勇 夺 数 学 建 模 桂 冠

——记全国大学生数学建模竞赛国家一等奖获得者张运章老师指导的团队

作者: 段笑蓉     编辑: 段笑蓉     版面:第01版:第01版      发布时间:2021-12-15 00:00:00      浏览:367967      字数:2924      查看原文    所在版面图


一则获奖新闻消息的背后往往有一个藏着许多世所罕见的美丽花朵的后花园。如若不惧路途辛苦,你会寻找到这个后花园,欣赏园内风景。这些花朵大多在园里静静地开放,散发着芳香,不为大众所知。只有极少数的花朵会被记者发现并用充满感情的句子描摹出来,以飨读者。11 月 22 日,学校新闻网上刊登了一则新闻消息《我校在全国大学生数学建模竞赛中获多项奖项》。这则消息中最引人注目的点:我校数学与统计学院张运章老师指导的团队(材料物理20级王子豪、计算机科学与技术 20 级陈永顺、统计学20级徐娜)在2021年全国大学生数学建模竞赛中获得全国一等奖。与此同时,由于张运章老师指导数学建模竞赛卓有成效,获得了全国数学建模组委会 5 年评选一次的“全国大学生数学建模优秀指导教师”荣誉称号。

通过数学与统计学院书记张清波的引荐,我有幸联系到张运章老师并了解了有关数学建模竞赛的紧凑有序的备战、动人心魄的比赛及水到渠成的喜悦。

紧凑有序的备战

熟悉全国大学生数学建模竞赛的河科大的师生们都知道,想要在每年 9 月份的竞赛中取得好成绩,首先必须从培养数学建模爱好者入手。学院每学期都开设全校通识公选课——数学模型,供数学建模爱好者提前学习。每年5月初,学院都会进行数学建模校赛暨全国大学生数学建模选拔赛。2021年共289个代表队867名学生报名参赛,评选出校赛一等奖17个队,二等奖33个队,三等奖51个队。

自8月1日至31日,由学院院长武新乾、副院长李培峦和王海军、张运章等12位经验丰富的数学建模老师对校赛获奖的同学进行为期一个月的集中培训。培训内容包括优化算法、多元统计分析、微分方程、软件模拟等模块。上午老师们讲授理论,下午同学进行练习实践,最后还要进行三次模拟训练。

张老师认为竞赛最佳组队方案是:学科门类交叉,数学基础好,编程能力强,写作能力突出。8 月份培训期间,张老师发现学生王子豪听课认真,对一些模型有自己的理解;学生陈永顺喜欢编程;学生徐娜善于语言表达。

8月20日,经过师生双向选择,张运章老师和王子豪、陈永顺、徐娜这3名学生组成团队。张老师考虑到三名队员都是大一学生,没有系统学习专业知识,建议他们可以根据自身知识结构,侧重于以数据分析处理为主的C题为主攻方向,有针对性学习和进行模拟训练。这时,距离 9 月 9日正式比赛剩下不到20天。

张老师认为冲刺阶段的训练对于成绩的提高至关重要,要求负责建模和编程的王子豪和陈永顺整理常用模型和算法并编程实现,且每两天汇报一次进展;负责写作的徐娜研读《数学建模竞赛——获奖论文精选与点评》,并每天写出心得体会。张老师和队员们在钉钉小群一起讨论算法,分析论文的优缺点,尝试模型及算法改进等。

一次在线讨论时,张老师发现队员们的模拟赛题论文经过上次指导、修改后还是存在着算法表达不完善,数据结果缺少解释等诸多问题。张老师非常生气地说:“为什么还有这么多的小问题没有修改?”热烈的讨论立即安静下来。过了一会儿,队长王子豪低声解释说:“老师,我们忙着学习新算法和新模型了,感觉没有必要花费太多时间去修改论文。”这时张老师语重心长地说:“学习或做事一定要脚踏实地,一开始就要培养严谨的习惯,逐步形成求真务实的作风,只有一步一个脚印才能行稳致远。要认真对待自身论文中存在的问题,只有不断修改提升、精益求精才能持续进步。”经过几次“敲打”后,队员们的思想发生了变化,变得更加务实,三个人团结一致,高质量完成每一次训练任务。经过一段时间的训练,综合能力得到明显提升。另外,张老师建议他们三人要多在一起讨论学习,多交流,不断增强团队协作能力;还要多锻炼身体,以平常的心态面对比赛。

动人心魄的比赛

提及紧张的比赛场景,队长王子豪说:“在经过接近三个月的学习和培训后,我们终于在9月9日迎来数学建模国赛的正式开始。晚上6点,我们在第一时间拿到题目时心情非常紧张和激动。”

本科组有 A、B、C 三个赛题(三选一)。A 题是“FAST”主动反射面的形状调节”。该题是以“中国天眼”——500米口径球面射电望远镜为背景的工科类优化问题。该题的解决除了要求有较强的建模能力外,对编程能力的要求也较高。B 题是乙醇偶合制备 C4 烯烃的相关数学模型问题。该题侧重于实验数据分析及实验设计。C题是生产企业原材料的订购与运输问题。该题需要根据所给的近 5 年 402 家原材料供应商和 8家转运商的数据,分析出最优的 50 家供货商,并确定未来最优的原材料订购与运输方案。

三位队员一边查找中国知网、维普、万方等数据库搜索与赛题相关的文献资料,一边记录下自己对于 A、B、C 三道赛题的理解。队员们通过QQ语音在线讨论认为:A题难度较大,数学建模过程复杂,特别是编程要求高;B题摒弃化学专业背景后,该题实质上是实验数据分析和挖掘数据规律的题目,可发挥余地较少;C 题虽然综合性较强,但是前一阶段的培训给同学们带来了自信,大家一致决定做C题。这时同学们真正感受到了前一阶段认真准备带来的收获。前一阶段,大家在张运章老师的指导下不仅系统学习了相关的数学建模方法,还进行了有效的模拟训练。同学们分析解决问题能力的提升让自己有更充足的底气去放飞梦想,直面挑战,力争佳绩。

经过每天长达 15 个小时左右的 QQ 群语音在线交流,队员们终于在第三天(即最后一天)中午完成了论文的初稿。在完善竞赛论文时,队员们想起张老师曾经说过:“对于规划优化题目,大家要尝试对优化模型进行灵敏度与鲁棒性分析,增加论文亮点。”于是,队员们便开始对模型进行稳定性分析。最终他们在离比赛结束还剩下不到2个小时的时候,完成并提交了长达44页的参赛论文《基于整数规划模型的企业原材料订购和运输策略》。

竞赛结束后,张运章老师与队员们分析参赛论文时说:“该题是以企业原材料订购与运输为背景的,既涉及到数据的处理又涉及到订购与运输的优化问题,综合性难度较大。参赛论文有四个精彩之处:一是论文格式规范,表达清晰,用流程图展示建模思路和算法,会给评委老师焕然一新的视觉冲击。二是数据可视化,查找和修补异常数据,分析其统计规律。三是能够‘另辟蹊径’,把复杂且数值仿真难以实现的动态优化模型,进行合理简化,不但还原了问题的本质也降低了求解难度。四是对优化模型进行了鲁棒性分析。”

水到渠成的喜悦

2021年11月6日,全国大学生数学建模竞赛国家级获奖名单在“中国大学生在线”正式公示,张运章老师指导的王子豪、陈永顺、徐娜团队获得全国一等奖。

数学与统计学院张清波书记知道这个消息后,高兴地说:“本次我校数学建模竞赛取得了这么好的成绩,大家都很激动。这份成绩的取得与张运章老师和三名队员的辛苦付出密不可分,同时也是学校各部门、数学建模教练团队共同努力的结果。学院一直按照学校‘厚基础、宽口径、重实践、求创新、强素质’的人才培养理念,在加强基础理论教学的同时,更加强调对学生们实践教学方面的引导。数学建模竞赛给学生们提供了理论与实践结合的机会,有利于学生的综合素质的提高。”

对于今后如何更好地为数学建模竞赛保驾护航,数学与统计学院武新乾院长说:“一方面,学院将完善相关激励政策,鼓励教练团队参加培训活动,加强交流,了解最新动态,钻研相关模型算法,为竞赛指导做好前期准备工作;另一方面,继续扩大数学建模宣传,早抓苗子,抓好苗子,吸引更多的数学建模爱好者参与这项竞赛。”