數學,解決實際問題的一把鑰匙

2021-01-14 同濟大學新聞網

在一個多月前,當得知我們團隊有幸獲得了今年全國大學生數學建模競賽的最高榮譽——「高教社杯」榮譽時,我們既感到十分激動,同時也希望能夠將我們的經驗分享,幫助到更多的同學。

數學建模競賽是一種典型的團隊合作類短期學術競賽,它要求每支參賽隊在短短72小時內完成選題、問題分析、建模求解、規範表述與寫作的全過程,這對於每一支隊伍來說都是巨大的挑戰。

在綜合考慮了我們隊伍三人的能力優劣勢後,我們最終選擇了賽題中的C題,即中小微企業的信貸決策問題。該題目已知中小微企業的財務數據,要求基於這些數據為銀行制定合適的信貸策略。一開始,當面對浩如煙海的文獻時,我們也顯得有些手足無措,不過我們在很短的時間內便冷靜下來思考:目前文獻中各類成熟的算法模型均只是解決問題的一種手段,而這個問題的本質是什麼,解決這類問題有沒有系統性的方法?

順著這個目標導向,我們最終確定該問題的本質就是一個「分類預測+最優策略」問題。對於分類預測問題,現有的各類機器學習算法可以有比傳統統計模型更好的表現,而最優策略問題可以通過規劃模型進行求解,就這樣,我們整道題目的解決思路便逐漸清晰起來了。最終我們選擇以一種機器學習算法作為核心算法構建企業信貸風險評估模型,這樣既保證了模型的求解效果,同時又體現了模型的創新性。之後我們基於實際國家政策、市場動態等信息,構建非線性規劃模型並進行求解,最終得到了較為合理的企業信貸策略。該策略可以根據企業的信貸違約風險來決定銀行是否給該企業放貸,同時確定合適的貸款額度和利率,以保證企業的還貸違約概率最小、銀行期望收益最大。

總體來講,我們論文的競爭優勢可以總結為:問題的正確研究與求解+模型的創新性+寫作的規範性。我認為,相較於有沒有使用高大上的數學模型,問題的正確研究與求解是最為重要的,也是評委老師最為看重的。因為數學建模競賽的本質是使用數學工具來解決問題,各類數學模型只是工具,而使用工具的根本目的在於解決問題,而這也是最能體現一個隊伍分析問題和解決問題的能力,而不是空泛地堆砌文獻和數學模型。因此,我認為在這類競賽以及其他科研活動中始終應當樹立問題導向、目標導向的意識,即這道問題的本質是什麼,怎樣才算解決了這個問題。

在確定了問題的類型之後,再去思考解決這類問題有沒有系統性的方法。對於分類、預測、評價等不同類型的問題,均有著較為成熟的模型可以使用。這才是考驗我們數學模型知識儲備和應用能力的時候,我們需要通過綜合考慮可行性、應用效果、模型創新性等多個方面來選擇模型。想要在比賽中熟練應用模型解決問題,就需要各位參賽者在備賽時對於各類模型都有一個較為深入的理解和認知,最好能夠平日通過各種創新項目有所實踐,這樣才能在比賽時更加得心應手。在這次比賽中我們使用的機器學習算法,就是我們之前參加交通運輸工程學院舉辦的創新競賽時所學到的。

最後則是論文寫作的規範性。由於論文是呈現最終比賽成果的唯一形式,因此論文的嚴謹、科學、規範的表述極為重要,而這些都可以通過日常的各類科創競賽中進行訓練。我們三人有過較多的科創論文撰寫經歷,總計發表過一篇期刊論文、在投兩篇論文,這些都為我們積累了很多經驗,也幫助我們在這次比賽中脫穎而出。

在我們眼中,數學建模與任何一次科研經歷一樣,就像一場奇妙的探險旅程。這場旅程的過程充滿艱難險阻,但正是這份未知的魅力讓我們沉醉其中。只有不斷堅持,才能讓我們在這場旅途中開闢一條蜿蜒卻清晰的道路,攜手抵達一片令人豁然開朗的開闊境地。

(作者劉佳琦,系交通運輸工程學院2018級本科生,2020「高教社杯」全國大學生數學建模競賽本科組「高教社杯」獲獎團隊負責人)

 

 

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