大數據時代背景下結合數學建模提高數據處理能力的研究

◆黃 玉

(南寧學院公共教學部)

一、引言

創新驅動實質上是人才驅動。一支規模宏大、富有創新精神、敢于承擔風險的創新型人才隊伍，才能夠推動以科技創新為核心的全面創新。因此，加快建設創新型人才隊伍，是國家、民族發展的當務之急。如何培養更多優秀創新型人才，是高等教育的一個重大課題。學科競賽在創新型人才的培養方面具有十分重要的作用。過硬的數據處理能力，是創新型人才培養的一個重要環節。大數據時代必須對如何提高學生的數據處理能力做出相應的思考。因此，數據分析與數學建模競賽的結合在創新型人才培養方面發揮著重要的作用。

二、大數據時代背景下的數學建模

數學建模就其實質而言，可以說凡是有數學應用就有數學建模，但是它的發展依賴于方法和技巧的不斷提升。在計算機信息技術迅速發展的今天，數學建模也得到了蓬勃的發展，使得數學不僅僅是一門工具性學科，還是一門技術。當代科技的一個突出特點是數據量化，人們在許多現代化的設計和控制中都需要有具體的數字指標，這就形成了無處不在的大數據。目前要把數學建模滲透到科技發展的每個角落，如何處理大數據就變成了一個發展的、開放性的問題。既然大數據涉及到現代化生活的方方面面，那么也就需要數學與各個專業的方法相互融合，研究大數據的內在機理。

要做好數學建模這件事情，我們需要了解更多的專業知識，學習更多的專業技能，更要了解大數據背后的網絡分析。網絡的參數和性質也許能刻畫大數據背后的網絡共性，這是我們在數學建模過程中需要深入探討的問題。在日新月異的當今時代，要做好大數據的統計處理，要有合理的數學模型作為支撐，方法是科技長足發展的內在動力。由于數學建模的研究對象是實際問題尤其是熱點問題，沒有數學范疇限制，實際問題本身往往錯綜復雜，并不表現為教材中的單一經典問題形式，而是結合了許多綜合確定性和非確定的數學、物理、經濟以及工程問題。從實際問題出發→數學模型建立→算法設計與計算實現，這一完整和系統的研究過程與計算實現訓練對培養學生在實踐中的數學應用能力和創新創業有很好的提升作用。

大數據時代的到來不但給數學建模帶來挑戰，更為我們提供了機遇，新的時代環境為仿真技術的發展打開了大門，只要打破常規，放開思路，用于創新，數學建模的革命必將到來。近年來數學建模競賽的規模越來越大，水平越來越高，賽題呈現出綜合性、實用性和創新性等特點。更重要的是貼近實際的海量數據的融入，加深了題目的復雜性，求解結果也變得不確定。這時候要求數學建模方法要更富有創新性、靈活性和開放性。模型更貼近實際、打破原有的方法、能解決實際問題。這樣才能使比賽變得更有意義。實際教學過程中加深數學建模對大數據的處理，能提高學生的數學能力，處理現實問題的能力，還能對專業數據做相應處理，更重要的是能夠體現數學提升大學生創新創業的能力。

三、結合數學建模提高數據處理能力

數學在處理數據方面的作用是巨大的，其所創造的價值更是無法估量。隨著數據量越來越大，也使傳統的數學建模受到嚴重挑戰。

數學在處理數據方面經歷了下面幾個過程，上個世紀80年代，數學熱促使了數學建模的發展，但經典的數學模型對帶有觀測誤差的數據處理能力有限；90年代出現了信息熱，然而當時的信息處理技術在很多方面難以達到使用的標準；從90年代中期，統計學成為大眾消費數據的熱點，使得統計學家從學術理論走到了現實世界，從而出現了統計建模。然而隨著大數據體量不斷增加、類型復雜，統計建模方法已不能完全勝任。近幾年，數據采集、數據處理、數據建模、數據應用等方法現已成為新熱點。使數據處理方法變得多樣而實用。建立科學合理的數學模型，對預測結果的正確性尤為重要。

大數據研究不同于傳統的邏輯推理研究，而是對數量巨大的數據做統計性的搜索比較、聚類分析、模式識別、主成分分析、判別分析、對應分析、最優尺度分析等統計分析歸納，因此繼承了統計科學的一些特點。以此來判斷數據之間的相互關系，以及關聯程度，即數據的相關性，并進一步發現多個變量的取值之間存在的某種規律性，找出數據集里隱藏的相互關系，一般用支持度、可信度等參數反映相關性。數據分析過程中掌握高效快速的處理方法是解決問題的關鍵。在大數據時代，由于數據量的快速膨脹、數據來源復雜、價值潛伏、處理速度快等特點，一些基于精確分析的科研方法越來越趕不上時代的步伐，非精確的計算方法急需出現，研究試圖找到一種模糊解決問題的手段。近來關于大數據的建模分析方法主要包括數據采集，數據存取，基礎架構，分布式文件存儲和云存儲等。

學生可以多學習處理數據的軟件。比如，SPSS統計軟件，數學建模競賽中經常使用此軟件進行數據處理。SPSS軟件是世界上著名的統計分析軟件之一，它在社會科學、自然科學的各個領域都能發揮巨大作用，并已經應用于經濟學、生物學、教育學、心理學、醫學、金融等各個領域。SPSS功能強大、應用廣泛、并且易學易用，SPSS 提供用戶圖形界面、窗口環境，在屏幕上清晰顯示各類分析選項，并具備完整的下拉式菜單及對話框，用戶界面非常友好，其操作具有和其他Window s應用軟件相同的特點。最顯著的特點是使用菜單和對話框操作方式，絕大多數操作過程僅靠鼠標擊鍵即可完成，易于操作，因而成為非統計專業人員應用最多的統計軟件。

學生在數學理論的綜合應用、大數據問題數學軟件的計算實現、計算方法設計與編程能力得到親身經歷的系統訓練，提高了數據處理能力，創造了師生之間和學生之間活躍的課外互動氛圍，樹立團隊合作的良好意識，使高校輸出人才能夠在社會實踐中發揮更高的專業水平，培養創新型的人才。

參考文獻：

[1]蘇理云，葉志勇，宋江敏.以數學建模為平臺提升大學生的應用、實踐與創新能力[J].教育教學論壇，2012，(11).

[2]王曉勇，俞松坤.以學科競賽引領創新人才培養[J].中國大學教學，2007，(12)：59-60.

[3]李健睿.大學生創新實踐能力培養的探索與思考[J].成功，2012，(12) ：54.

[4]吳占福，馬旭平，李亞奎.統計分析軟件SPSS 介紹[J].河北北方學院學報，2006，(6)．

[5]秦瑋.淺析應用型本科高校人才的創新素質培養[J].中國教育學刊，2015，(S1)：155-156.