建模往往被视为解决问题的工具,很多时候我们关心的是如何快速构建一个能够解决具体问题的模型。然而,随着时间的推移,我逐渐意识到,建模不仅仅是“解题”,更是“理解”和“探索”的过程。通过建模,我们可以对问题有更深刻的理解,而这个理解本身就是解决问题的一部分。
我最近在构建一个思考框架,我称其为“27魔方法”,大体的思想是在研究问题和对象的基础上构建时间、空间和类比三个维度拓展对研究对象的理解,从而跳出“就事论事”“视野狭窄”的问题。操作方法是先从问题的历史背景和未来趋势入手,构建时间维度;然后从全局视角分析问题的各个相关因素,进入空间维度;最后,通过跨学科的类比寻找类似问题的解决方案,启发新的思路。这个框架我后面会单独写文章来讲。
而这种对研究对象全面的分析,很多时候不需要用到很多数学,我们只需要定性地将其定位、梳理即可,但已经能解决很多问题了。
当然了,建模过程本身也可以视为一个理解和探索的过程。建模并非一开始就能给出完美的答案,它更像是一个由假设、试探和反馈组成的循环。每一次调整、修正和优化,都是对问题本质认识的不断深化。在这个过程中,我们可能并不会直接找到最终的“最佳解”,但是我们对问题的理解会越来越清晰,最终也能找到有效的解决方案。
2. 渐进式建模与“美”的模型过去建模总想着构建一个尽可能精确的数学模型。但在实践中,许多复杂问题并不适合通过精确模型来直接解决。过度的精准要求可能导致模型变得过于复杂,甚至难以计算和解释。现在我越来越倾向于在建模时先从简化入手,构建一个简易的、可计算的初步模型,然后逐步增加细节和精度。这样的渐进式建模过程不仅可以更快地得出初步结论,还能通过多次调整来找到一个最符合实际情况的模型。
另外,我越来越喜欢那种“美”的模型。我认为一个“美”的模型应该简洁明了、直观易懂,能够在不同情境下灵活调整,并富有启发性。它通过最少的假设和变量,抓住问题的核心,既不失信息,又便于理解,能提供新的洞见和思路。当然不同人对美的见解不同。
建模的一个重要理念是“模型不完美,但有意义”。许多时候,模型并不能完美地再现现实,但它可以提供有价值的洞见。即使模型有缺陷,它依然可以成为理解问题、讨论问题的基础。在这个意义上,模型本身并不是最重要的,最重要的是它能够引导我们发现问题的本质,并提供解决问题的思路。
3. 数据与模型的互动之前我写过一篇文章《数学建模搞清楚这三点,基本就成了!》谈到建模要考虑要素、结构和取值。结构代表模型,取值也就是数据,当时我的认识还是数据是服务于模型的。
但我现在更倾向于认为数据并不是模型的附属品,它们与模型之间存在着密切的互动关系,二者的地位是平等的。模型为数据提供结构和理解框架,而数据则为模型提供实际依据和验证。一个好的模型依赖于高质量的数据,而数据的价值往往需要通过模型来进行挖掘和解释。我们常常看到,数据可以揭示出模型未曾预料到的规律,而模型也能引导我们更有针对性地去收集和解读数据。
在这个过程中,数据和模型并非孤立的存在,而是相互依存的。数据能够帮助我们验证假设,调整模型的参数,甚至发现模型假设的不足。反过来,模型能够提供对数据的合理解释和预测,并帮助我们识别数据中的噪音与异常值。两者共同作用,才能构建出一个能够真实反映世界的系统。因此,模型与数据的关系是一种双向反馈,需要在实践中不断调整与优化,才能达到最理想的效果。
4. 建模与哲学:从“道”到“术”我在建模过程中也越来越注重哲学层面的思考。在我看来,数学建模不仅是技术性的操作,它本质上也反映了“道、法、则、术、器”的不同的层次。
道指的是建模的核心哲学和方法论思考。它关心的是模型的最终目的和价值——帮助我们更好地理解世界、解决实际问题。法指的是建模的基本原则和思维方法,如简化问题、设定假设、归纳总结等。则指的是具体的建模规则和方法。每个学科和问题都有其独特的建模规则,掌握这些规则是建模成功的关键。术是建模技术的应用比如经典的数学模型,也包括具体的数学工具和计算方法。器则是建模过程中使用的各种工具,如编程语言、软件平台、数据库等。