在数学建模中，评价模型优劣是一项既必要又有时令人纠结的任务。尽管我们可能会倾向于避免直接的比较，以免陷入对他人或自己工作的批评，但现实是，比较是建模过程中不可或缺的一部分。而基准（Baseline）则是其中的关键工具。本文探讨数学建模中的基准作用、构建方法以及其在实际应用中的技巧。
一、基准是什么？基准是评价模型表现的"参照物"。无论是一个简单的假设模型、已有研究结果，还是根据问题特性设计的直观方案，基准的目的都是让我们有一个清晰的标准去说：“这真的更好吗？”
数学上，基准通常定义为一个函数或模型，记为，其中 是输入。例如，在预测问题中，一个常见的基准是用历史平均值来预测：
其中 是过去的观测值。
基准的核心意义在于：
衡量进步：通过与基准比较，验证新模型是否带来了实质性改进；设立最低要求：即便你构建了一个复杂的模型，至少要跑赢基准；理解问题本质：一个好的基准设计可以帮助快速定位问题中的核心变量或关键特性。二、如何构建基准？构建基准并不总是简单地取平均值或随机猜测，它需要结合具体的问题特点和目标。以下是几种常见的基准类型。
1. 经验基准经验基准依赖于数据的统计特性。例如，在时间序列预测中，使用上一周期的数据作为预测：
这种方法直观易懂，适合作为第一步的尝试。
2. 随机基准随机基准适用于分类或选择问题。例如，对于 类分类问题，随机基准的准确率为：
3. 理论基准理论基准基于问题的数学特性。例如，在优化问题中，已知的最优解边界可以作为基准：
其中 是可行解集合。
4. 启发式基准对于复杂问题，一个简单的启发式算法也可以是有效的基准。例如，在路径规划问题中，可以用贪心算法找到一个初步解：
在实际应用中，有时需要建立多个基准进行比较。例如，在推荐系统中，可以分别设置随机推荐、热门推荐和基于简单协同过滤的推荐作为不同的基准层级。
三、基准在模型评价中的角色基准不仅仅是一个数据点，它在模型评价中起到很多作用。
1. 提供对比的意义通过与基准的比较，我们可以量化模型的改进。例如，定义改进率 为：
其中 是模型的性能（如准确率或均方误差）。
2. 防止复杂性误区复杂模型并不总是优于简单模型。例如，如果复杂模型的均方误差（MSE）与均值预测的基准接近：
那么可能需要重新审视复杂模型的必要性。
3. 优化资源分配当一个模型接近或超过基准表现时，可以帮助团队判断是否需要投入更多资源去优化，还是转而尝试其他方法。
4. 激发创新构建基准的过程本身，可能会带来意想不到的启发。例如，尝试多个基准可能揭示问题特性，推动更深入的模型设计。
四、案例分享案例1：能源需求预测在城市能源消耗预测中，输入是各类经济指标，输出是未来的用电需求。简单基准包括：
历史平均基准：
线性回归基准：
复杂模型需要显著降低均方误差（MSE）：
案例2：物流路径规划在物流配送问题中，目标是最小化总运输成本。基准包括：
随机路径基准：随机生成配送路径；贪心算法基准：每次选择最近的未送达地点。通过与这些基准的比较，复杂算法需要证明其优越性，例如在成本和计算时间上均有改善。
基准是数学建模和问题解决中不可或缺的工具。它不仅帮助我们衡量模型的改进，还促使我们更清晰地理解问题的本质。
尽管我们常常不喜欢比较，但正是通过合理的比较，才让创新和进步成为可能。下次构建模型时，不妨问问自己：“我的基准是什么？它够好吗？”
