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测量平差最小二乘法与数学模型

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组合模型拟合

xt??Ajej?1rKjt?yt。

其中Kj,Aj为实数,{yt}为ARMA序列。建模的步骤与(1)基本相同。对于r>1即多个指数趋势混合的情形,求和阶数r的判别比较麻烦。我们要么根据实际物理背景决定应用有若干加项。要么采用使r=1,2,3,?由低到高的拟合办法,使r增加到组合模型的残差平方和无显著改进为止。

(3)周期趋势。如果随机序列不仅含有指数衰减或增长趋势,而且还呈现出某种规律的周期性起伏,则可用如下形式的组合模型去拟合

xu??Rjej??Bjejsin(j?t??j)?yt?tbtj?1j?1LK (31.1)

其中{yt}是ARMA(n,m)序列,L为序列所含有的指数趋势项的项数,K是周期趋势项的项数,?为基频,由数据的物理性质决定,单位为弧度/秒,Bj和rj分别表示周期趋势的振幅和相位,ebjt控制周期振荡的增长或衰减趋势。由于在式(31.1)中,描述周期趋势所用的正弦函数是对称的,但在生物、社会、经济领域,周期并不是对称的,如1年或1天中的气温旬变化趋势,上升比下降要缓慢;生物种群数量的波动,先是较缓慢地上升,到达高峰后,较快(甚至是急剧)下降,等等。针对这种比较普遍的时间动态趋势,作者在DPS数据处理系统中,对式(31.1)进行了改进,即将式(31.1)改写为如下形式:

xu??Rjej??Bjejsin(2??tbtj?1j?1LKtds??j)?yt (31.2)

式(31.2)中的||·||表示时间t除以周期长度s的小数部分,0?||t/s||?1,d为指数。显然,当d等于1时,式(31.2)和式(31.1)是等价的;当d小于1时,式(31.2)表达的周期趋势为上升较下降快;但当d大于1时,式(31.2)表达的周期趋势为上升较下降慢。

组合模型建模的具体步骤为:首先拟合线性或指数趋势,然后逐个地增添周期趋势项,最后对残差序列{yt}建立ARMA模型。各个分模型的参数都估计出来,再以它们作为初值,对整个组合模型(31.2)统一进行参数估计。在估计过程中需反复使用非线性最小二乘法。尽管模型结构比较复杂,待估计参数个数较多,建模过程还是比较麻烦,但在DPS数据处理系统的支持下,实现起来还是较容易的。

数学模型基础知识

一.数学模型的定义

现在数学模型还没有一个统一的准确的定义,因为站在不同的角度可以有不同的定义。不过我们可以给出如下定义:“数学模型是关于部分现实世界和为一种特殊目的而作的一个抽象的、简化的结构。”具体来说,数学模型就是为了某种目的,用字母、数学及其它数学符号建立起来的等式或不等式以及图表、图象、框图等描述客观事物的特征及其内在联系的数学结构表达式。

二.建立数学模型的方法和步骤 第一、 模型准备

首先要了解问题的实际背景,明确建模目的,搜集必需的各种信息,尽量弄清对象的特征。 第二、 模型假设

根据对象的特征和建模目的,对问题进行必要的、合理的简化,用精确的语言作出假设,是建模

至关重要的一步。如果对问题的所有因素一概考虑,无疑是一种有勇气但方法欠佳的行为,所以高超的建模者能充分发挥想象力、洞察力和判断力 ,善于辨别主次,而且为了使处理方法简单,应尽量使问题线性化、均匀化。

第三、 模型构成

根据所作的假设分析对象的因果关系,利用对象的内在规律和适当的数学工具,构造各个量间的

等式关系或其它数学结构。这时,我们便会进入一个广阔的应用数学天地,这里在高数、概率老人的膝下,有许多可爱的孩子们,他们是图论、排队论、线性规划、对策论等许多许多,真是泱泱大国,别有洞天。不过我们应当牢记,建立数学模型是为了让更多的人明了并能加以应用,因此工具愈简单愈有价值。

第四、模型求解

可以采用解方程、画图形、证明定理、逻辑运算、数值运算等各种传统的和近代的数学方法,特

别是计算机技术。一道实际问题的解决往往需要纷繁的计算,许多时候还得将系统运行情况用计算机模拟出来,因此编程和熟悉数学软件包能力便举足轻重。

第五、模型分析

对模型解答进行数学上的分析。“横看成岭侧成峰,远近高低各不同”,能否对模型结果作出细致

精当的分析,决定了你的模型能否达到更高的档次。还要记住,不论那种情况都需进行误差分析,数据稳定性分析。

测量平差最小二乘法与数学模型

组合模型拟合xt??Ajej?1rKjt?yt。其中Kj,Aj为实数,{yt}为ARMA序列。建模的步骤与(1)基本相同。对于r>1即多个指数趋势混合的情形,求和阶数r的判别比较麻烦。我们要么根据实际物理背景决定应用有若干加项。要么采用使r=1,2,3,?由低到高的拟合办法,使r增加到组合模型的残差平方和无显著改进为止。(3)周期趋势。如果随机序
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