造模型,其次才是用数学工具求解构成的模型。我们大学学的数学课程如微积分,线性代数,概率论,数值计算等都是讲授某一门专门的知识和培养数学运算及逻辑推理能力,这些都是用来求解数学模型的。
重要的第一点用数学语言表述问题,包括模型假设和模型构造等,除了广博的各种数学知识外,还要有足够的生活经验,特别是需要丰富的想象力和敏锐的洞察力。
这里强调一下:想象力,指在原有知识上,将新感知的形象与记忆中的形象相互比较、*、加工处理创造出新的形象,是一种形象思维活动。洞察力,指的是人在充分占有资料的基础上,经过分析迅速抓住主要矛盾,舍弃次要矛盾,简化问题的层次,对可用方法和不同方法的优劣做出判断。
类比和理想化方法是建模中常用的方法。选择什么对象进行类比,比较哪些相似的属性,在一定程度上是靠想象进行的。例如,流通流与水流类比,建立交通流模型。理想化是从观察和经验中通过想象和逻辑思维,把对象简化使其升华到理想状态,以更揭示对象固有的规律。例如,把物体看作质点,把位置看作数学上的点,线等。
建模属于创造性思维过程,除了想象,洞察,判断等形象思维外,直觉和灵感往往起着不可忽视的作用。当由于各种限制利用已有知识难以对研究对象做出有效的判断和推理时,凭借相似,类比,外推等思维方式以及不严谨,不连续,带启发性的直觉和灵感去战略性的认识对象,是人类创造性思维的特点之一,也是人脑比电脑,机器人高明的地方。当然,直觉和灵感不是凭空产生的,他要求人们具有丰富的背景知识,对问题反复思考和苦苦探索。相互讨论和思想交锋是激发直觉和灵感的重要因素。所以不同专业人才组成的团队工作方式越来越受到重视。
说了这么多,建模能力的培养,主要是培养洞察力和想象力。对此两点不外乎认真做好两条:一是学习分析评价改造别人做过的模型,首先是弄懂,然后才能分析优缺点并改进;二是亲自动手,踏实地做几个实际项目。这是学习数学建模解决实际问题的一种生动有效的方法。