大數(shù)據(jù)時代背景下結(jié)合數(shù)學(xué)建模提高數(shù)據(jù)處理能力的研究

黃玉

【摘要】數(shù)學(xué)建模競賽在創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)方面具有十分重要的作用。過硬的數(shù)據(jù)處理能力，是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的一個重要環(huán)節(jié)。大數(shù)據(jù)時代必須對如何提高學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力做出相應(yīng)的思考。因此，數(shù)據(jù)分析與數(shù)學(xué)建模競賽的結(jié)合在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方面發(fā)揮著重要的作用。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)處理數(shù)學(xué)建模創(chuàng)新大數(shù)據(jù)一、引言

創(chuàng)新驅(qū)動實質(zhì)上是人才驅(qū)動。一支規(guī)模宏大、富有創(chuàng)新精神、敢于承擔(dān)風(fēng)險的創(chuàng)新型人才隊伍，才能夠推動以科技創(chuàng)新為核心的全面創(chuàng)新。因此，加快建設(shè)創(chuàng)新型人才隊伍，是國家、民族發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。如何培養(yǎng)更多優(yōu)秀創(chuàng)新型人才，是高等教育的一個重大課題。學(xué)科競賽在創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)方面具有十分重要的作用。過硬的數(shù)據(jù)處理能力，是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的一個重要環(huán)節(jié)。大數(shù)據(jù)時代必須對如何提高學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力做出相應(yīng)的思考。因此，數(shù)據(jù)分析與數(shù)學(xué)建模競賽的結(jié)合在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方面發(fā)揮著重要的作用。

二、大數(shù)據(jù)時代背景下的數(shù)學(xué)建模

數(shù)學(xué)建模就其實質(zhì)而言，可以說凡是有數(shù)學(xué)應(yīng)用就有數(shù)學(xué)建模，但是它的發(fā)展依賴于方法和技巧的不斷提升。在計算機(jī)信息技術(shù)迅速發(fā)展的今天，數(shù)學(xué)建模也得到了蓬勃的發(fā)展，使得數(shù)學(xué)不僅僅是一門工具性學(xué)科，還是一門技術(shù)。當(dāng)代科技的一個突出特點是數(shù)據(jù)量化，人們在許多現(xiàn)代化的設(shè)計和控制中都需要有具體的數(shù)字指標(biāo)，這就形成了無處不在的大數(shù)據(jù)。目前要把數(shù)學(xué)建模滲透到科技發(fā)展的每個角落，如何處理大數(shù)據(jù)就變成了一個發(fā)展的、開放性的問題。既然大數(shù)據(jù)涉及到現(xiàn)代化生活的方方面面，那么也就需要數(shù)學(xué)與各個專業(yè)的方法相互融合，研究大數(shù)據(jù)的內(nèi)在機(jī)理。

要做好數(shù)學(xué)建模這件事情，我們需要了解更多的專業(yè)知識，學(xué)習(xí)更多的專業(yè)技能，更要了解大數(shù)據(jù)背后的網(wǎng)絡(luò)分析。網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和性質(zhì)也許能刻畫大數(shù)據(jù)背后的網(wǎng)絡(luò)共性，這是我們在數(shù)學(xué)建模過程中需要深入探討的問題。在日新月異的當(dāng)今時代，要做好大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理，要有合理的數(shù)學(xué)模型作為支撐，方法是科技長足發(fā)展的內(nèi)在動力。由于數(shù)學(xué)建模的研究對象是實際問題尤其是熱點問題，沒有數(shù)學(xué)范疇限制，實際問題本身往往錯綜復(fù)雜，并不表現(xiàn)為教材中的單一經(jīng)典問題形式，而是結(jié)合了許多綜合確定性和非確定的數(shù)學(xué)、物理、經(jīng)濟(jì)以及工程問題。從實際問題出發(fā)→數(shù)學(xué)模型建立→算法設(shè)計與計算實現(xiàn)，這一完整和系統(tǒng)的研究過程與計算實現(xiàn)訓(xùn)練對培養(yǎng)學(xué)生在實踐中的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)有很好的提升作用。

大數(shù)據(jù)時代的到來不但給數(shù)學(xué)建模帶來挑戰(zhàn)，更為我們提供了機(jī)遇，新的時代環(huán)境為仿真技術(shù)的發(fā)展打開了大門，只要打破常規(guī)，放開思路，用于創(chuàng)新，數(shù)學(xué)建模的革命必將到來。近年來數(shù)學(xué)建模競賽的規(guī)模越來越大，水平越來越高，賽題呈現(xiàn)出綜合性、實用性和創(chuàng)新性等特點。更重要的是貼近實際的海量數(shù)據(jù)的融入，加深了題目的復(fù)雜性，求解結(jié)果也變得不確定。這時候要求數(shù)學(xué)建模方法要更富有創(chuàng)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(xué)過程中加深數(shù)學(xué)建模對大數(shù)據(jù)的處理，能提高學(xué)生的數(shù)學(xué)能力，處理現(xiàn)實問題的能力，還能對專業(yè)數(shù)據(jù)做相應(yīng)處理，更重要的是能夠體現(xiàn)數(shù)學(xué)提升大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的能力。

三、結(jié)合數(shù)學(xué)建模提高數(shù)據(jù)處理能力

數(shù)學(xué)在處理數(shù)據(jù)方面的作用是巨大的，其所創(chuàng)造的價值更是無法估量。隨著數(shù)據(jù)量越來越大，也使傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

數(shù)學(xué)在處理數(shù)據(jù)方面經(jīng)歷了下面幾個過程，上個世紀(jì)80年代，數(shù)學(xué)熱促使了數(shù)學(xué)建模的發(fā)展，但經(jīng)典的數(shù)學(xué)模型對帶有觀測誤差的數(shù)據(jù)處理能力有限；90年代出現(xiàn)了信息熱，然而當(dāng)時的信息處理技術(shù)在很多方面難以達(dá)到使用的標(biāo)準(zhǔn)；從90年代中期，統(tǒng)計學(xué)成為大眾消費數(shù)據(jù)的熱點，使得統(tǒng)計學(xué)家從學(xué)術(shù)理論走到了現(xiàn)實世界，從而出現(xiàn)了統(tǒng)計建模。然而隨著大數(shù)據(jù)體量不斷增加、類型復(fù)雜，統(tǒng)計建模方法已不能完全勝任。近幾年，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)應(yīng)用等方法現(xiàn)已成為新熱點。使數(shù)據(jù)處理方法變得多樣而實用。建立科學(xué)合理的數(shù)學(xué)模型，對預(yù)測結(jié)果的正確性尤為重要。

大數(shù)據(jù)研究不同于傳統(tǒng)的邏輯推理研究，而是對數(shù)量巨大的數(shù)據(jù)做統(tǒng)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(yīng)分析、最優(yōu)尺度分析等統(tǒng)計分析歸納，因此繼承了統(tǒng)計科學(xué)的一些特點。以此來判斷數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系，以及關(guān)聯(lián)程度，即數(shù)據(jù)的相關(guān)性，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)多個變量的取值之間存在的某種規(guī)律性，找出數(shù)據(jù)集里隱藏的相互關(guān)系，一般用支持度、可信度等參數(shù)反映相關(guān)性。數(shù)據(jù)分析過程中掌握高效快速的處理方法是解決問題的關(guān)鍵。在大數(shù)據(jù)時代，由于數(shù)據(jù)量的快速膨脹、數(shù)據(jù)來源復(fù)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(xiàn)，研究試圖找到一種模糊解決問題的手段。近來關(guān)于大數(shù)據(jù)的建模分析方法主要包括數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)存取，基礎(chǔ)架構(gòu)，分布式文件存儲和云存儲等。

學(xué)生可以多學(xué)習(xí)處理數(shù)據(jù)的軟件。比如，SPSS統(tǒng)計軟件，數(shù)學(xué)建模競賽中經(jīng)常使用此軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。SPSS軟件是世界上著名的統(tǒng)計分析軟件之一，它在社會科學(xué)、自然科學(xué)的各個領(lǐng)域都能發(fā)揮巨大作用，并已經(jīng)應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)學(xué)、生物學(xué)、教育學(xué)、心理學(xué)、醫(yī)學(xué)、金融等各個領(lǐng)域。SPSS功能強(qiáng)大、應(yīng)用廣泛、并且易學(xué)易用，SPSS提供用戶圖形界面、窗口環(huán)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(yīng)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(shù)操作過程僅靠鼠標(biāo)擊鍵即可完成，易于操作，因而成為非統(tǒng)計專業(yè)人員應(yīng)用最多的統(tǒng)計軟件。

學(xué)生在數(shù)學(xué)理論的綜合應(yīng)用、大數(shù)據(jù)問題數(shù)學(xué)軟件的計算實現(xiàn)、計算方法設(shè)計與編程能力得到親身經(jīng)歷的系統(tǒng)訓(xùn)練，提高了數(shù)據(jù)處理能力，創(chuàng)造了師生之間和學(xué)生之間活躍的課外互動氛圍，樹立團(tuán)隊合作的良好意識，使高校輸出人才能夠在社會實踐中發(fā)揮更高的專業(yè)水平，培養(yǎng)創(chuàng)新型的人才。

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基金項目：2017年度廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項目（2017JGB466），2016年度南寧學(xué)院教授培育工程項目（2016JSGC09）。